A continuación se describen los métodos empleados en esta Farmacopea para la determinación de agua. Estos métodos se basan en la reacción de Karl Fischer y en la destilación azeotrópica con tolueno.

A menos que se especifique de otro modo en la monografía correspondiente emplear el método de titulación volumétrica directa por el método de Karl Fischer.

DETERMINACION DE AGUA POR EL METODO DE KARL FISCHER

La determinación de agua por el método de Karl Fischer se basa en la reacción cuantitativa entre el agua y un reactivo constituido por dióxido de azufre y iodo en presencia de metanol y una base orgánica como la piridina, según la siguiente ecuación:

I₂ + S0₂ + 3C₅H₅N + CH₃0H + H₂0 ® 2 (C₅H₅N⁺H)I^- + (C₅H₅N⁺H)^-OSO₂OCH₃

Existen dos métodos diferentes basados en la reacción con el iodo: uno es la titulación volumétrica y el otro es un método de titulación culombimétrica. En el primero, el iodo se disuelve en el reactivo y el contenido de agua es determinado midiendo la cantidad de iodo consumido como resultado de la reacción con el agua. En el otro, el iodo es producido por la electrólisis de un reactivo de Karl Fischer que contiene al ion ioduro. El contenido de agua en una muestra puede ser determinado midiendo la cantidad de electricidad que se requiere para la producción de iodo durante la titulación.

2I^- ® I₂ + 2e^-

Aparato - Consta de buretas automáticas, un frasco de titulación, un agitador y un equipo para titulaciones amperométricas a voltaje constante o titulaciones potenciométricas a corriente constante.

Dado que el reactivo de Karl Fischer es sumamente higroscópico, el aparato debe diseñarse de manera que no absorba humedad del ambiente. Para proteger el reactivo de la humedad se emplean además desecantes, como por ej., cloruro de calcio anhidro o gel de sílice.

Reactivo - El reactivo de Karl Fischer puede prepararse por cualquiera de los métodos indicados a continuación. También pueden emplearse reactivos comerciales. [NOTA: el cloroformo y el metanol empleados para la preparación del reactivo deben tener un contenido de agua inferior a 0,1 mg por ml. El metilcellosolve y el éter monometílico dietilenglicol deben tener un contenido de agua inferior a 0,3 mg por ml].

Método a - Disolver 63 g de iodo en 100 ml de piridina, con un contenido de agua inferior a 1 mg por ml, enfriar la solución en baño de hielo y hacer pasar dióxido de azufre seco a través de esta solución hasta que el aumento de peso sea de 32 g. Llevar a 500 ml agregando cloroformo o metanol y dejar en reposo durante no menos de 24 horas antes de usar.

Método b - Disolver 102 g de imidazol, con un contenido de agua inferior a 0,1%, en 350 ml de metilcellosolve o éter monometílico dietilenglicol, enfriar la solución en baño de hielo y hacer pasar dióxido de azufre seco a través de esta solución hasta que el aumento de peso sea de 64 g, manteniendo la temperatura entre 25 y 30°C. Disolver 50 g de iodo en esta solución y dejar en reposo durante no menos de 24 horas antes de usar.

Método c - Hacer pasar dióxido de azufre a través de 150 ml de metilcellosolve hasta que el aumento de peso sea de 32 g. A esta solución, previamente enfriada en un baño de hielo, agregar 250 ml de metilocellosolve o cloroformo que contiene 81 g de 2^-metilaminopiridina, con un contenido de agua inferior a 1 mg por ml. Disolver 36 g de iodo en esta solución y dejar en reposo durante no menos de 24 horas antes de usar.

El reactivo de Karl Fischer, preparado por cualquiera de estos métodos, debe estandarizarse antes de cada uso, porque su actividad para la determinación de agua cambia con el tiempo. Almacenar el reactivo en un sitio frío, protegido de la luz y la humedad.

Estandarización del reactivo - Transferir una cantidad apropiada de metanol al frasco de titulación seco y titular el solvente con reactivo de Karl Fischer hasta alcanzar el punto final. Luego agregar rápidamente 30 mg de agua, exactamente pesados, a la solución en el frasco y titular el agua con el reactivo de Karl Fischer, con agitación enérgica, hasta alcanzar el punto final. Calcular el factor de equivalencia, f, correspondiente a la cantidad de agua, en mg, por ml de reactivo, por la fórmula siguiente:

en la cual P es la cantidad de agua tomada, en mg, y V es el volumen de reactivo de Karl Fischer, en ml, consumido para la titulación del agua.

