卡尔－费休库仑法水分测定仪原理及应用范围

测定物质中水分含量的方法很多，现对常用的几种方法就其经济性、准确性做简单的对比分析。

1干燥法  优点：仪器价格低廉。缺点：精度差；仅能测定至10^-3级；在干燥蒸馏过程中挥发性物质亦被蒸发，不能测定物质中水分含量的真值，试验时间过长。

2光谱、色谱法  优点：可以测至10^-6级。缺点：仪器价格昂贵；环境要求高；准备时间长（几个小时）；不利于产品的过程控制。

3卡氏容量法  优点：测试品种多，相对于卡氏库仑法有些特殊物质在特定试剂条件下可以测定（如酮类、醛类）。缺点：在佳状态下仅能测至10^-4级；耗材（试剂）大；测定时间偏长。

4卡氏库仑法  优点：仪器价格中等；耗材少；可以测定至10^-6级；时间短，一般物质在掌握好进样量的前提下使用淄博华坤电子仪器有限公司DT-30系列全自动微量水分测定仪（以下简称华坤仪器）60秒内即可完成测定，是过程控制和仲裁判定的佳方法。缺点：有些具有副反应的物质如酮类、醛类不能测定。

对于多数物质而言，选择卡氏库仑法仪器做为质量控制测定水分含量是一种即经济又准确的方法。

二、卡氏库仑法仪器原理

1．1935年卡尔－费休（KarlFischer）首先提出了利用容量分析测定水分的方法，这种方法即是GB6283《化工产品中水分含量的测定》中的目测法。目测法只能测定无色液体物质的水分。后来，又发展为电量法。随着科技的发展，继而又将库仑计与容量法结合起来推出库仑法。这种方法即是GB7600《运行中变压器油水分含量测定法（库仑法）》中的测试方法。现在的分类目测法和电量法统称为容量法。卡氏方法分为卡氏容量法和卡氏库仑法两大方法。两种方法都被许多国家定为标准分析方法，用来校正其他分析方法和测量仪器。

2．卡氏库仑法测定水分是一种电化学方法。其原理是仪器的电解池中的卡氏试剂达到平衡时注入含水的样品，水参与碘、二氧化硫的氧化还原反应，在吡啶和甲醇存在的情况下，生成氢碘酸吡啶和甲基硫酸吡啶，消耗了的碘在阳极电解产生，从而使氧化还原反应不断进行，直至水分全部耗尽为止，依据法拉第电解定律，电解产生碘是同电解时耗用的电量成正比例关系的，其反应如下：

在电解过程中,电极反应如下:

阳极:2I^--2e→I₂

        2H⁺+2e→H₂↑

从以上反应中可以看出，即1摩尔的碘氧化1摩尔的二氧化硫，需要1摩尔的水。所以是1摩尔碘与1摩尔水的当量反应，即电解碘的电量相当于电解水的电量，电解1摩尔碘需要2×96493库仑电量，电解1毫摩尔水需要电量为96493毫库仑电量。

样品中水分含量按（1）式计算：

 式中：W---样品中的水分含量，μg；

 Q---电解电量，mC；

18---水的分子量；

一、             卡氏库仑法仪器的应用范围

卡氏库仑法仪器可适用多种有机和无机物中的水分测定，但由于各种化合物性质存在的差异，只有在卡氏试剂中无副反应无干扰的情况下，卡氏库仑法测定才是一种专属性的方法。原则是（1）副反应不能有水生成。（2）样品也不能消耗碘或释放碘。主要具有副反应和干扰的物质有如下八类。

1．盐、氢氧化物和氧化物。例如：

Na₂CO₃+HI→NaI+CO₂+H₂O

Ca(OH)₂+H₂SO₄→CaSO₄+H₂O

MgO+HI→MgI₂+H₂

还有一些物质亦会发生副反应，例如：Ag₂O,HgO,MnO₂,PbO,PbO₂和ZnO

2．酮和醛  这两类化合物会和卡氏试剂中的甲醇化合，形成缩酮和缩醛，并释放水分。此类物质用卡氏库仑法一般不易测定。但卡氏容量法可以测。改变卡氏试剂的组成，如用乙二醇一甲醚或2-甲氧基乙醇取代甲醇均可取得良好的测定效果。值得说明的是，并不是所有的酮类和醛类都不能用卡氏库仑法进行测定。如甲醛、三氯乙醛、二异丙基酮、苯乙酮、二苯乙醇酮等物质在进入卡氏试剂中是不会反应而释放水分的。鉴于卡氏容量法的测定精度可达到10^-4级，从生产酮类和醛类的企业来说，只要满足使用要求，还是建议采用卡氏容量法。

3．强酸  强酸会和卡氏试剂中的甲醇发生反应而释放水分

2CH₃OH+H₂SO₄→(CH₃O)SO₂+H₂O

CH₃OH+HOOCH→CH₃O-OCH+H₂O

4．硅烷醇/硅氧烷  末端硅烷醇基团和卡氏试剂中的甲醇发生脂化反应生成水。

5．含硼化合物  硼酸和甲醇发生脂化反应生成水。

6．金属过氧化物  与卡氏试剂反应生成水。

7．消耗碘的物质  此类物质会和卡氏试剂中的碘反应，。导致测定水分含量偏高，如铁盐、酮盐、亚硝酸盐、硫代硫酸盐等。

8．强氧化剂  该类物质在卡氏试剂中的反应会生成碘单质，导致测试水分含量偏低。

在工业产品中，如上所列八类只是品种繁多的物质中的一小部分，而绝大部分是可以采用卡氏库仑法测定的。比较典型的有以下物质。

1．碳氢化合物  戊烷、己烷、二甲基丁烷、甲基丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙基甲苯、二甲基苯乙烯、辛烷、十二烷、十四烯、二十碳烷、二十八烷、石油醚、汽油、环己胺、甲基环己胺、环庚烷、乙烯环己胺、环十二烷、癸基环己烷、二环戊二烯、二甲基萘、**基苯乙烯、联苯、二氢苊、芴、亚甲基菲、异甲基异丙基苯等等。

2．油类  水压油、绝缘油、变压器油、透平油

3．醇类（全部）

4．卤代烃类（全部）

5．酚类  苯酚、甲酚、氟苯酚、氯酚、二氯苯酚、硝基酚等

6．脂类（全部）

7．醚类  二乙醚、二甘醇单甲醚、二甘醇二乙醚、聚乙二醚、苯甲醚、氟苯甲醚、碘苯甲醚、二癸醚、二庚醚