식품분석학실험 | Karl-Fisher 법

 

 

 

Karl fischer(KF) Titration

Karl fischer(KF) 반응은 현재 전세계 실험실에서 수분함량을 결정하는데 가장 널리 이용되고 있다. 제품이나 공정중의 수분함량은 제품의 품질과 밀접한 관계가 있으므로 원료에서 중간 물질,최종 생산품에 이르기까지 수분함량은 계속적으로 검사되어야 한다.

 

수분함량을 결정하는 방법은 여러가지가 있으나 분석시간이 오래 걸린다거나 휘발성분이 존재하면 결과치에 오차가 발생하고. 기기가 비싸고 작동이 어렵다는 여러 이유로 Oven-drying법과 GC법, IR법등은 거의 이용되고 있지않는 실정이다.

 

현재 수분측정을 하는 대부분의 실험실에서 널리 이용되는 KF방법은 DIN, ISO, ASTM등의 standard방식으로 되어 있다. KF 수분측정에 관한 이론은 1935년 독일의 석유화학자인 Karl Fischcr 씨가 " New Method for volumetric Determination of the Water Content in Liquids and Solids" 라는 문헌을 발표하면서 시작되어 1950년대, 기기로 이용되는 KF 적정이 선보인 후, Piston burrette을 이용한 자동 KF적정 장치가 1960년대 많은 응용 문헌과 함께 등장하였다.

 

 

화학 반응을 기초로 하였으므로 용액, 기체, 혹은 고체 시료중의 수분 함량만을 선택적으로 측정하므로 oven-drying 방식에서 나타나는 시료중의 휘발성분으로 인해 수분량이 높게 나타나는 것을 방지할 수 있다.

 

이런 이유로 Karl Fischer방식은 수분량 결정의 Standard method로 되었으며 신속 정확하게 다양한 시료를 분석할 수 있으며 원리는 아래와 같다. 과량의 이산화항이 존재하거나 유리된 산이 유기염기에 의해 중화 된다면 비 수용액에서 물의 양을 결정할 수 있으므로 이 용액에서 생성되는 어떤 산도 중화시켜주는 염기를 가함으로서 반응 속도도 빨라지며 초기에는 Pyridine이 사용되었다. Protic Media (예 : Alcohol) 에서 Karl Fischer반응은 아래와 같은 반응식으로 이루어 진다.

 

 

반응①은 solvolysis과정으로 sulfur dioxide가 alcohol과 반응하여 alkyl sulfate로 변화되며 적당한 pH(5-8)로 용액을 유지하기 위하여 이용된 염기 B는 ②의 반응으로 buffering할 수 있게 된다.  pH3 이하에서 반응은 매우 천천히 일어나며 pH 8 이상에서 nonstoichiometric side reaction이 일어난다.

 

cell속에 수분이있을 경우 Iodine이 첨가되며 ③번과 같은 redox(산화 환원-반응)이 일어난다. iodine을 첨가하는 방식은 실험의 형태에 따라 volumetric법과 coulmetric 법으로 구별되며 volumetric법에서는 Burette속에 Iodine을 포함한 용액이 놓여지게 되며 정량적으로 주입되게 된다. 그러나 coulmetric 방식에서는 Iodide로부터 전기적으로 Iodine이 생성된다. 시료중의 수분량은 Iodine을 생성하는데 이용되는 전자의 ㏖수로 부터 계산된다.

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실험 방법

1. 메탄올 30㎖ 용액을 준비하고 물, 간장, 미초, 커피를 적정, 이때 칼피셔 용액의 적정량은?

 

 

 

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