全自动微量水分测定仪原理及应用范围探讨

在国民经济中，石化产品占有重要的地位。该类产品品种繁多，但大部分都有一项必须检测的重要指标——水分含量。在检测中选择何种方法、如何选择仪器、如何测定其合格，是众多化验工作中的一项大事。作为一类测定物质中水分含量的计量仪器，目前有干燥法、卡尔－费休（KarlFischer，以下简称卡氏）容量法和卡氏库仑法等多种仪器。但就多数物质而言经济、准确的方法当属卡氏库仑法。本文以卡氏库仑法为依据，我公司的全自动微量水分测定仪来探讨其原理及应用范围。

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的方法，这种方法即是GB6283《化工产品中水分含量的测定》中的目测法。目测法只能测定无色液体物质的水分。后来，又发展为电量法。随着科技的发展，继而又将库仑计与容量法结合起来推出库仑法。这种方法即是GB7600《运行中变压器油水分含量测定法（库仑法）》中的测试方法。现在的分类目测法和电量法统称为容量法。卡氏方法分为卡氏容量法和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，用来校正其他分析方法和测量仪器。

2．卡氏库仑法测定水分是一种电化学方法。其原理是仪器的电解池中的卡氏试剂达到平衡时注入含水的样品，水参与碘、二氧化硫的氧化还原反应，在吡啶和甲醇存在的情况下，生成氢碘酸吡啶和甲基硫酸吡啶，消耗了的碘在阳极电解产生，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，电解产生碘是同电解时耗用的电量成正比例关系的，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↑

从以上反应中可以看出，即1摩尔的碘氧化1摩尔的二氧化硫，需要1摩尔的水。所以是1摩尔碘与1摩尔水的当量反应，即电解碘的电量相当于电解水的电量，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---样品中的水分含量，μg；

Q---电解电量，mC；

18---水的分子量；

三、卡氏库仑法仪器的应用范围

卡氏库仑法仪器可适用多种有机和无机物中的水分测定，但由于各种化合物性质存在的差异，只有在卡氏试剂中无副反应无干扰的情况下，卡氏库仑法测定才是一种专属性的方法。原则是（1）副反应不能有水生成。（2）样品也不能消耗碘或释放碘。主要具有副反应和干扰的物质有如下八类。

1．盐、氢氧化物和氧化物。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和ZnO

2．酮和醛   这两类化合物会和卡氏试剂中的甲醇化合，形成缩酮和缩醛，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。改变卡氏试剂的组成，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的测定效果。值得说明的是，并不是所有的酮类和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是不会反应而释放水分的。鉴于卡氏容量法的测定精度可达到10^-4级，从生产酮类和醛类的企业来说，只要满足使用要求，还是建议采用卡氏容量法。

3．强酸   强酸会和卡氏试剂中的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   末端硅烷醇基团和卡氏试剂中的甲醇发生脂化反应生成水。

5．含硼化合物   硼酸和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．消耗碘的物质   此类物质会和卡氏试剂中的碘反应，。导致测定水分含量偏高，如铁盐、酮盐、亚硝酸盐、硫代硫酸盐等。

8．强氧化剂   该类物质在卡氏试剂中的反应会生成碘单质，导致测试水分含量偏低。

在工业产品中，如上所列八类只是品种繁多的物质中的一小部分，而绝大部分是可以采用卡氏库仑法测定的。比较典型的有以下物质。

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）

7．醚类   二乙醚、二甘醇单甲醚、二甘醇二乙醚、聚乙二醚、苯甲醚、氟苯甲醚、碘苯甲醚、二癸醚、二庚醚

以上所列的无副反应无干扰的物质也仅是常见的一些物质，尚有许多品种可用卡氏库仑法来测定，在此就不一一列举了。