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卡爾費(fèi)休水分測(cè)定儀原理及選擇
添加時(shí)間:2024-06-05

2.1水分測(cè)定儀的分類

水分測(cè)定儀主要是實(shí)驗(yàn)室用來(lái)對(duì)生產(chǎn)前原料、生產(chǎn)后成品質(zhì)量把控,也有部分是對(duì)生產(chǎn)中的質(zhì)量把控。所以水分測(cè)定儀主要是應(yīng)用在各行各業(yè)的樣品水分含量檢測(cè)及質(zhì)量把控。那么我們實(shí)驗(yàn)室常用的水分測(cè)定儀主要分為,加熱法和卡爾費(fèi)休方法兩大類別

2.1 加熱法水分測(cè)定儀

加熱法水分測(cè)定儀有紅外水分測(cè)定儀,鹵素水分測(cè)定儀

2.1.1、紅外線/鹵素水分測(cè)定儀

1、檢測(cè)原則:

(1)樣品中不含有除水以外的揮發(fā)性物質(zhì)

(2)樣品中有不溶或者難溶于有機(jī)溶劑中的樣品

2、物理法水分測(cè)定儀主要檢測(cè):

粉末狀、顆粒狀、粘稠狀、流體類物質(zhì),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(cè)定儀與鹵素水分測(cè)定儀的區(qū)別:

紅外: 加熱均勻,傳統(tǒng)加熱方式,較適合測(cè)試對(duì)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(jié)能環(huán)保

2.1.2、卡爾費(fèi)休水分測(cè)定儀

卡爾費(fèi)休水分測(cè)定儀分為容量法和庫(kù)侖法兩種儀器

1. 簡(jiǎn)介:

卡爾·費(fèi)休法簡(jiǎn)稱費(fèi)休法,是1935年卡爾·費(fèi)休(KarlFj scher)提出的測(cè)定水分的容量分析方法。費(fèi)休法是測(cè)定物質(zhì)水分的各類化學(xué)方法中,對(duì)水為專一、為準(zhǔn)確的方法。雖屬經(jīng)典方法但經(jīng)過(guò)近年改進(jìn),提高了準(zhǔn)確度,擴(kuò)大了測(cè)量范圍,已被列為許多物質(zhì)中水分測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法。

2. 化學(xué)反應(yīng)

卡爾?費(fèi)休水分測(cè)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(shí)需要一定量的水參與反應(yīng),化學(xué)反應(yīng)方程式如下:

I2+SO2+2H2O → 2HI+H2SO4(2-1)

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

卡爾費(fèi)修試劑中含有分子碘而呈深褐色,當(dāng)含有水的試劑或樣品加入后,由于化學(xué)反應(yīng),生成甲基硫酸化合物(RNSO4R1)而使溶液變成黃色,由此可用目測(cè)法判斷終點(diǎn),即由淺黃色變成橙色.但是目測(cè)法誤差教大而且在測(cè)定有顏色的物質(zhì)時(shí)會(huì)遇到麻煩。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)大都規(guī)定用"永停法"來(lái)判定卡氏反應(yīng)的終點(diǎn),其原理為:在反應(yīng)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(shí),則溶液中不會(huì)有電對(duì)存在,溶液不導(dǎo)電,當(dāng)反應(yīng)到達(dá)終點(diǎn)時(shí),溶液中存在 I2 和 I-電對(duì),即:

2I- = I2+2e (2-3)

因此, 溶液的導(dǎo)電性會(huì)突然增大, 在設(shè)有外加電壓的雙鉑電極之間的電流值突然增大,并且穩(wěn)定在我們事先設(shè)定一個(gè)信息值上面,即可判斷到了滴定終點(diǎn),機(jī)器便會(huì)自動(dòng)停止滴定,從而通過(guò)消耗卡爾費(fèi)休試劑的體積計(jì)算出樣品的含水量。

3. 卡爾費(fèi)試劑的組成

碘 I2

二氧化硫 SO2

溶劑 甲醇

有機(jī)堿 吡啶(咪唑)

4. 影響卡爾費(fèi)休的幾個(gè)因素

無(wú)水甲醇作為樣品的溶解劑,適用范圍很廣。一般的有機(jī)化合物、飽和或不飽和的碳?xì)浠衔镆约耙话愕臒o(wú)機(jī)化合物、酸性氧化物、部分有機(jī)和無(wú)機(jī)的鹽都能適用。

