Metoda miareczkowania Karla Fischera (KF) jest chemiczną metodą badania zawilgocenia. Zaletą tej metody jest duża dokładność procentowego oznaczania wody w próbce. Z uwagi na pobieranie bardzo małych próbek metoda miareczkowania KF należy do najmniej inwazyjnych metod oznaczania poziomu zawilgocenia muru i jest rekomendowana przy działaniach konserwatorskich. Techniki miareczkowania z użyciem odczynnika Karla Fischera są jednymi z najczęściej stosowanych do oznaczania wody w przemyśle farmaceutycznym, spożywczym oraz naftowym, a od wprowadzenia w 2017 r. normy PN-EN 16682 również w oznaczeniu wody w murach. Ilość wody w próbce określa się przez miareczkowanie wolumetryczne. Jeden mol jodu (zawartego w odczynniku KF) jest zużywany do miareczkowania jednego mola wody. Zależność ta pozwala na dokładne, bezpośrednie określenie ilości wody. Błąd pomiaru jest mniejszy niż w metodzie grawimetrycznej, w której bierze się pod uwagę masę wody odparowanej z próbki, a wraz z wodą mogą odparowywać również lotne związki organiczne.
Metoda miareczkowania Karla Fischera (KF) jest chemiczną metodą badania zawilgocenia. Zaletą tej metody jest duża dokładność procentowego oznaczania wody w próbce. Z uwagi na pobieranie bardzo małych próbek metoda miareczkowania KF należy do najmniej inwazyjnych metod oznaczania poziomu zawilgocenia muru i jest rekomendowana przy działaniach konserwatorskich. Techniki miareczkowania z użyciem odczynnika Karla Fischera są jednymi z najczęściej stosowany do oznaczania wody w przemyśle farmaceutycznym, spożywczym oraz naftowym, a od wprowadzenia w 2017 r. normy PN-EN ISO 16682 również w oznaczeniu wody w murach. Ilość wody w próbce określa się przez miareczkowanie wolumetryczne. Jeden mol jodu (zawartego w odczynniku KF) jest zużywany do miareczkowania jednego mola wody. Zależność ta pozwala na dokładne, bezpośrednie określenie ilości wody. Błąd pomiaru jest mniejszy niż w metodzie grawimetrycznej, w której bierze się pod uwagę masę wody odparowanej z próbki, a wraz z wodą mogą odparowywać również lotne związki organiczne.
BADANIE ZAWARTOŚCI WODY – MIARECZKOWANIE KARLA FISCHERA – norma PN-EN 16682 „Konserwacja dziedzictwa kulturowego – Metody pomiaru zawartości wilgoci lub wody w materiałach nieruchomego dziedzictwa kulturowego”
W stosowanej metodologii badawczej KF używamy najnowocześniejszego sprzętu. Badanie na półautomacie wolumetrycznym z piecykiem wyposażonym w automatyczny sampler automatyzuje i usprawnia proces. Oprócz próbek materiału pobiera się również próbkę powietrza z miejsca pobierania, żeby uwzględnić warunki środowiska i wodę zawartą w powietrzu podczas pobierania oraz pakowania próbek. Dzięki uwzględnieniu warunków środowiskowych w czasie pobierania próbek otrzymujemy dokładny wynik procentowej zawartości wody w murze. Wyniki badań pozwalają na diagnostykę przyczyn zawilgocenia, określenie stopnia zawilgocenia muru i umożliwiają właściwy dobór zabezpieczenia przeciwwilgociowego.
Obecnie w miareczkowaniu KF wyróżnia się technikę wolumetryczną lub kulometryczną. Metoda wolumetryczna jest zalecana do wyznaczania wyższych zawartości wody w próbce, w zakresie od 100 ppm do 100%. W tej metodzie titrant, czyli roztwór zawierający jod jest aplikowany przy pomocy zmechanizowanej biurety. Dostępne są odczynniki KF jednoskładnikowe, w których skład wchodzi jod, dwutlenek siarki i imidazol rozpuszczone w alkoholu oraz dwuskładnikowe, gdzie titrant składa się z jodu i metanolu a rozpuszczalnik zawiera dwutlenek siarki, imidazol i metanol. Odczynniki dwuskładnikowe charakteryzują się wyższą szybkością miareczkowania oraz stabilniejszym mianem niż jednoskładnikowe. W miareczkowaniu KF miano podane jest jako ekwiwalent wody. Typowa wartość to 5 mg/ml. Teoretycznie 5 mg wody reaguje z 1 ml odczynnika. Jednak odczynniki nie mają stałego miana i należy je regularnie oznaczać.
Natomiast w miareczkowaniu kulometrycznym jod jest generowany elektrochemicznie. Zamiast biurety i titranta do wytworzenia jodu wykorzystuje się prąd elektryczny. Aby osiągnąć punkt końcowy miareczkowania, prąd uwalnia wymaganą ilość jodu z odczynnika zawierającego jodek. Jedna cząsteczka wody zużywa jedną cząsteczkę jodu. Umożliwia to obliczenie zawartości wody na podstawie iloczynu czasu miareczkowania i prądu niezbędnego do osiągnięcia punktu końcowego. Prąd uwalnia stechiometrycznie odpowiednią ilość jodu z zawierającego jodek odczynnika KF poprzez elektrolizę. Zachodzą takie same reakcje chemiczne, co przy miareczkowaniu wolumetrycznym KF, 1 mol H2O zużywa 1 mol I2.
