卡尔费休水分测定的原理介绍

卡尔－费休库仑法水分测定仪测试原理

一、引言

测定物质中水分含量得方法很多,现对常用得几种方法就其经济性、准确性做简单得对比分析。

1干燥法优点:仪器价格低廉。缺点:精度差;仅能测定至10-3级;在干燥蒸馏过程中挥发性物质亦被蒸发,不能测定物质中水分含量得真值,试验时间过长。

2光谱、色谱法优点:可以测至10-6级。缺点:仪器价格昂贵;环境要求高;准备时间长(几个小时);不利于产品得过程控制。

3卡氏容量法优点:测试品种多,相对于卡氏库仑法有些特殊物质在特定试剂条件下可以测定(如酮类、醛类)。缺点:在最佳状态下仅能测至10-4级;耗材(试剂)大;测定时间偏长。

4卡氏库仑法优点:仪器价格中等;耗材少;可以测定至10-6级;时间短,一般物质在掌握好进样量得前提下使用淄博华坤电子仪器有限公司DT-30系列全自动(以下简称华坤仪器)60秒内即可完成测定,就是过程控制与仲裁判定得最佳方法。缺点:有些具有副反应得物质如酮类、醛类不能测定。

对于多数物质而言,选择卡氏库仑法仪器做为质量控制测定水分含量就是一种即经济又准确得方法。

二、卡氏库仑法仪器原理

1、1935年卡尔-费休(KarlFischer)首先提出了利用容量分析测定水分得方法,这种方法即就是GB6283《化工产品中水分含量得测定》中得目测法。目测法只能测定无色液体物质得水分。后来,又发展为电量法。随着科技得发展,继而又将库仑计与容量法结合起来推出库仑法。这种方法即就是GB7600《运行中变压器油水分含量测定法(库仑法)》中得测试方法。现在得分类目测法与电量法统称为容量法。卡氏方法分为卡氏容量法与卡氏库仑法两大方法。两种方法都被许多国家定为标准分析方法,用来校正其她分析方法与测量仪器。

2、卡氏库仑法测定水分就是一种电化学方法。其原理就是仪器得电解池中得卡氏试剂达到平衡时注入含水得样品,水参与碘、得氧化还原反应,在吡啶与甲醇存在得情况下,生成氢碘酸吡啶与甲基硫酸吡啶,消耗了得碘在阳极电解产生,从而使氧化还原反应不断进行,直至水分全部耗尽为止,依据法拉第电解定律,电解产生碘就是同电解时耗用得电量成正比例关系得,其反应如下:

H2O+I2+SO2+3C5H5N 2C5H5N HI+C5H5N SO3

C5H5N SO3+CH3OH C5H5N HSO4CH3

在电解过程中,电极反应如下:

阳极:2I--2e I2

阴极:I2+2e 2I-

2H++2e H2

从以上反应中可以瞧出,即1摩尔得碘氧化1摩尔得二氧化硫,需要1摩尔得水。所以就是1摩尔碘与1摩尔水得当量反应,即电解碘得电量相当于电解水得电量,电解1摩尔碘需要2 96493库仑电量,电解1毫摩尔水需要电量为96493毫库仑电量。

样品中水分含量按(1)式计算:

式中:W---样品中得水分含量,

Q---电解电量,mC;

18---水得分子量;

3、华坤仪器得特点

华坤仪器原理方框图如图1所示。测量电极信号送至单片机Ⅰ。由单片机Ⅰ首先诊断仪器状况。仪器正常时,信号经片内A/D转换再经数字滤波,输出一个电压控制信号。此信号经过压控电流源变换后加到电解电极上。电解电极得电流经运算放大器转换成电压信号,输入到V/F变换器。由单片机Ⅱ对V/F变换后得频率进行累加积分。此积分结果与公式(1)相对应,由此可以计算出水分含量。单片机Ⅱ还负责完成频率响应,信息显示,打印输出及与单片机Ⅰ得通讯功能,控制单片机Ⅰ得启动、停止。

三、卡氏库仑法仪器得应用范围

卡氏库仑法仪器可适用多种有机与无机物中得水分测定,但由于各种化合物性质存在得差异,只有在卡氏试剂中无副反应无干扰得情况下,卡氏库仑法测定才就是一种专属性得方法。原则就是(1)副反应不能有水生成。(2)样品也不能消耗碘或释放碘。主要具有副反应与干扰得物质有如下八类。

1、盐、氢氧化物与氧化物。例如:

Na2CO3+HI NaI+CO2+H2O

Ca(OH)2+H2SO4 CaSO4+H2O

MgO+HI MgI2+H2

还有一些物质亦会发生副反应,例如:Ag2O,HgO,MnO2,PbO,PbO2与ZnO

2、酮与醛这两类化合物会与卡氏试剂中得甲醇化合,形成缩酮与缩醛,并释放水分。此类物质用卡氏库仑法一般不易测定。但卡氏容量法可以测。改变卡氏试剂得组成,如用乙二醇一甲醚或2-甲氧基乙醇取代甲醇均可取得良好得测定

效果。值得说明得就是,并不就是所有得酮类与醛类都不能用卡氏库仑法进行测定。如甲醛、三氯乙醛、二异丙基酮、苯乙酮、二苯乙醇酮等物质在进入卡氏试剂中就是不会反应而释放水分得。鉴于卡氏容量法得测定精度可达到10-4级,从生产酮类与醛类得企业来说,只要满足使用要求,还就是建议采用卡氏容量法。

3、强酸强酸会与卡氏试剂中得甲醇发生反应而释放水分

2CH3OH+H2SO4 (CH3O)SO2+H2O

CH3OH+HOOCH CH3O-OCH+H2O

4、硅烷醇/硅氧烷末端硅烷醇基团与卡氏试剂中得甲醇发生脂化反应生成水。

5、含硼化合物硼酸与甲醇发生脂化反应生成水。

6、金属过氧化物与卡氏试剂反应生成水。

7、消耗碘得物质此类物质会与卡氏试剂中得碘反应,。导致测定水分含量偏高,如铁盐、酮盐、、硫代硫酸盐等。

8、强****** 该类物质在卡氏试剂中得反应会生成碘单质,导致测试水分含量偏低。

在工业产品中,如上所列八类只就是品种繁多得物质中得一小部分,而绝大部分就是可以采用卡氏库仑法测定得。比较典型得有以下物质。

1、碳氢化合物戊烷、己烷、二甲基丁烷、甲基丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙基甲苯、二甲基苯乙烯、辛烷、十二烷、十四烯、二十碳烷、二十八烷、石油醚、汽油、环己胺、甲基环己胺、环庚烷、乙烯环己胺、环十二烷、癸基环己烷、二环戊二烯、二甲基萘、三甲基苯乙烯、联苯、二氢苊、芴、亚甲基菲、异甲基异丙基苯等等。

2、油类水压油、绝缘油、变压器油、透平油

3、醇类(全部)

4、卤代烃类(全部)

5、酚类苯酚、甲酚、氟苯酚、氯酚、二氯苯酚、硝基酚等

6、脂类(全部)