Para la determinación de cantidades de agua menores a 1%, el reactivo puede estandarizarse con tartrato de sodio según se indica a continuación. Transferir una cantidad apropiada de metanol al frasco de titulación seco y titular el solvente con reactivo de Karl Fischer hasta alcanzar el punto final. Agregar rápidamente 150 a 350 mg de tartrato de sodio (C₄H₄Na₂O₆2H₂O) exactamente pesados, y titular hasta alcanzar el punto final. Calcular el factor de equivalencia, f, correspondiente a la cantidad de agua, en mg, por ml de reactivo, por la fórmula siguiente:

en la cual 18,02 y 230,08 son los pesos moleculares del agua y del tartrato de sodio dihidratado, respectivamente, P es el peso, en mg, de tartrato de sodio dihidratado y V es el volumen, en ml, de reactivo consumido para la titulación del agua.

Procedimiento - En general, la titulación de agua con reactivo de Karl Fischer debería llevarse a cabo a la misma temperatura que se hizo la estandarización y evitando la humedad atmosférica. El aparato se equipa con un resistor variable en el circuito y este resistor se manipula para mantener un voltaje constante entre los dos electrodos de platino sumergidos en la solución a ser titulada, midiéndose la variación de intensidad de corriente (titulación amperométrica a voltaje constante). Durante la titulación, la intensidad de corriente en el circuito varía notablemente, pero vuelve al valor original en pocos segundos. Al final de la titulación, la corriente permanece fija en un valor durante un tiempo generalmente mayor a 30 segundos. Este estado se designa como el punto final de la titulación. Adicionalmente, el reactivo de Karl Fischer proporciona un indicador visual del punto final, dado el color característico que produce el exceso de iodo en la solución que se está titulando.

De otra manera, la manipulación del resistor sirve para pasar una corriente definida entre los dos electrodos de platino, midiéndose la variación de potencial (titulaciones potenciométricas a intensidad constante). Con el progreso de la titulación, el valor indicado por el potenciómetro disminuye repentinamente desde un estado de polarización de varios centenares de mV al estado de no polarización, pero vuelve al valor original en pocos segundos. Al final de la titulación, el estado de no polarización persiste por un tiempo generalmente mayor de 30 segundos. Este estado se designa como el punto final de la titulación.

Transferir una cantidad apropiada de metanol al frasco de titulación seco y titular el solvente con reactivo de Karl Fischer hasta el punto final. Tomar una cantidad de muestra, exactamente pesada, que contenga entre 5 y 30 mg de agua, transferirla rápidamente al frasco de titulación, disolver agitando y titular la solución, con agitación enérgica, hasta alcanzar el punto final.

Si la muestra es insoluble, reducir a polvo fino rápidamente, pesar exactamente una cantidad apropiada de la muestra con un contenido de agua estimado entre 5 y 30 mg y transferirla rápidamente al frasco de titulación. Agitar la mezcla entre 5 y 30 minutos, protegiendo de la humedad, y titular con agitación enérgica.

Aunque el procedimiento de titulación debería llevarse a cabo bajo condiciones de baja humedad, si el efecto de la humedad atmosférica no puede evitarse, como por ej., si se requiere un tiempo largo de extracción y titulación, debe realizarse una titulación con un blanco, bajo las mismas condiciones empleadas para la muestra, y hacer las correcciones necesarias.

Calcular el porcentaje de agua presente en la muestra, por la fórmula siguiente:

(Vf/P)100

en la cual V es el volumen de reactivo de Karl Fischer, en ml, consumido para la titulación, f es el factor del reactivo de Karl Fischer, en mg de agua por ml de reactivo, y P es la cantidad de muestra, en mg, pesada para la determinación.

En la titulación por retorno, se agrega a la muestra un exceso de reactivo, se espera un tiempo suficiente para que la reacción se complete y se titula el exceso de reactivo con una solución estándar de agua en metanol. El procedimiento de titulación por retorno, es generalmente útil y evita las dificultades que pueden encontrarse en la titulación directa de sustancias de las cuales el agua ligada se libera lentamente.

Aparato y reactivo - Ver Titulación volumétrica directa.

Solución estándar de agua-metanol-Transferir 500 ml de metanol a un matraz aforado de 1 litro, agregar 2,0 ml de agua y completar a volumen con metanol. Almacenar esta solución en un sitio fresco, protegido de la luz y la humedad.