Jednak nie trzeba oznaczać miana, ponieważ jod powstaje elektrolitycznie z jodku w roztworze KF. Miareczkowanie kolometryczne nie jest dedykowane do badania próbek materiału z murów, ponieważ zawilgocenie muru może wynosić nawet kilkanaście procent a w kulometrii bada się wodę w ilości od 1ppm do 5%. Istnieje wiele czynników które wpływają na dobór metody oznaczenia wody, należą do nich między innymi specyfika materiału, dokładność pomiaru, granice wykrywalności, czas analizy, koszty badania oraz stopień trudności przeprowadzenia procesu.
Wyniki badań pozwalają na diagnostykę przyczyn zawilgocenia, są przydatne do określnie stopnia zawilgocenia muru i umożliwiają właściwy dobór zabezpieczenia przeciwwilgociowego. Interpretację wyników przeprowadza się na podstawie poniższej klasyfikacji.
Klasyfikacja wyników wilgotności masowej w procentach:
Wm = 0 ÷ 3% – ściany o dopuszczalnej wilgotności,
Wm = 3 ÷ 5% – ściany o podwyższonej wilgotności,
Wm = 5 ÷ 8% – ściany średnio zawilgocone,
Wm = 8 ÷ 12% – ściany mocno zawilgocone,
Wm > 12% – ściany mokre dodano.
Norma PN-EN 16682:2017
W 2017 r wprowadzono normę PN-EN 16682 „Konserwacja dziedzictwa kulturowego – Metody pomiaru zawartości wilgoci lub wody w materiałach nieruchomego dziedzictwa kulturowego”, która ma na celu wsparcie przy doborze najodpowiedniejszej metody do badań obiektów zabytkowych. Oprócz metody grawimetrycznej norma rekomenduje miareczkowanie Karla Fischera.
Etapy Badań
Badania składają się z ciągu zależnych od siebie etapów które prowadzą do trwałej i ekonomicznej renowacji, należą do nich: pobieranie próbek, ich przechowywanie, transport i przygotowanie do analiz, wykonanie analiz służących do interpretacji wyników. Wszystkie błędy popełnione na poszczególnych etapach są składową błędu pomiaru i wpływają na jakość wyników. PCA wymaga od laboratoriów badawczych szacowania niepewności pomiaru (określenia wszystkich potencjalnych źródeł błędu pomiaru) dla każdej akredytowanej metody badawczej.
Norma PN-EN 16682:2017 informuje, że metoda miareczkowanie Karla Fischera w przeciwieństwie do metody grawimetrycznej, destylacji i karbidowej jest metodą specyficzną dla wody, przez co może charakteryzować się większą dokładnością oznaczenia zawartości wody w próbkach pobieranych z obiektów budowlanych. Zwraca również uwagę, że podczas suszenia próbki w piecu mogą zostać utracone substancje lotne inne niż woda, co może zostać interpretowane jako wyższy wynik w metodzie grawimetrycznej.
Norma wymienia również metody pomiaru względne (oparte na pomiarach elektrycznych, mikrofalowych, optycznych, jądrowych), które wyrażone są w innych jednostkach niż SI. Zwracając jednoczenie uwagę, że odczyty metodami względnymi mogą być przekształcone w procenty masy tylko po kalibracji z metodą grawimetryczną lub miareczkowaniem KF. Dodatkowo norma podaje, że metody względne nie mają zastosowania gdy badany materiał uległ zestarzeniu, degradacji, a jego właściwości fizyczne lub chemiczne uległy zmianie (działanie soli, owadów, infekcje wywołane grzybami, pokrycie powierzchni w wyniku wcześniejszych działań), więc w badaniach obiektów zabytkowych pomiary metodami względnymi należy rozważyć jako informujące, a nie jako absolutne wskazania.
Problem wilgoci w budynkach historycznych jest przedmiotem wielu publikacji naukowych. Zawilgocenie obiektów budowlanych powoduje np. zjawisko syndromu chorego budynku (SBS), czyli dolegliwości zdrowotnych pojawiający się w czasie przebywania w zawilgoconych obiektach mieszkalnych. Często zwraca się uwagę na rozwój szkodliwych mikroorganizmów takich jak pleśnie i grzyby, który jest powodowany przez obecność wody w budynkach. Fizyczne zależności i mechanizmy transportu wody w materiałach budowlanych, mają wpływ na właściwości konstrukcyjne murów. Problemem jest również trwałości tynku nakładanego na zawilgocone obiekty zabytkowe co bezpośrednio wiąże się z tematyką szkodliwego wpływu soli, które są transportowane przez wodę w głąb murów. Diagnostyka pozwala na przeciwdziałanie szkodliwym skutkom zawilgocenia murów.
Posiadamy Akredytację
Dlaczego akredytacja PCA jest ważna?
Istotą badań laboratoryjnych jest otrzymanie wiarygodnych wyników. Zgodnie z wytycznymi Polskiego Centrum Akredytacji (PCA) laboratoria badawcze muszą spełnić wymagania wynikające z międzynarodowych normy i metod badawczych, żeby potwierdzić swoje kompetencje i przekazać wiarygodne informacje, zgodnie z normą PN-EN ISO/IEC 17025:2018-02.
Masz pytania?
Napisz do nas.
Wypełnij formularz, opisz swój problem lub zadaj pytanie,
a jeden z naszych ekspertów wróci do Ciebie z odpowiedzią już wkrótce.
