卡爾一費(fèi)休庫(kù)侖法水分測(cè)定儀原理及注意事項(xiàng)分析

張愛琴

摘要：文章通過對(duì)卡爾一費(fèi)休庫(kù)侖法水分測(cè)定儀操作原理及應(yīng)用范圍的探討，指出了如何安全正確使用儀器，并結(jié)合實(shí)際情況就使用中存在的問題及相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行了簡(jiǎn)要論述。

關(guān)鍵詞：卡爾一費(fèi)休庫(kù)侖法；水分；測(cè)定儀

1 水分含量測(cè)試方法

測(cè)定樣品中的水分含量有很多種方法。干燥法是最原始的方法，但干燥法不能測(cè)定含有揮發(fā)性物質(zhì)；卡爾一費(fèi)休（簡(jiǎn)稱卡氏）容量法是一種滴定方法，能快速而準(zhǔn)確地測(cè)出樣品中的水分，但試劑消耗大；光譜、色譜法儀器價(jià)格昂貴；而卡氏庫(kù)侖法則有測(cè)定物質(zhì)種類多、儀器耗材少、測(cè)量時(shí)間短、測(cè)量精確度高的特點(diǎn)，用它來(lái)控制產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和質(zhì)量是最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的選擇。其不僅可以校正其他分析方法，而且還能校正一些測(cè)量?jī)x器，因此，常常被作為測(cè)水分的國(guó)際最高標(biāo)準(zhǔn)。文章結(jié)合筆者在工作中的實(shí)際操作情況就卡氏庫(kù)侖法工作原理及注意事項(xiàng)總結(jié)出了一些心得體會(huì)。

2 水分測(cè)定儀檢測(cè)原理

卡氏庫(kù)侖法水分測(cè)定儀（見圖1）是利用碘與SO2發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)需要消耗一定量的水的原理來(lái)測(cè)定樣品中的含水量。其反應(yīng)式為：

I2+SO2+3C5H5N+H2O→2CsHsN·HI+C5H5N·SO3

C5H5N·SO3+CH2OH→C5H5N·HSO4CH3

卡氏采用碘（I2）、二氧化硫（SO2）、吡啶（C5H5N）和甲醇（CH3OH）配制而成。經(jīng)過電解在陽(yáng)極上生成碘，按照法拉第定律，該生成物同電荷量成正比例關(guān)系，如下式：2I--2e→I2。

從上述反應(yīng)中能夠清楚地看出，參與反應(yīng)的碘的摩爾數(shù)和水的摩爾數(shù)相同。電解l摩爾碘的電量數(shù)為2X96 493庫(kù)侖，電解1μmol的電量為96 493毫庫(kù)侖。

樣品中水分質(zhì)量按下式計(jì)算：

W×10-/18=Q×10-/2×96493

W=Q/10.722在式中，W：樣品中的水分質(zhì)量，μg；Q：電解電量，mC；18：水的分子質(zhì)量。

3 應(yīng)用范圍

卡氏庫(kù)侖法水分測(cè)定儀在實(shí)際中有很廣泛的用途，無(wú)論是有機(jī)和無(wú)機(jī)物，也無(wú)論是固體、液體和氣體樣品，它們的水分都可用該儀器測(cè)出。但測(cè)定時(shí)要考慮各種化合物性質(zhì)的不同，保證在被測(cè)樣品和卡氏試劑產(chǎn)生反應(yīng)時(shí)不生成水，且樣品既不能消耗碘，也不能釋放碘的情況下，卡氏庫(kù)侖法才能夠測(cè)量準(zhǔn)確。不能直接測(cè)定的主要有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物有活潑羰基化合物、強(qiáng)酸、金屬氫氧化物及氧化物、強(qiáng)氧化劑、含硼化合物、硅烷醇/硅氧烷等，對(duì)這物質(zhì)不能直接進(jìn)行測(cè)定，可以采取一些輔助的方法來(lái)排除各種因素的干擾，將測(cè)定中產(chǎn)生的誤差消除掉，使測(cè)定的結(jié)果達(dá)到精準(zhǔn)，滿足人們的試驗(yàn)要求。如活潑的醛和酮遇到卡氏試劑中的甲醇，會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成縮醛和縮酮，并釋放水分，從而消耗碘，對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生干擾，所以人們?cè)跍y(cè)定含酮樣品中的水分時(shí)，為了達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果，一般會(huì)把試劑中吡啶含量調(diào)高一些，把甲醇量降低一些；但對(duì)于含醛類化合物而言，則采取另外的方法，把溶劑改成吡啶，這樣縮醛形成的比例就會(huì)大大降低，基本保證了測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確。

4 注意事項(xiàng)

4.1 卡氏試劑的應(yīng)用和安全防護(hù)

為保證滿意的測(cè)定效果，卡氏試劑應(yīng)在有效期內(nèi)使用，而且應(yīng)在陰涼干燥處避光保存。由于砒啶的濃烈氣味對(duì)人體有傷害，廠家已經(jīng)生產(chǎn)出不含吡啶的卡氏試劑供人們選用，當(dāng)有些產(chǎn)品的含水量很低，對(duì)檢測(cè)準(zhǔn)確度要求卻很高時(shí)，仍然推薦選用含吡啶的卡氏試劑，如發(fā)現(xiàn)反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行時(shí)，應(yīng)該考慮到樣品和卡氏試劑發(fā)生反映的情況。因?yàn)榭諝庵械乃趾苋菀妆豢ㄊ显噭┪?，造成滴定終點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間的不穩(wěn)定，為了達(dá)到人們要求的測(cè)定效果，一般要在儀器上配裝干燥裝置，并保證裝置密封性能良好。

