主题:【第六届原创】微量水分测定仪的使用和维护

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    在分析检验部门,大部分都应该有产品水含量(水分)的分析或检测项目,而且测定水含量的方法也很多,有蒸馏法,色谱法,热干燥法,电解化学法(库仑容量法,库仑滴定法)。这几种分析方法其分析原理各不相同,其中现在使用比较多的,应用比较广的就是库仑法。在这里本人不对其他水分析方法进行探讨,只是将自己十多年来使用库仑法测定水含量的一些经验和体会与大家共享。如果有机会我会同大家探讨以下色谱法测定水的含量。
      当然,按照我的一贯写作习惯,我的这篇东东也不会有太多的专业词汇,我更喜欢使用生活化或者通俗的语言来描述专业方面的知识,希望大家能接受呀!也许有些方面我的体会或者描述不是很科学和准确,希望专业的行家能指出我的错误,我会非常感谢的。
一、库仑滴定法测定水含量的基本原理
1、提到库仑滴定法测定水含量,或者水分测定仪,我们必须要提到卡尔费休(Karl Fischer)这个人。就是因为最早在1935他发明了这种测定水分的新方法:利用碘和二氧化硫的氧化还原反应,在有机碱和甲醇的环境下,与水发生定量反应。为了纪念他,所以后来人们把经常库仑滴定法也叫卡尔费休法,把库仑滴定法所使用的试剂也叫做卡尔费休试剂。
2、关于库仑滴定法测定水含量的基本原理其实也比较复杂,特别是卡尔费休试剂的组分很复杂,而且还在不断变化和发展中。因此我觉得只要了解卡尔费休试剂核心的反应就够拉,至于里面的好多中间反应过程我们可以不必追求细节。我觉得卡尔费休试剂反应的核心可以用碘跟水的反应来形象的描述出来:
    在加入样品前,阳极和阴极的反应是平衡的,也就是下面的反应:
I2+2e→2I ,2I--2e→I2
  在加入样品后,由于加入的样品中含有水,
水就会碘立即产生定量化学反应生成氢碘酸,直至全部水分反应完毕为止。I2 + SO2 + 3C5 H5 N + H2O —→  2C5 H5 NHI + C5 H5 NSO3
由于发生了上述反应,整个电池的平衡系统破坏,电解反应又开始发生,电极反应如下:阳极2I--2e→I2 ,阴极:2H++2e→H2,直到系统重新达到平衡状态。当然其实化学反应和电解反应基本上同步反应的,为了便于大家理解我将上述的过程分开讨论。在反应过程过程中,我们可以在电解的阴极发现大量气泡产生,那就是电解反应产生的氢气。
    通过电流计我们可以测量出电解时发生的电量转移。依据法拉第电解定律,电解1克分子碘,需要二倍的96493C电量,即电解1毫克水需要电量为96493C。样品中的水分含量按下图公式计算:

  知道了样品中水的含量(绝对数),如果要计算样品中水的百分含量(相对数)那就很简单拉。根据进样量的(体积或者质量)多少我们可以求出样品中水的百分含量,其计算公式如下:

二、水分测定仪的结构介绍和使用方法
  目前在中国市场上销售的国产水分测定仪的厂家不会少于20家,进口的包括英国、瑞士、德国,日本的等也有5家以上,虽然型号和外观千差万别,但是他们的基本原理都是相同的。我在这里主要介绍以下国产的水分测定仪的结构。
  国产水分测定仪一般都是由 显示系统,电流控制和测量系统,电解系统主要部件构成。在日常工作我们经常需要处理和维护的部分就是电解系统,它主要由电解池和搅拌装置构成,容易出现问题或者说需要经常维护的部件就是电解池。下面重点将电解池的组成介绍以下我的经验。
电解池由两支干燥管,一支阳极电极又叫测量电极,一支阴极
电极又叫电解电极,进样口,池体组成。
上一个图大家看看

实物图如下:

干燥管在本文中没有上图片,就是因为它是插在电解池桶上的玻璃管,里面装上变色硅胶,用来干燥池体里面的环境,吸收外面进来的水分。


不同厂家的库仑水分仪在具体操作上不同,但是基本上是先使用纯水对仪器进行标定,其次就是启动分析,或者进样等按键就可以进样拉。
在这里我要向大家重点提醒的地方有几点:
1、分析前必须使用纯水或者苯饱和水对仪器进行标定,或者说是进行验证,看看仪器运行是否正常。它的原理就是进0.1微升水通过体积和质量的换算,在常温下它应该是100微克左右,上下不要超过10微克。如果仪器测定的结果超过上述误差,我们得对仪器进行检查,直到正常为止。
2、接在池体上的干燥管要使用硅油进行密封,同时要经常性更换里面的硅胶,经常转动一下,防止扭不下来。
3、两支电极也是在跟池体的连接出使用硅油进行密封,经常转动几下。
4、最重要的地方就是池体里面的电解液,根据使用情况及时更换处理。当在使用过程中反应速度慢,测定结果误差大的时候,如果排除进样误差的话首先考虑的就是应该更换电解液。注意电解液的颜色,液位和温度变化。如果空白电流一直比较大的话,或者长时间不用刚开机,或者是空气非常潮湿,我们就要注意在平衡电解过程中注意温度,如果长时间空白电流下不来,温度就会升高,是电解液里面的一些组分会挥发掉从而影响使用。我给大家一个方法,当空白电流比较大的时候可以适量通过进样口加如几颗单质碘,使电解液里面的水短时间反应掉。这个方法非常有效,但是注意的是必须你的电解液还没有到实效的时候。

关于库仑电解法测定水的含量其实还有好多需要注意的地方,比如要求进样量要求快,对分析酮醛等产品能迅速破坏电解液,从而影响测定。还有电解掖也有有毒有刺激性气味慢慢向轻毒、低味、高效方面发展,这要求我们使用人员及时学习,掌握这方面的动向,用科学的办法更好的保护我们这些操作者。

最后需要提醒大家的是在分析过程中搅拌速度要控制好,不要太慢或太快,太慢分析速度慢,太快的话池体里面的磁力搅拌棒容易飞起来打在电极上,使电极受损。大家知道吗,两支电极上的白色金属是白金(铂金)的,非常昂贵。所以呀告诉大家即使电极破损拉,也一定要把白色金属取下来,它可是非常值钱的东东。

好,我的这条帖子就算完拉!欢迎大家批评我呀!不然我就白写拉!

该帖子作者被版主 happy美丽10积分, 2经验,加分理由:鼓励原创~
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期待楼主能将应用方面补充完全
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2011/12/6 14:12:46 Last edit by 7336167
〓疯子哥〓
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无理版主,有时间给大家介绍介绍市场上这20多家的水分测定仪的仪器情况、市场情况、优缺点啥的呗?
无理走遍天下
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那样的话好多厂家不会骂我吗?能说出型号和缺点吗?
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果然很通俗易懂哈,连我这个门外汉都学了不少,可惜我们这边没有这种快速水分测定仪,我们都是用干燥法测的
weixiaoni1975
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按楼主说的醛酮水分分析不能用库仑法啦?因为这些样品会破坏电解液,有什么配方的电解液可以用于醛酮分析吗?
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现在有专门为醛酮分析用的电解液!但是只有进口的!国产有一家是天津的,但是质量也不是非常好!
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