Wasserbestimmung – Schnell und präzise

OELCHECK untersucht im Rahmen der Analysensets jede Öl- und Fettprobe auf ihren Wassergehalt. Schließlich stellt Wasser in der Regel ein hohes Risiko für alle geschmierten Bauteile dar. Wenn es in höherer Konzentration im Gebrauchtöl vorliegt, kann es die Schmierfilmbildung beeinträchtigen und eine Ursache für Korrosion von Maschinenteilen sein.

 

Doch es gibt auch Flüssigkeiten, die bereits als Frischöl einen hohen Wassergehalt haben oder die nur mit einem hohen Wasseranteil funktionieren. Ein typisches Beispiel dafür sind schwer entflammbare Hydrauliköle. Von diesen Fluids muss ebenfalls der ca. 50% hohe Wassergehalt kontrolliert werden. Doch in einem so hohen Bereich funktioniert die übliche Wasserbestimmung nach dem Karl-Fischer-Prinzip auf der Basis eines coulometrischen Verfahrens (ÖlChecker Winter 2000) nicht mehr. Mit ihm können nur Wassergehalte im Spurenbereich von weniger als 10 ppm bis zu ca. 10.000 mg/kg also bis zu 1% zuverlässig ermittelt werden. Damit das OELCHECK-Labor auch bei Wasserkonzentrationen von mehr als 1% eine schnelle und präzise Wasserbestimmung durch­führen kann,wird ein weiterer spezieller Titrator verwendet. Mit ihm wird der Wassergehalt nach dem volumetrischen Verfahren für Schmierstoffe mit höheren Wassergehalten untersucht.

Coulometrische Bestimmung des Wassergehalts

Die Wasserbestimmung auf coulometrischem Weg ist ideal für Schmierstoffe, die Wasser im Spurenbereich von 10 ppm bis hin zu einigen 1.000 ppm (mg/kg) enthalten. Dabei wird das in der Probe vorhandene Wasser quasi „ausgekocht“. Durch die Bestimmung mit Hilfe des Wasserdampfs werden Additive und andere Bestandteile der Probe, die wie bei einer direkten Methode die Titration stören können, in der Probe zurückgehalten.

 

Eine Titration ist ein Verfahren der quantitativen Analyse in der Chemie. Ein bekannter Stoff, dessen Konzentration unbekannt ist, wird in einer gezielten chemischen Reaktion mit einer Maßlösung umgesetzt, deren Konzentration genau vorgegeben ist. Das Volumen der verbrauchten Maßlösung wird dabei gemessen und die unbekannte Konzentration der Probelösung berechnet. Die quantitative Wasserbestimmung durch Titration wird nach dem deutschen Chemiker Karl Fischer benannt, der das Verfahrensprinzip entwickelt hat.

Als coulometrisch wird eine Methode bezeichnet, mit der die quantitative Stoffmenge einer oxidierbaren oder reduzierbaren Verbindung ermittelt wird. Sie beruht auf der Messung der elektrischen Ladung bzw. Elektrizitätsmenge, die an einer Arbeits­elektrode umgesetzt wird.

 

Bei der indirekten coulometrischen Bestimmung des Wassergehalts werden ca. 2 g der Schmierstoffprobe in ein Glasgefäß eingewogen und mit einem Septum luftdicht verschlossen. Anschließend erhitzt der in einem Autosampler integrierte Ofen die Probe auf 140 °C – 180 °C. Gleichzeitig wird das Septum von einer Hohlnadel durchstochen und das Probengefäß mit Stickstoff durchspült. Das verdampfte Wasser wird in diesem Stickstoffstrom in die eigentliche Messzelle überführt und erst dort titriert. Daher wird diese Methode den indirekten Titrationsverfahren zugeordnet.

 

In einer Messzelle befindet sich ein spezielles Karl-Fischer-Reagenz, aus dem mittels einer Generator­elektrode Jod erzeugt wird. Solange der Stickstoffstrom aus dem Probenglas Wasserdampf in die Messzelle spült, reagiert er dort sofort mit dem Jod. Die Generatorelektrode muss diesen Verlust von Jod permanent ausgleichen und verbraucht dabei Strom. Sobald alles Wasser aus der Probe abreagiert hat, bleibt das erzeugte Jod in der Messzelle unverbraucht zurück. Dieser Zustand wird von einer zweiten Elektrode, der Indikatorelektrode, erkannt und die Titration beendet. Basierend auf der Höhe des Stromverbrauchs lässt sich der Wassergehalt in der Probe errechnen.

 

Das coulometrische Verfahren ist extrem empfindlich. Die Stromzufuhr an der Generatorelektrode wird sehr fein reguliert und dadurch das Jod immer nur in sehr geringen Mengen produziert. Auf diese Weise lassen sich Wassergehalte bereits ab 10 mg/kg präzise bestimmen.

Volumetrische Bestimmung des Wassergehalts

In einigen Anwendungen werden aber Spezialschmierstoffe mit Wassergehalten im Prozent­bereich benötigt. Ein typisches Beispiel hierfür sind die schwer entflammbaren HFC-Flüssigkeiten. Ihre Wassergehalte liegen üblicherweise zwischen 20-50%. Aber auch Syntheseöle auf Glykolbasis, wie sie z.B. in Schneckengetrieben Verwendung finden, enthalten bereits als Frischöl meist mehr als 2.000 ppm Wasser. Bei derartigen Proben stößt die coulometrische Wasserbestimmung an ihre Grenzen. Durch die fein dosierte Erzeugung des Jods in der Titrierzelle würde für jede einzelne Bestimmung enorme Zeit benötigt, um das der hohen Wassermenge entsprechende Jod zu produzieren.

OELCHECK bestimmt seit März 2011den Wassergehalt solcher Schmierstoffe mit dem neuen direkten volumetrischen Karl-Fischer-Titrator.

Dabei wird das Wasser nicht ausgeheizt, sondern die Probe direkt in die Messzelle injiziert. Das benö­tigte Jod liegt in einer Lösung vor, die über eine Bürette in kleinen Schritten kontinuierlich zudosiert wird. Der Rest der Bestimmung ist wieder identisch mit dem coulometrischen Verfahren: Sobald alles Wasser abreagiert hat, bleibt Jod unverbraucht in der Lösung zurück und wird von der Indikatorelektrode erkannt. Die Titration ist beendet. Statt aus dem Stromverbrauch wird der Wassergehalt aus dem verbrauchten Volumen an Titrationslösung berechnet.

Mit seinen nunmehr vier Karl-Fischer-Titratoren ist das OELCHECK-Labor optimal ausgestattet für die schnelle und gleichzeitig präzise Wasserbestimmung in allen Konzentrationsbereichen – mit dem coulometrischen Verfahren im Spurenbereich bis zu einigen 1.000 mg/kg und mit dem volumetrischen Verfahren für Schmierstoffe mit höheren Wassergehalten bis hin zu 100%.

Quelle:

ÖlChecker Frühjahr 2011, Seite 3