但是部分酮和醛類樣品不能用甲醇反應(yīng)。如發(fā)現(xiàn)反應(yīng)不能中斷,無(wú)終點(diǎn),反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行時(shí),應(yīng)該考慮到是否有副反應(yīng)這個(gè)問(wèn)題。當(dāng)產(chǎn)生副反應(yīng)時(shí),其實(shí)只需要幾分鐘的反應(yīng),卻一直進(jìn)行。此時(shí)可用乙二醇甲醚代替甲醇。
PH值過(guò)高、樣品堿性過(guò)高等,也會(huì)引起副反應(yīng),即連續(xù)反應(yīng),而無(wú)終點(diǎn)出現(xiàn)。此時(shí),PH值過(guò)高可用緩沖溶液調(diào)節(jié)PH值,堿性過(guò)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(fā)生反應(yīng)的化合物不能用卡爾費(fèi)來(lái)測(cè)試。

5. 卡爾費(fèi)休水分測(cè)定儀的特點(diǎn)

(1)試劑對(duì)水的作用靈敏性和專一性高,是較理想的水分測(cè)定方法。

(2)適用于遇熱易分解的物質(zhì)或含有揮發(fā)性成分的供試品的水分測(cè)定。

(3)卡爾費(fèi)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(diǎn)。

(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(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)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(jìn)行。(注意控制溫濕度)

6. 試劑的選擇與標(biāo)定

只有準(zhǔn)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(fèi)休試劑濃度變化的主要有以下幾個(gè)原因 :

? 滴定劑的化學(xué)穩(wěn)定性很低,其中的碘和二氧化硫都是很活潑的物質(zhì),容易和其它物質(zhì)發(fā)生發(fā)應(yīng)。

? 滴定劑一有機(jī)會(huì)就會(huì)吸收空氣中的水分而使自己的濃度降低,因?yàn)槠渲械募状嘉詷O強(qiáng)。

? 因?yàn)槿軇┲?0%的物質(zhì)為甲醇或乙醇,所以KF試劑中醇的密度對(duì)溫度的變化很敏感,溫度的一點(diǎn)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?jié)舛认陆?.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(fā)生反應(yīng)。

卡爾費(fèi)休試劑的標(biāo)定

? 二水合酒石酸鈉標(biāo)定

其是KF試劑的滴定一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物,在正常條件下,該物質(zhì)含有15.66%的水,很穩(wěn)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(yīng)把它研成很細(xì)的粉末,在滴定前應(yīng)混合2~3分鐘(保證完全溶解),每40ml甲醇可溶解140mg二水合酒石酸鈉(室溫)。注意經(jīng)常更換溶劑

? 標(biāo)準(zhǔn)水溶液標(biāo)定

精密稱定水標(biāo)準(zhǔn)品1.0到1.5克,用反稱量法確定其質(zhì)量,滴定至終點(diǎn)。所用水標(biāo)準(zhǔn)品的量一般以消耗2到5毫升卡氏液較合適。但是水標(biāo)準(zhǔn)品比較貴適合預(yù)算寬裕實(shí)驗(yàn)室選用。

? 去離子水標(biāo)定

用去離子水標(biāo)定滴定劑濃度需要大量的練習(xí)和的實(shí)驗(yàn)操作以獲得重復(fù)的的結(jié)果。由于使用去離子水量非常?。?0μl~20μl),偶然誤差較大。因此推薦酒石酸二鈉或水標(biāo)準(zhǔn)來(lái)標(biāo)定滴定液的濃度。

卡爾費(fèi)休試劑的選擇

1按滴定度選擇

一般市面上出售的卡爾費(fèi)休試劑的滴定度有1mg/ml、2mg/ml、3-5mg/ml,含水量越低的樣品應(yīng)該選擇滴定越小的試劑 。庫(kù)侖法試劑不區(qū)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(chǔ)約兩年,若試劑存儲(chǔ)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(guī)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,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(yīng)速度快,價(jià)格貴,滴定度有限;試劑,測(cè)試一些特殊樣品,如醛酮試劑;

7. 卡爾費(fèi)休水分測(cè)定儀的測(cè)量過(guò)程

測(cè)量范圍:按取樣量的大小可以測(cè)量1毫克到100%范圍內(nèi)的含水量。

根據(jù)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(jìn)行預(yù)滴定,讓其達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的值。然后再用這種"干燥"了的甲醇做工作介質(zhì)和溶劑。將樣品加入到"干燥"了的甲醇中,其滴定方法和預(yù)滴定的方法一樣。樣品的含水量可以通過(guò)KF試劑的消耗量計(jì)算得到。當(dāng)*個(gè)樣品滴定完之后,第二個(gè)樣品可以直接加進(jìn)去,反應(yīng)杯中的溶液可以反復(fù)應(yīng)用。當(dāng)然,被測(cè)的樣品相互之間不能發(fā)生反應(yīng)。