KF水分仪及其测试原理介绍

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2020-04-20 环球过滤分离技术网  filterelement3
卡尔费休滴定法是一种通用的水分含量测定法，以醇类为介质以卡氏液为滴定液进行样品水分测定的一种方法,是水分测定方法中最为专业和准确的方法，这种方法操作简单，准确度高，已成为国际上通用的经典水分测定法。广泛应用于化学品、油、药品、染料、食品等领域。几乎可以涵盖固体，液体，气体等各种类型的样品。



卡尔·费休水分测定法基本原理



卡尔费休法属碘量法，其基本原理是利用碘氧化二氧化硫时，需要-定量的水参加反应：I2十SO2十2H2O=2HI十H2SO4(1)



上述反应是可逆的。为了使反应向正方向移动并定量进行，须加入碱性物质。以前的实验证明，吡啶是适宜的试剂。同时，试剂必须加进甲醇或另一种含活泼OH基的溶剂，使硫酸酐吡啶转变成稳定的甲基硫酸氢吡啶。



试剂的理论摩尔比为碘：二氧化硫：吡啶：甲醇=1：1：3：1。



溶剂的选择



卡尔·费休水分测定法需要使用一种非水物质作为溶剂，使样品溶解。通常情况下，无水甲醇是比较理想的溶剂。



但是有一些样品不溶于甲醇，要测定这些样品的含水量，就需要选择其它溶剂或配合使用多种溶剂使样品溶解，并将水分释放出来。现在常用多元溶剂来溶解以前在甲醇中不易溶解的样品，从而也就扩大了卡氏法测定水分的应用范围。



卡尔费休试剂



看过上面的介绍我们可以大概的推断一下卡尔·费休试剂的基本组成，其主要成份应该是碘、二氧化硫、溶剂和有机碱，溶剂主要是醇类，这也是经典的容量法卡尔费休试剂。



传统卡氏试剂中的有机碱主要是吡啶，1979 年，研究人员尤金•肖尔(EugenScholz) 用咪唑代替了有毒的吡啶，对卡尔费休滴定法进行了创新改进。



卡尔费休滴定化学

卡尔费休含水量测定技术是一种基于Bunsen 方程的滴定反应：

ROH + SO2 + R’N←→[R’NH]SO3R

[R’NH]SO3R + H2O + I2 + 2R’N←→2[R’NH]I +[R’NH]SO4R

(R’N = 碱, ROH = 醇, 通常是甲醇)



在反应(2) 中，烃基亚硫酸盐氧化成为烃基硫酸盐的这一反应会消耗水，而水只能来自样品。因为消耗的水和碘(I2) 的化学计量比是1：1，所以可以通过测量反应完成后I2的剩余浓度来算出水在原始样品中的量。可以通过容量或者库仑法测定I2。



从肖尔茨博士的开拓性研究，一直到今天依然在不断进行的产品改进工作，霍尼韦尔研发的HYDRANAL™基于该创新基础，是一种全球领先的卡尔费休无吡啶试剂，能为用户提供一系列的卡尔费休滴定试剂产品，无论容量法还是库仑滴定法，适用于几乎所有类型的样品。



Hydranal™卡尔·费休滴定剂的优点

滴定速度快

终点稳定

结果准确

无异味

低毒性，具有更高的安全性，降低了对环境的影响

保质期长

适用性广


霍尼韦尔是您安全、可靠、易于使用的卡尔费休无吡啶试剂合作伙伴




卡尔费休滴定法的分类



一、容量法

容量法卡尔费休试剂分为单组分容量法和双组分容量法两种。



1）单组分容量法：



单组分容量法的优点

无结晶形成

更好的稳定性，性能一致

方便和易于使用

保质期长



试剂推荐：

霍尼韦尔HYDRANAL-Composite

容量法单组分试剂





图1.将HYDRANALComposite用于容量单组分滴定



配方改进：

HYDRANAL-Composite 是容量法单组分试剂，含有碘、二氧化硫和碱（咪唑和2- 甲基咪唑）等所有反应物，溶解在二甘醇单乙醚 (DEGEE) 中。除了咪唑之外，还使用了2- 甲基咪唑来提高稳定性，消除滴定管中产生结晶。



