Titolazione di Karl Fischer: la misura dell’acqua

Quanta acqua c’è in un farmaco in polvere, in un olio lubrificante o in un solvente che dev’essere perfettamente anidro? Misurare tracce d’acqua con precisione è un problema antico e importantissimo, e la sua soluzione di riferimento porta il nome del chimico che la inventò: la titolazione di Karl Fischer, il metodo standard per determinare il contenuto d’acqua.

Vediamo perché misurare l’acqua è difficile, su quale reazione si basa il metodo e come si individua il punto finale.

Perché misurare l’acqua è importante e difficile

Il contenuto d’acqua influenza la stabilità, la conservazione e la qualità di moltissimi prodotti: farmaci, alimenti, oli, solventi, materie plastiche. Misurarlo, però, non è banale: l’acqua è ovunque, anche nell’aria, e spesso è presente in quantità minime, difficili da determinare con i metodi comuni. Serviva un metodo specifico per l’acqua, che la misurasse senza essere disturbato dalle altre sostanze del campione.

L’idea: una reazione che consuma solo acqua

La titolazione di Karl Fischer si basa su una reazione chimica che coinvolge lo iodio e che avviene solo in presenza di acqua. Finché c’è acqua nel campione, lo iodio aggiunto viene consumato dalla reazione; quando l’acqua è esaurita, lo iodio smette di essere consumato e comincia ad accumularsi. La quantità di iodio consumata è direttamente proporzionale alla quantità di acqua presente, ed è questo a permettere la misura.

iodio consumato  ∝  acqua presente nel campione

Come si riconosce il punto finale

Il momento in cui tutta l’acqua è stata consumata si chiama punto finale, e va individuato con precisione. Lo si riconosce dal fatto che lo iodio, non più consumato, comincia ad accumularsi nella soluzione. Questo accumulo si rileva con sensibilità per via elettrica: la comparsa di iodio libero modifica una proprietà elettrica della soluzione, segnalando con precisione che la reazione con l’acqua è terminata. È un punto finale netto e affidabile.

Due varianti: volumetrica e coulometrica

Esistono due modi di realizzare la titolazione di Karl Fischer, adatti a contenuti d’acqua diversi. Nella variante volumetrica si aggiunge da una buretta una soluzione contenente iodio, misurando il volume necessario: è adatta a campioni con quantità d’acqua relativamente abbondanti. Nella variante coulometrica, invece, lo iodio viene generato sul posto facendo passare una corrente elettrica, e si misura la carica impiegata: è adatta a quantità d’acqua piccolissime, perché molto più sensibile.

Le applicazioni

La titolazione di Karl Fischer è usata ovunque il contenuto d’acqua sia un parametro critico: nell’industria farmaceutica, dove l’umidità influenza la stabilità dei principi attivi; nell’industria alimentare, per il controllo della conservazione; nel settore degli oli e dei carburanti, dove l’acqua causa corrosione e degradazione; e nella produzione di solventi anidri per la sintesi chimica. È uno dei metodi più diffusi nei laboratori di controllo qualità. La sua importanza è tale che il contenuto d’acqua determinato con questo metodo compare spesso fra le specifiche ufficiali di un prodotto, come parametro da rispettare per poterlo immettere sul mercato.

Acqua libera e acqua legata

Un aspetto pratico importante riguarda il tipo di acqua che si vuole misurare. In molti materiali l’acqua non è tutta uguale: una parte è acqua “libera”, semplicemente mescolata o adsorbita sulla superficie, mentre un’altra parte può essere “legata” più saldamente, per esempio intrappolata all’interno di cristalli o legata chimicamente alle molecole. La titolazione di Karl Fischer misura l’acqua che riesce a entrare in contatto con i reagenti; per liberare anche l’acqua più legata, spesso si scalda il campione in un fornetto e si convogliano i vapori nella cella di misura. La scelta delle condizioni — temperatura, solvente, tempo — dipende quindi dal tipo di campione e da quale acqua interessa determinare. Conoscere questa distinzione è essenziale per ottenere risultati corretti e confrontabili, ed è una delle competenze che distinguono l’uso esperto di questa tecnica apparentemente semplice. Un altro accorgimento riguarda l’ambiente di misura: poiché l’aria contiene sempre umidità, la cella di titolazione va mantenuta chiusa e protetta, in modo che l’unica acqua misurata sia quella del campione e non quella entrata dall’esterno durante l’analisi.

Domande frequenti

Che cos’è la titolazione di Karl Fischer?

È il metodo di riferimento per determinare il contenuto d’acqua di un campione. Si basa su una reazione che consuma iodio solo in presenza di acqua: la quantità di iodio necessaria è proporzionale all’acqua presente, e permette quindi di misurarla con precisione.

Su quale reazione si basa?

Su una reazione che coinvolge lo iodio e che avviene solo se è presente acqua. Finché c’è acqua, lo iodio viene consumato; quando l’acqua è esaurita, lo iodio smette di reagire e si accumula. La quantità di iodio consumata misura l’acqua del campione.

Come si riconosce il punto finale?

Dal fatto che lo iodio, non più consumato, comincia ad accumularsi nella soluzione. Questo accumulo si rileva per via elettrica: la comparsa di iodio libero modifica una proprietà elettrica della soluzione, segnalando con precisione che tutta l’acqua è stata consumata.

Che differenza c’è fra variante volumetrica e coulometrica?

Nella volumetrica si aggiunge da una buretta una soluzione contenente iodio, misurando il volume: è adatta ad acqua abbondante. Nella coulometrica lo iodio viene generato sul posto con una corrente elettrica e si misura la carica: è molto più sensibile, adatta a tracce d’acqua piccolissime.

Dove si usa principalmente?

Nell’industria farmaceutica, alimentare, degli oli e dei carburanti, e nella produzione di solventi anidri: ovunque il contenuto d’acqua sia un parametro critico per la qualità, la stabilità o la conservazione. È uno dei metodi più diffusi nei laboratori di controllo qualità.