Estandarizar la Solución estándar de agua-metanol según se indica a continuación. Transferir una cantidad apropiada de metanol a un frasco de titulación seco y titular el solvente con reactivo de Karl Fischer hasta alcanzar el punto final. Agregar 10 ml de reactivo de Karl Fischer, exactamente medidos, y titular con Solución estándar de agua-metanol hasta el punto final. Calcular la concentración de agua en la solución estándar. f’, en mg por ml, por la fórmula siguiente:

f’ = f 10/V’

en la cual f es el factor del reactivo de Karl Fischer empleado en la titulación y V’ es el volumen, en ml, de Solución estándar de agua-metanol consumido en la titulación.

Procedimiento - Cuando se emplea el método amperométrico a voltaje constante, en la titulación por retorno, la aguja del microamperímetro está fuera de escala durante la presencia de exceso de reactivo y vuelve rápidamente a la posición original cuando el sistema alcanza el punto final.

Cuando se emplea el método potenciométrico a intensidad de corriente constante, en la titulación por retorno, la aguja del milivoltímetro está en la posición original durante la presencia de exceso de reactivo. Finalmente aparece un voltaje definido cuando la titulación alcanza el punto final.

Transferir una cantidad apropiada de metanol al frasco de titulación seco y titular el solvente con reactivo de Karl Fischer hasta alcanzar el punto final. Pesar exactamente una cantidad de muestra con un contenido de agua estimado entre 5 y 30 mg, transferirla rápidamente al frasco de titulación y disolver con agitación. Agregar un exceso, exactamente medido, de reactivo de Karl Fischer y titular la solución con la Solución estándar de agua-metanol, con agitación enérgica, hasta el punto final.

En el caso de una muestra insoluble, reducir a polvo fino rápidamente, pesar exactamente una cantidad apropiada, transferir rápidamente al frasco de titulación y agregar un exceso, exactamente medido, de reactivo de Karl Fischer. Después de agitar entre 5 y 30 minutos, evitando la humedad atmosférica titular con agitación enérgica. Calcular el porcentaje de agua en la muestra, por la fórmula siguiente:

[(Vf - V f’)/P]100

en la cual V es el volumen de reactivo agregado, en ml, f es el factor del reactivo en mg de agua por ml de reactivo, V’ es el volumen, en mI, de la Solución estándar de agua-metanol consumido para la titulación, f’ es el factor de la Solución estándar de agua-metanol y P es el peso, en mg, de muestra.

Aparato - Consta de un frasco de titulación equipado con una celda electrolítica para la producción de iodo, un agitador y un sistema para la titulación potenciométrica a intensidad de corriente constante. El sistema de producción de iodo se compone de un ánodo y un cátodo, separados por un diafragma. El ánodo se sumerge en la solución del anolito para la determinación de agua y el cátodo se sumerge en la solución del catolito para la determinación de agua. Ambos electrodos son generalmente de platino.

Dado que ambas soluciones, el catolito y el anolito, son fuertemente higroscópicas, el sistema de titulación debe protegerse de la humedad atmosférica. Para este fin, puede emplearse cloruro de calcio anhidro o gel de sílice.

Reactivos - Las soluciones electrolíticas pueden prepararse por alguno de los métodos indicados a continuación, también pueden emplearse reactivos comerciales. [NOTA: el cloroformo y el metanol empleados para la preparación del reactivo deben tener un contenido de agua inferior a 0,1 mg por ml. El metilcellosolve y el dietilenglicol monometiléter deben tener un contenido de agua inferior a 0,3 mg por ml].

Método a -

SOLUCION DEL ANOLITO: Disolver 102 g de imidazol en 900 ml de metanol, enfriar la solución en un baño de hielo y hacer pasar dióxido de azufre seco a través de la solución, mantenida a una temperatura inferior a 30°C, hasta que el aumento de peso sea de 64 g. Disolver con agitación 12 g de iodo, agregar una cantidad apropiada de agua a la solución hasta que el color del líquido vire de marrón a amarillo y diluir a 1 litro con metanol.

SOLUCION DEL CATOLITO: Disolver 24 g de clorhidrato de dietanolamina en 100

ml de metanol.

Método b -

SOLUCION DEL ANOLITO: Disolver 40 g de 1,3-di (4-piridil)propano y 30 g de dietanolamina en aproximadamente 200 ml de metanol y hacer pasar dióxido de azufre seco a través de la solución hasta que el aumento de peso sea de 25 g. Agregar 50 ml de carbonato de propileno y disolver 6 g de iodo en la solución. Agregar metanol para completar a 500 ml y agregar una cantidad apropiada de agua hasta que el color del líquido vire de marrón a amarillo.

SOLUCION DEL CATOLITO: Disolver 30 g de clorhidrato de colina en metanol y diluir a 100 ml con el mismo solvente.