稳定性

HYDRANAL-Composite 用DEGEE 稳定。

稳定性得到了提高，每年的浓度损失小于5％。



毒性情况

HYDRANAL-Composite 不含吡啶和2- 甲氧基乙醇。DEGEE 是一种无害化学品。



使用方法：

我们建议您按照以下步骤使用HYDRANAL-Composite进行滴定（图1）：

将HYDRANAL-Composite 装入滴定管。

将HYDRANAL- 快速甲醇或HYDRANAL- 无水甲醇HYDRNAL-CompoSolver E 加入滴定池中。

用HYDRANAL-Composite 滴定至无水。

添加样品使用HYDRANAL-Composite 对含水量进行滴定



2）双组分容量法

双组分试剂包括两种溶液：溶剂和滴定剂。 HYDRANAL®-solvent是二氧化硫,咪唑的甲醇溶液，HYDRANAL-Titrant是一种具有精确度的碘溶液。



双组分滴定的优点

•滴定的速度更高

•对含水量更高的样品进行测定时，精确度更高

•更高的PH 缓冲容量

•精确和稳定的滴定终点。



试剂推荐：

霍尼韦尔容量法双组分试剂

HYDRANAL- 溶剂/ 滴定剂


图2. 将HYDRANAL-溶剂 (E) / 滴定剂 (E)用于容量双组分滴定



稳定性

在溶液瓶未开封的情况下，滴定剂三年，溶剂五年。



毒性

HYDRANAL-E 型试剂用乙醇替代了甲醇。提高了卡尔费

休滴定的安全性。



使用HYDRANAL- 溶剂/ 滴定剂方法

我们建议您按照以下步骤进行双组分滴定（图2）：

1. 在滴定管中加入HYDRANAL-滴定剂 (E)

2. 在滴定瓶中加人HYDRANAL-溶剂(E)

3. 使用HYDRANAL-滴定剂(E)预滴定至无水；

4. 加入样品。

5. 使用HYDRANAL-溶剂(E)滴定样品中的含水量。



二、库仑法

库仑法滴定样品中的含水量时，卡尔费休反应所需要的碘，是通过碘离子(I-)在阳极被氧化产生，2I-- 2e→I2(oxidation), 然后生成的碘和水，按照卡氏反应原理进行反应，由于KF反应中，滴定的含水量和碘成比例，所以在库仑法中，水的含量和消耗的电量成比例，因此可以根据滴定所消耗的电量来测定样品中的含水量。

实际应用中，库仑法水分仪，有两种：有隔膜的反应池和无隔膜的反应池；有隔膜的库仑仪，由一个阳极室和一个较小的阴极室组成。阳极室里放阳极液，KF反应在此室发生；阴极室里放阴极液；两室用隔膜隔开。无隔膜的库仑仪，仅由一个室组成，阳极反应和阴极反应发生在同一个电极上，仅需要阳极液，无需阴极液。



库仑法的优点

•使用方便

•高精度

•更适合微量水分（10µg～10mg）的测定



试剂推荐：

HYDRANAL - 库仑法试剂


图3. 将HYDRANAL- 库仑法试剂用于库仑滴定



组成

HYDRANAL- 库仑法A系列是阳极液，含有碘化物和溶解在合适溶剂中的二氧化硫/ 咪唑缓冲液。

HYDRANAL- 库仑法CG 试剂被用作阴极电解液。

HYDRANAL- 库仑法E 型可以同时被用作阳极电解液和阴极电解液;E型是指保存在乙醇中。



稳定性

HYDRANAL - Coulomat库试剂保质期至少五年



毒性

所有的HYDRANAL- 库仑法试剂都不具有毒性，不含有有害的吡啶、四氯化碳和2- 甲氧基乙醇。甲醇毒性略强，可通过使用HYDRANAL- 库仑法E 型使用了乙醇来替代甲醇。

