技術(shù)文章
Technical articles一. 產(chǎn)品介紹
2.1水分測定儀的分類
水分測定儀主要是實(shí)驗(yàn)室用來對生產(chǎn)前原料、生產(chǎn)后成品質(zhì)量把控,也有部分是對生產(chǎn)中的質(zhì)量把控。所以水分測定儀主要是應(yīng)用在各行各業(yè)的樣品水分含量檢測及質(zhì)量把控。那么我們實(shí)驗(yàn)室常用的水分測定儀主要分為,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(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、物理法水分測定儀主要檢測:
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、紅外線水分測定儀與鹵素水分測定儀的區(qū)別:
紅外: 加熱均勻,傳統(tǒng)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(jié)能環(huán)保
2.1.2、卡爾費(fèi)休水分測定儀
卡爾費(fèi)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(fèi)休法簡稱費(fèi)休法,是1935年卡爾·費(fèi)休(KarlFj scher)提出的測定水分的容量分析方法。費(fèi)休法是測定物質(zhì)水分的各類化學(xué)方法中,對水為專一、為準(zhǔn)確的方法。雖屬經(jīng)典方法但經(jīng)過近年改進(jìn),提高了準(zhǔn)確度,擴(kuò)大了測量范圍,已被列為許多物質(zhì)中水分測定的標(biāo)準(zhǔn)方法。
2. 化學(xué)反應(yīng)
卡爾?費(fèi)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(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,由此可用目測法判斷終點(diǎn),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(zhì)時會遇到麻煩。 國家標(biāo)準(zhǔn)大都規(guī)定用“永停法”來判定卡氏反應(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,則溶液中不會有電對存在,溶液不導(dǎo)電,當(dāng)反應(yīng)到達(dá)終點(diǎn)時,溶液中存在 I2 和 I-電對,即:
2I- = I2+2e (2-3)
因此, 溶液的導(dǎo)電性會突然增大, 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)定一個信息值上面,即可判斷到了滴定終點(diǎn),機(jī)器便會自動停止滴定,從而通過消耗卡爾費(fèi)休試劑的體積計算出樣品的含水量。
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(jī)化合物、飽和或不飽和的碳?xì)浠衔镆约耙话愕臒o機(jī)化合物、酸性氧化物、部分有機(jī)和無機(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,無終點(diǎn),反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行時,應(yīng)該考慮到是否有副反應(yīng)這個問題。當(dāng)產(chǎn)生副反應(yīng)時,其實(shí)只需要幾分鐘的反應(yīng),卻一直進(jìn)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(yīng),即連續(xù)反應(yīng),而無終點(diǎn)出現(xiàn)。此時,PH值過高可用緩沖溶液調(diào)節(jié)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(fā)生反應(yīng)的化合物不能用卡爾費(fèi)來測試。
5. 卡爾費(fèi)休水分測定儀的特點(diǎn)
(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(zhì)或含有揮發(fā)性成分的供試品的水分測定。
(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)會就會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?。
? 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*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(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,價格貴,滴定度有限;試劑,測試一些特殊樣品,如醛酮試劑;
7. 卡爾費(fèi)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(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KF試劑的消耗量計算得到。當(dāng)*個樣品滴定完之后,第二個樣品可以直接加進(jìn)去,反應(yīng)杯中的溶液可以反復(fù)應(yīng)用。當(dāng)然,被測的樣品相互之間不能發(fā)生反應(yīng)。
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:
溶劑 | 比例 | 樣品 |
甲酰胺 | Max. 50 % KFV Max. 20 % KFC | 糖類,鹽 |
| Max. 70 % Max. 30 % | 油類,脂肪 |
長鏈醇 | Max. 50 % Max. 30 % | 油類,脂肪 |
二甲苯,甲苯 | Max. 70 % Max. 30 % | 含瀝青質(zhì)的原油 |
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(fèi)休氏試液滴定,當(dāng)樣品溶液中的水分消耗完畢,過量的用費(fèi)休氏試液可以指示終點(diǎn):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(xué)方法。其原理是儀器的電解池中的卡氏試劑達(dá)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(yīng),在吡啶和甲醇存在的情況下,生成氫碘酸吡啶和甲基硫酸吡啶,消耗了的碘在陽極電解產(chǎn)生,從而使氧化還原反應(yīng)不斷進(jìn)行,直至水分全部耗盡為止,依據(jù)法拉第電解定律,電解產(chǎn)生碘是同電解時耗用的電量成正比例關(guān)系的,其反應(yīng)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(yīng)如下:
陽極:2I--2e→I2
陰極:I2+2e→2I-
2H++2e→H2↑
從以上反應(yīng)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(dāng)量反應(yīng),即電解碘的電量相當(dāng)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(fèi)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(chǎn)生。當(dāng)所有的水消耗完畢,就會在電極上有過量的碘產(chǎn)生,永停滴定儀指示終點(diǎn)到達(dá)。
? 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(yīng)用。
什么樣品適合用卡氏爐進(jìn)行測定
在高溫下才能釋放出水分的樣品,在常規(guī)的卡爾費(fèi)休試劑中不能溶解的樣品。 與卡爾費(fèi)休試劑存在副反應(yīng),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(fā)生反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)。載氣應(yīng)盡量使用干燥的氮?dú)?,因?yàn)樵诩訜岬倪^程中,有些化合物可能發(fā)生氧化。
水分測定儀選型指導(dǎo)
一、卡爾費(fèi)休水分測定儀
1、檢測的原則是:
(1)副反應(yīng)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(yīng)用范圍主要有機(jī)和無機(jī)化合物。
(1)無機(jī)化合物
有機(jī)酸、無機(jī)酸 、酸式氧化物、無機(jī)酸和酸酐等無機(jī)化合物。
(2)有機(jī)化合物
酸、醇、酯、穩(wěn)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(jī)化合物。
3、庫侖法儀器的具體應(yīng)用范圍
碳?xì)浠衔?、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(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、物理法水分測定儀主要檢測:
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、紅外線水分測定儀與鹵素水分測定儀的區(qū)別:
紅外: 加熱均勻,傳統(tǒng)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(jié)能環(huán)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(jié)果的準(zhǔn)確度和檢測效率則不如卡爾費(fèi)休法水份測定儀。
卡爾費(fèi)休水分測定儀具有比加熱法水份測定儀更加快捷,更加的檢測特性外,能夠使用的檢測范圍也非常廣泛,并且應(yīng)該根據(jù)樣品水份含量和樣品特性選擇應(yīng)該采用的卡爾費(fèi)休水份測定儀類型,當(dāng)樣品中水份含量小于0.5%時,并且不含上述限制物質(zhì),或檢測氣體類水分值的時候,應(yīng)優(yōu)先選擇庫侖法水份測定儀,比如V320型自動卡爾費(fèi)休庫侖測定儀。否則選擇類似S-300型容量法全自動卡爾費(fèi)休水份測定儀。
三、根據(jù)上述描述的樣品屬性,選擇合適卡爾費(fèi)休水分測定儀物理法水分測定儀
四、精度值:
根據(jù)行業(yè)要求的檢測標(biāo)準(zhǔn)或者生產(chǎn)要求樣品達(dá)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(dá)到的溫度值也不同,160-270之間可選。
六、根據(jù)單位預(yù)算及招標(biāo)預(yù)算,選擇產(chǎn)品,有些產(chǎn)品在精度值上相同,在具體的操作實(shí)用性行略有差別,造成價格的不同。