卡爾費休水分測定儀原理及選購指南

一． 產品介紹

2.1水分測定儀的分類

水分測定儀主要是實驗室用來對生產前原料、生產后成品質量把控，也有部分是對生產中的質量把控。所以水分測定儀主要是應用在各行各業的樣品水分含量檢測及質量把控。那么我們實驗室常用的水分測定儀主要分為，加熱法和卡爾費休方法兩大類別

2.1 加熱法水分測定儀

加熱法水分測定儀有紅外水分測定儀，鹵素水分測定儀

2.1.1、紅外線/鹵素水分測定儀

1、檢測原則：

（1）樣品中不含有除水以外的揮發性物質

（2）樣品中有不溶或者難溶于有機溶劑中的樣品

2、物理法水分測定儀主要檢測：

粉末狀、顆粒狀、粘稠狀、流體類物質，例如：種子、菜籽、面粉、紙張、藥末、土壤、廢水、顏料、脫水蔬菜等

3、紅外線水分測定儀與鹵素水分測定儀的區別：

紅外: 加熱均勻，傳統加熱方式，較適合測試對溫度敏感的樣品，如含糖量較高的樣品

鹵素: 升溫快，加熱均勻，效率高，節能環保

2.1.2、卡爾費休水分測定儀

卡爾費休水分測定儀分為容量法和庫侖法兩種儀器

1. 簡介：

卡爾·費休法簡稱費休法，是1935年卡爾·費休(KarlFj scher)提出的測定水分的容量分析方法。費休法是測定物質水分的各類化學方法中，對水最為專一、最為準確的方法。雖屬經典方法但經過近年改進，提高了準確度，擴大了測量范圍，已被列為許多物質中水分測定的標準方法。

2. 化學反應

卡爾?費休水分測定法是一種非水溶液中的氧化還原滴定法， 其滴定的基本原理是碘氧化二氧化硫時需要一定量的水參與反應，化學反應方程式如下：

I2+SO2+2H2O → 2HI+H2SO4（2-1）

I2+SO2+H2O+3RN+R1OH → 2RNHI+RNSO4R1 （2-2）

卡爾費修試劑中含有分子碘而呈深褐色,當含有水的試劑或樣品加入后,由于化學反應,生成甲基硫酸化合物(RNSO4R1)而使溶液變成黃色,由此可用目測法判斷終點,即由淺黃色變成橙色.但是目測法誤差教大而且在測定有顏色的物質時會遇到麻煩。 國家標準大都規定用“永停法"來判定卡氏反應的終點，其原理為：在反應溶液中插入雙鉑電極，在兩電極之間加上一固定的電壓，若溶劑中有水存在時，則溶液中不會有電對存在，溶液不導電，當反應到達終點時，溶液中存在 I2 和 I-電對，即：

2I- = I2+2e （2-3）

因此， 溶液的導電性會突然增大， 在設有外加電壓的雙鉑電極之間的電流值突然增大，并且穩定在我們事先設定一個信息值上面，即可判斷到了滴定終點，機器便會自動停止滴定，從而通過消耗卡爾費休試劑的體積計算出樣品的含水量。

3. 卡爾費試劑的組成

碘 I2

二氧化硫 SO2

溶劑 甲醇

有機堿 吡啶（咪唑）

4. 影響卡爾費休的幾個因素

無水甲醇作為樣品的溶解劑，適用范圍很廣。一般的有機化合物、飽和或不飽和的碳氫化合物以及一般的無機化合物、酸性氧化物、部分有機和無機的鹽都能適用。

但是部分酮和醛類樣品不能用甲醇反應。如發現反應不能中斷，無終點，反應連續進行時，應該考慮到是否有副反應這個問題。當產生副反應時，其實只需要幾分鐘的反應，卻一直進行。此時可用乙二醇甲醚代替甲醇。
PH值過高、樣品堿性過高等，也會引起副反應，即連續反應，而無終點出現。此時，PH值過高可用緩沖溶液調節PH值，堿性過高加入甲苯酸、水楊酶，可緩和堿性溶液，但不能用醋酸。