使用HYDRANAL - 库仑法试剂在用库仑法测定水含量时通常使用以下步骤（图3）：

1. 在阴极室中加入HYDRANAL - 库仑法CG 或E

2. 在阳极室中加入HYDRANAL- 库仑A、AG、AG-H或E

3. 注入样品



三、无隔膜库仑法

适用于无隔膜的库仑电解池，只需要一个隔室，一种试剂。HYDRANAL- 库仑法E，AD、AG、AG-H、AGOven和AK 可用在无隔膜室中。如果使用这些试剂，可以遵循一般的库仑法测定含水量并免于使用阴极液。



四、滴定度标准化

HYDRANAL®-标准水样

根据ISO、GMP、GLP和FDA的准则，检查和控制试剂、验证滴定可靠性和测试仪器时必须使用标准样。ISO标准要求“供应商应控制、校准......测量和试验设备......以证明合规性。”卡尔·费休滴定仪属于测量和测试仪器，因此必须作为持续质量保证程序的一部分进行定期校准。

HYDRANAL®-标准水样的优点

•氩气条件下，密封在安瓿瓶中，

•使用方便，一次使用一支

•保质期长

•根据ISO标准标准品生产导则，生产

•可溯源到NIST SRM 2890

•配有详细的说明和COA证书



HYDRANAL®标准水样适用于容量或库仑测定（图4）。配有注明了精确含水量的分析证书。

液体标准样使用玻璃安瓿瓶氩气包装。每个盒子中有10个一次性安瓿瓶。保质期超过五年。HYDRANAL®-卡式炉水标220-230℃和HYDRANAL®-卡式炉水标140-160℃是适用于卡式炉方法的固体标样，含有规定量的化学结合水（CoA报告上有精确值）。



HYDRANAL®-E型

HYDRANAL®-E试剂是我们持续提高安全性和减少产品环境毒性这一目标的成果。

HYDRANAL®-E型试剂中含有乙醇，无需使用具有毒性的甲醇，就能提供可靠的卡尔·费休滴定。其是适用于容量和库仑滴定的第一种低毒性卡尔·费休试剂。



HYDRANAL®-E型的优点

•对长链烷烃具有更高的溶解度

•可使用HYDRANAL-CompoSolver E对丙酮一类的酮进行滴定，无副反应

•保质期和滴定度参数与含有甲醇的试剂相当

•与隔膜HYDRANAL-E产品一起，既可作为阳极液也可作为阴极液

• HYDRANAL-CompoSolver E作为无甲醇工作介质可以与HYDRANAL-复合一起使用



用于酮和醛的HYDRANAL®试剂



酮和醛会对传统的卡尔·费休滴定法形成干扰，因为其会与甲醇反应生成水，导致出现水读数偏高错误或终点消失。简单地用2-甲氧基乙醇替代甲醇的结果并不令人满意。会依然存在副反应，而且卡尔·费休反应的速率会很慢。然而，我们发现，在测量醛和酮的含水量时，某些其它醇和乙二醇醚是很好的甲醇替代品。



适用于容量法：单组分滴定

HYDRANAL®-复合5K是一种用于酮和醛含水量测定的单组分试剂。在DEGEE中含有碘、二氧化硫、咪唑和2-甲基咪唑。

•HYDRANAL®-工作介质液K是对应的溶剂系统，含有2-氯乙醇和氯仿。

•HYDRANAL®-介质液K是HYDRANAL-工作介质液K的完美替代品（不含2-氯乙醇）。

•HYDRANAL®-KetoSolver是一种用于酮和醛含水量测定的工作介质。和HYDRANAL -复合5或HYDRANAL-复合5K一起使用。含有无害化合物，可生物降解。



适用于隔膜库仑法：

HYDRANAL®-库仑法AK是一种专用于酮分析的阳极液溶液。

•HYDRANAL®-库仑法CG-K是对应的阴极电解液。在合适的溶剂中溶解有铵盐。



适用于无隔膜库仑法

HYDRANAL®-库仑法AK可用于无隔膜室中酮的含水量测定。

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