Método c -

SOLUCION DEL ANOLITO: Disolver 100 g de dietanolamina en 900 ml de metanol o en una mezcla de metanol y cloroformo (3:1) y hacer pasar dióxido de azufre seco a través de la solución hasta que el aumento de peso de la solución sea de 64 g. Disolver 20 g de iodo en la solución y agregar una cantidad apropiada de agua hasta que el color del líquido vire de marrón a amarillo.

SOLUCION DEL CATOLITO: Disolver 25 g de cloruro de litio en 1 litro de una mezcla de metanol y nitrometano (4:1).

Procedimiento - Transferir un volumen apropiado de Solución del anolito al frasco de titulación, sumergir en esta solución un par de electrodos de platino para titulación potenciométrica a intensidad de corriente constante. Luego sumergir el sistema de producción de iodo lleno de Solución del catolito en la Solución del anolito: Iniciar el sistema electrolítico y anhidrizar el contenido del frasco de titulación. Transferir una cantidad, exactamente pesada de muestra, cuyo contenido de agua estimado sea de 0,2 a 5 mg, agregarla rápidamente al frasco de titulación, disolver agitando y titular, con agitación enérgica; hasta el punto final.

Cuando la muestra no pueda disolverse en la solución del anolito, reducir a polvo fino rápidamente y transferir al frasco de titulación una cantidad, exactamente pesada, cuyo contenido de agua estimado sea de 0,2 a 5 mg. Luego de agitar la mezcla durante 5 a 30 minutos, protegida de la humedad atmosférica, titular con agitación enérgica. Determinar la cantidad de electricidad (C) [= intensidad de corriente (A) x tiempo (s)] requerida para la producción de iodo durante la titulación y calcular el contenido de agua (%) en la muestra, por la fórmula siguiente:

[C/10,72P]100

en la cual C’ es la cantidad de electricidad requerida para la producción de iodo, 10,72 es la cantidad de electricidad que corresponde a 1 mg de agua y P es el peso de muestra, en mg.

Aunque el procedimiento de titulación debería llevarse a cabo bajo condiciones de baja humedad, si el efecto de la humedad atmosférica no puede evitarse, como por ej., si se requiere un tiempo largo para la extracción y la titulación del agua, realizar un ensayo con un blanco, bajo las mismas condiciones que la muestra, y hacer las correcciones necesarias.

DETERMINACION DE AGUA POR DESTILACION AZEOTROPICA

Este método se basa en la destilación por arrastre con vapor de tolueno, del agua contenida en la muestra de un producto dado bajo condiciones establecidas.

Aparato (ver Figura) - Consiste de un balón A de 500 ml, conectado por un tubo D al tubo cilíndrico B adosado a un tubo receptor graduado E y a un refrigerante C por medio de juntas esmeriladas. El tubo receptor E se gradúa en 0,1 ml. La fuente de calor es preferentemente un calentador eléctrico con un reostato para controlar la temperatura o un baño de vaselina.

La porción superior del balón y el tubo conector deben aislarse.

Procedimiento - Lavar el tubo receptor y el refrigerante con agua y secar. Transferir 200 ml de tolueno y aproximadamente 2,0 ml de agua al balón seco. Destilar durante 2 horas, dejar enfriar durante 30 minutos y leer el volumen de agua. Transferir al balón una cantidad de la muestra, exactamente pesada, cuyo contenido de agua estimado sea de 2 a 3 ml. Si la sustancia tiene una consistencia pastosa, pesarla sobre una pequeña hoja de aluminio. Agregar unos trozos de material poroso y calentar el balón suavemente durante 15 minutos. Cuando el tolueno comienza a hervir, destilar a razón de 2 gotas por segundo hasta que la mayor parte del agua haya destilado, entonces aumentar la velocidad de destilación a 4 gotas por segundo. Cuando el agua haya destilado por completo, lavar el interior del tubo del refrigerante con tolueno. Continuar la destilación durante 5 minutos, retirar la fuente de calor, dejar enfriar hasta alcanzar la temperatura ambiente y arrastrar el agua que permanezca adherida a las paredes del tubo receptor. Cuando el agua y el tolueno se hayan separado completamente, leer el volumen de agua y calcular el porcentaje presente en la muestra, por la fórmula siguiente:

100(V₂- V₁)/P

en la cual P es el peso, en g, de la muestra a ensayar, V₁ es el volumen, en ml, de agua obtenido en la primera destilación y V₂ es el volumen total, en ml, de agua obtenido en las dos destilaciones.