卡氏試劑是一種有輕微毒性的棕褐色溶液，主要成分是碘、SO2、吡啶和甲醇。該溶液揮發(fā)性強(qiáng)，為避免有害氣體吸入體內(nèi)，應(yīng)在通風(fēng)櫥下操作，特別是在更換試劑時(shí)，要切實(shí)做好防護(hù)工作，還要注意盡量別讓有害試劑濺落在皮膚和眼睛上，一旦發(fā)生上述情況應(yīng)立即用大量的流水進(jìn)行沖洗，必要時(shí)馬上送往醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行緊急處置，避免安全事故發(fā)生。

4.2 樣品的取樣和進(jìn)樣量的控制

取樣時(shí)，應(yīng)先將樣品充分混勻，然后用樣品反復(fù)清洗注射器幾次，直到注射器干凈后，再緩慢勻速抽取樣品，這樣就能有效阻止空氣進(jìn)入注射器形成氣泡，避免進(jìn)樣誤差的產(chǎn)生。取樣量的多少也會(huì)影響檢驗(yàn)結(jié)果，每次取多少樣品，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求、試劑耗用情況等決定。進(jìn)樣量的多少要根據(jù)樣品的含水量來(lái)決定，10μg-10 mg是該儀器的最佳測(cè)定范圍，一般來(lái)說，含水量與進(jìn)樣量成反比，含水量越高，進(jìn)樣量越小。試驗(yàn)者呼氣和擦注射器頭時(shí)注意不要對(duì)注射器頭造成污染而影響測(cè)定結(jié)果，還有取樣時(shí)注射器頭上如有掛滴一定要用干凈的濾紙擦凈，并注意不要與池壁或電極桿接觸，盡量減少進(jìn)樣時(shí)樣品的損失，不要影響到測(cè)定結(jié)果。

4.3游離水、結(jié)合水

樣品中通常同時(shí)含有游離水和結(jié)合水兩種形式。一般來(lái)說，游離水的測(cè)定簡(jiǎn)單快速，結(jié)合水的測(cè)定則相對(duì)麻煩，時(shí)間也長(zhǎng)，應(yīng)先用試劑把樣品充分溶解，之后才能測(cè)定。遇到結(jié)合水多的樣品，減少樣品進(jìn)樣量，不失是一種行之有效的方法。當(dāng)然也可根據(jù)樣品情況采取其他方式。如果樣品是固體，可將顆粒研磨得更?。蝗绻麡悠肥且后w，先用溶劑將樣品溶解再測(cè)定，但要選對(duì)卡氏試劑不產(chǎn)生干擾、不產(chǎn)生不良影響的溶劑。

4. 4電解電極的清洗

電解電極是電解池中的重要元件，電極一旦被污染就會(huì)降低測(cè)量靈敏度。雖然電極上的污染物人們無(wú)法目測(cè)到，但反應(yīng)遲鈍可以間接印證這種電極被污染的可能性。像一些經(jīng)常測(cè)定油質(zhì)樣品的電極，臨近終點(diǎn)時(shí)反應(yīng)遲鈍，遲遲不到終點(diǎn)，造成試劑浪費(fèi)，測(cè)量準(zhǔn)確性受到質(zhì)疑，就是電極被污染造成的，因此對(duì)電極的清洗保養(yǎng)顯得尤為重要。清洗的方法很多，可用揮發(fā)性強(qiáng)的丙酮對(duì)其進(jìn)行擦拭，也可將電極浸入稀硫酸溶液中浸泡，然后用清水沖洗干凈，再用濾紙擦拭干凈，還可用超細(xì)的沙紙小心輕擦電極末端，然后用濾紙拭凈，以方便下次使用。儀器如長(zhǎng)時(shí)間不用，應(yīng)將所有卡氏試劑全部排完，保持管路暢通，并把電極拭凈，干燥保存。

4.5 卡氏庫(kù)侖法水分測(cè)定儀的校準(zhǔn)

測(cè)試的環(huán)境條件，儀器的密封性能，都會(huì)影響該儀器的準(zhǔn)確度，進(jìn)而影響到樣品的測(cè)定結(jié)果，對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度有特殊要求的樣品，更應(yīng)該重視這些因素。通常用純水作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，在每天的樣品測(cè)試前對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。一般取20-50μL純水進(jìn)行標(biāo)定，反復(fù)六七次，剔除異常值后進(jìn)行平均，判斷儀器是否滿足使用要求。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，用該儀器測(cè)定物質(zhì)中水分，是一種靈敏而實(shí)用的方法，不管樣品是以何種狀態(tài)存在，只要對(duì)卡氏試劑無(wú)干擾和不良影響，都可選用卡氏庫(kù)侖法儀器進(jìn)行測(cè)定。特別是它具有分析快速、使用簡(jiǎn)單、重復(fù)性好等特點(diǎn)，很適合單一產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)使用。在操作過程中除了熟練操作儀器外，還要充分考慮進(jìn)樣量、試劑干擾等因素的影響，控制好測(cè)量過程，達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量的目的。