與碘發生反應的化合物不能用卡爾費來測試。

5. 卡爾費休水分測定儀的特點

(1)試劑對水的作用靈敏性和專一性高，是較理想的水分測定方法。

(2)適用于遇熱易分解的物質或含有揮發性成分的供試品的水分測定。

(3)卡爾費休氏試劑本身可以作為指示劑，也可用永停滴定法指示終點。

(4)屬于非水溶液的氧化還原滴定方法，所以具有與碘可以發生反應的物質不適用本法。

(5)受空氣濕度的影響較大，因此空氣濕度大和陰雨天氣不宜進行。（注意控制溫濕度）

6. 試劑的選擇與標定

只有準確知道我們所使用的KF試劑的濃度后，我們才能由消耗滴定劑的體積和稱樣量求出樣品的含水量。

影響卡爾費休試劑濃度變化的主要有以下幾個原因 ：

? 滴定劑的化學穩定性很低，其中的碘和二氧化硫都是很活潑的物質，容易和其它物質發生發應。

? 滴定劑一有機會就會吸收空氣中的水分而使自己的濃度降低，因為其中的甲醇吸水性。

? 因為溶劑中90%的物質為甲醇或乙醇，所以KF試劑中醇的密度對溫度的變化很敏感，溫度的一點升高將引起試劑濃度的急劇下降，溫度生高1攝氏度，可以使濃度下降0.1%。

? 即使裝試劑的容器密封程度非常好，試劑中各組分間仍可能發生反應。

卡爾費休試劑的標定

? 二水合酒石酸鈉標定

其是KF試劑的滴定一級標準物，在正常條件下，該物質含有15.66%的水，很穩定而且不吸水也不失水。但是二水合酒石酸鈉在甲醇中只能緩慢溶解且溶解度很小，所以使用前應把它研成很細的粉末，在滴定前應混合2～3分鐘（保證溶解），每40ml甲醇可溶解140mg二水合酒石酸鈉（室溫）。注意經常更換溶劑

? 標準水溶液標定

精密稱定水標準品1.0到1.5克，用反稱量法確定其質量，滴定至終點。所用水標準品的量一般以消耗2到5毫升卡氏液較合適。但是水標準品比較貴適合預算寬裕實驗室選用。

? 去離子水標定

用去離子水標定滴定劑濃度需要大量的練習和精確的實驗操作以獲得重復的精確的結果。由于使用去離子水量非常小（10μl～20μl），偶然誤差較大。因此推薦酒石酸二鈉或水標準來標定滴定液的濃度。

卡爾費休試劑的選擇

1按滴定度選擇

一般市面上出售的卡爾費休試劑的滴定度有1mg/ml、2mg/ml、3-5mg/ml，含水量越低的樣品應該選擇滴定越小的試劑 。庫侖法試劑不區分滴定度。

滴定劑中含有碘、二氧化硫、咪唑，溶于醇溶液。溶劑可以是甲醇，也可以用易溶解樣品的溶劑與甲醇混合作溶劑。試劑可以存儲約兩年，若試劑存儲在密封瓶中，滴定度大約每年減小0.5 mg/mL。市售的單組分試劑有三種濃度規格：

5 mg/mL，適用于含水量1000 ppm ~ 100 %的樣品，

2 mg/mL，適用于含水量< 1000 ppm的樣品，

1 mg/mL，適用于含水量< 200 ppm的樣品。

2 按照配方選擇

有單組份，雙組分，專用試劑，單組份滴定度下降速度快，但是便宜，而且滴定度范圍大；雙組分試劑反應速度快，價格貴，滴定度有限；專用試劑，測試一些特殊樣品，如醛酮專用試劑；

7. 卡爾費休水分測定儀的測量過程

測量范圍：按取樣量的大小可以測量1毫克到100%范圍內的含水量。

根據滴定容器大小的不同，可以在其中加入20到200毫升的甲醇。甲醇是含有水分的，所以我們要先用KF試劑進行預滴定，讓其達到一個穩定的值。然后再用這種“干燥"了的甲醇做工作介質和溶劑。將樣品加入到“干燥"了的甲醇中，其滴定方法和預滴定的方法一樣。樣品的含水量可以通過KF試劑的消耗量計算得到。當第一個樣品滴定完之后，第二個樣品可以直接加進去，反應杯中的溶液可以反復應用。當然，被測的樣品相互之間不能發生反應。

算樣品水分含量的公式為：

對于不溶于甲醇的樣品可以加入一些助溶劑來幫助樣品溶解，以取得更好的測試效果。

助溶劑：

9. 容量法和庫侖法

容量法

? 將待測樣品先溶解于無水甲醇中，用費休氏試液滴定，當樣品溶液中的水分消耗完畢，過量的用費休氏試液可以指示終點：顏色有淡黃→淺紅棕色，或永停滴定法。

庫侖法

卡氏庫侖法測定水分是一種電化學方法。其原理是儀器的電解池中的卡氏試劑達到平衡時注入含水的樣品，水參與碘、二氧化硫的氧化還原反應，在吡啶和甲醇存在的情況下，生成吡啶和甲基硫酸吡啶，消耗了的碘在陽極電解產生，從而使氧化還原反應不斷進行，直至水分全部耗盡為止，依據法拉第電解定律，電解產生碘是同電解時耗用的電量成正比例關系的，其反應如下：

H2O+I2+SO2+3C5H5N→2C5H5N·HI+C5H5N·SO3

C5H5N·SO3+CH3OH→C5H5N·HSO4CH3

在電解過程中,電極反應如下:

陽極:2I--2e→I2

陰極:I2+2e→2I-

2H++2e→H2↑

從以上反應中可以看出，即1摩爾的碘氧化1摩爾的二氧化硫，需要1摩爾的水。所以是1摩爾碘與1摩爾水的當量反應，即電解碘的電量相當于電解水的電量，電解1摩爾碘需要2×96493庫侖電量，電解1毫摩爾水需要電量為96493毫庫侖電量。

樣品中水分含量按（1）式計算：

式中：W---樣品中的水分含量，μg；

Q---電解電量，mC；

18---水的分子量；

庫侖法滴定劑（費休氏試液）中是不含有碘的，而是雙鉑電極在含碘離子的陽極電解液中電解產生。當所有的水消耗完畢，就會在電極上有過量的碘產生，永停滴定儀指示終點到達。

? 主要用于微量水分的測定，因此，庫侖滴定法在藥品水分測定中較少應用。

什么樣品適合用卡氏爐進行測定

在高溫下才能釋放出水分的樣品，在常規的卡爾費休試劑中不能溶解的樣品。 與卡爾費休試劑存在副反應，要避面直接接觸，但這要保證樣品在高溫下不會分解或釋放出能與試劑發生反應的化學物質。載氣應盡量使用干燥的氮氣，因為在加熱的過程中，有些化合物可能發生氧化。

水分測定儀選型指導

一、卡爾費休水分測定儀

1、檢測的原則是：

（1）副反應不能有水生成。

（2）樣品也不能消耗碘或釋放碘。

2、容量分析測定.具體應用范圍主要有機和無機化合物。

（1）無機化合物

有機酸、無機酸 、酸式氧化物、無機酸和酸酐等無機化合物。

（2）有機化合物

酸、醇、酯、穩定的羥基化合物、縮醛、醚、烴酸酐、酰鹵、鹵化物、過氧化合物、含氮化合物、含硫化合物等有機化合物。

3、庫侖法儀器的具體應用范圍

碳氫化合物、油類、醇類、鹵代烴類、酚類、脂類、醚類等。

二、紅外線/鹵素水分測定儀

1、檢測原則：

（1）樣品中不含有除水以外的揮發性物質

（2）樣品中有不溶或者難溶于有機溶劑中的樣品

2、物理法水分測定儀主要檢測：

粉末狀、顆粒狀、粘稠狀、流體類物質，例如：種子、菜籽、面粉、紙張、藥末、土壤、廢水、顏料、脫水蔬菜等

3、紅外線水分測定儀與鹵素水分測定儀的區別：

紅外: 加熱均勻，傳統加熱方式，較適合測試對溫度敏感的樣品，如含糖量較高的樣品

鹵素: 升溫快，加熱均勻，效率高，節能環保

綜上所述：

使用加熱法水份測定儀的好處就是除了用電，不需要使用其它的輔助試劑，安裝和操作也相對簡單，但是檢測結果的準確度和檢測效率則不如卡爾費休法水份測定儀。

卡爾費休水分測定儀具有比加熱法水份測定儀更加快捷，更加精確的檢測特性外，能夠使用的檢測范圍也非常廣泛，并且應該根據樣品水份含量和樣品特性選擇應該采用的卡爾費休水份測定儀類型，當樣品中水份含量小于0.5%時，并且不含上述限制物質，或檢測氣體類水分值的時候，應優先選擇庫侖法水份測定儀，比如V320型自動卡爾費休庫侖測定儀。否則選擇類似S-300型容量法全自動卡爾費休水份測定儀。

三、根據上述描述的樣品屬性，選擇合適卡爾費休水分測定儀物理法水分測定儀

四、精度值：

根據行業要求的檢測標準或者生產要求樣品達到的水分值，選擇合適的精度值。

水分精度值：0.1%、0.05%、0.01%、0.001%、0.003%

五、溫度（物理法）：樣品不同，要求達到的溫度值也不同，160-270之間可選。

六、根據單位預算及招標預算，選擇產品，有些產品在精度值上相同，在具體的操作實用性行略有差別，造成價格的不同。