主题:【第十三届原创】卡式水分仪测定水分的滴定度影响因素探究

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宁波分析测试发表于:2020/08/04 16:06:32 楼主 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
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卡式水分仪测定水分的滴定度影响因素探究

周晓庆、王竹青、王铖龙、刘翔

(万华化学(宁波)有限公司)



摘要:本文通过测定一个月内滴定剂滴定度,并记录测定时环境的温湿度,来观察其一个月的变化趋势以及温湿度对滴定度的影响。数据表明滴定度在一个月内相对恒定,湿度变化对滴定度略有影响,但影响程度不大。本文还探究了溶剂对滴定度的影响,数据表明往溶剂中加入其他惰性溶剂(氯苯)以及适量的酸和少量的碱对滴定度并没有影响,但是碱加多时,水分仪漂移值长时间不稳定,无法测定滴定度。



关键词:卡尔费休容量法水分仪,酸碱度,溶剂







前言



卡尔费休水分仪测定水分是一种极为快速的水分测定方法,测定范围广,可以测到ppm到100%的水分含量,结果准确、重现性好。



研究表明,在甲醇溶液中,卡尔费休法测定水分含量主要发生以下反应。首先SO2和甲醇形成单甲基亚硫酸根,在其他合适的有机碱,例如吡啶加入下,反应平衡显著向右移:

CH3OH+SO2+RN→[RNH]SO3CH3



之后水和单甲基亚硫酸根与碘反应:

H2O+I2+[RNH]+-SO3CH3+2RN→[RNH]+ -SO4CH3+2[RNH]+I-



同时Verhoef和Barendrecht在对该反应动力学研究时发现其反应速率常数与溶液的pH值有关:



-当pH小于5,logK随着pH值升高呈线性增加;



-当pH等于5.5到8之间,反应速率恒定;



-当pH大于8时,反应速率再次随pH升高缓慢增加(副反应产生)。



卡尔费休水分仪测定水分主要有两种方法,一是库伦法,其测量滴定终点所需的时间和电流,是一种绝对的方法,不需要测定滴定度,在这里不过多讲述。另外一种是容量法,其主要测定滴定剂的消耗体积来计算水分含量,因此需要测定滴定度。容量法测定水分的试剂有滴定剂和脱水溶剂。脱水溶剂主要是甲醇。滴定剂成分不同厂家之间配方不同,但重要组成基本为碘,氢碘酸,二氧化硫,以及有机碱。同时,滴定剂的滴定度并不是一个稳定的数值,其需要不断测定其滴定度。



本文研究意义:滴定度测定较为费时,每次分析样品前测定滴定度影响分析效率。通过监测滴定度在一个月内的变化趋势可以帮助我们有效确定最佳滴定度测定频次,增加分析效率。同时在分析一些酸性或碱性样品时,我们时常需要预先加碱或酸来调节滴定环境的pH,本文通过探究加碱或加酸后的滴定度变化来探究其对滴定体系的影响。在分析过程中还有一种情况是样品对甲醇的溶解度不好,本文也通过滴定度变化来探究预先加惰性试剂对滴定体系的影响。







  • 实验部分



1.1  试剂与仪器



试剂:水杨酸(泰坦,分析纯);冰醋酸(泰坦,分析纯);苯胺(万华生产,纯度大于99.9%);氯苯(泰坦,分析纯);卡尔费休容量法滴定剂(霍尼韦尔,Composite 5K);脱水溶剂(天津康科德);三级水



仪器:卡尔费休水分滴定仪(瑞士万通915)



    • 实验步骤



实验一:滴定剂在一个月内滴定度变化趋势



  • 提前打开水分仪预热,选择滴定度测定模式;



  • 向滴定杯打入脱水溶剂没过铂电极;



  • 进行预滴定,待漂移值≤20μL/min预滴定结束;



  • 立刻加入0.01g(m)纯水,进行滴定;



  • 漂移值≤20μL/min滴定结束,记录滴定体积(V);



  • 两次实验,取平均值;



  • 每隔7天进行实验,并记录当时环境的温湿度情况。



实验二:溶剂变化对滴定度的影响



实验步骤与上基本相同,但在滴定杯内加脱水溶剂的同时,分别加入了15g水杨酸,5ml冰醋酸,1.5ml苯胺,3ml苯胺以及10g氯苯。



    • 实验数据



滴定度的计算公式为:

[img=,44,42]file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.png[/img]



其中:

m为纯水质量,mg;

V为滴定体积,ml。



计算得到两个实验数据,见表1,表2。

表1.实验一数据

                                                 
 

日期

 
 

滴定体积

 
 

滴定度(mg/ml)

 
 

环境温度(℃)

 
 

环境湿度(%)

 
 

2020.07.10

 
 

2.0949

 
 

4.7735

 
 

24.9

 
 

82

 
 

2020.07.17

 
 

2.0910

 
 

4.7824

 
 

24.8

 
 

86

 
 

2020.07.24

 
 

2.1145

 
 

4.7293

 
 

23.8

 
 

57

 
 

2020.07.31

 
 

2.0880

 
 

4.7893

 
 

24.2

 
 

69

 




表2.实验二数据

                                         
 

试剂

 
 

滴定体积

 
 

滴定度(mg/ml)

 
 

脱水溶剂

 
 

2.1145

 
 

4.7293

 
 

脱水溶剂+15g水杨酸

 
 

2.1069

 
 

4.7464

 
 

脱水溶剂+3ml冰醋酸

 
 

2.1011

 
 

4.7593

 
 

脱水溶剂+1.5ml苯胺

 
 

2.1180

 
 

4.7214

 
 

脱水溶剂+3ml苯胺

 
 

漂移值长时间不稳定

 
 

-

 
 

脱水溶剂+10g氯苯

 
 

2.1080

 
 

4.7438

 






  • 结果讨论



由计算公式可知,滴定体积相差0.02ml,滴定度大约变化0.05mg/ml,分析时水分结果相差大约0.0005%。考虑到误差,滴定度相差0.05 mg/ml以内为可接受范围。



    • 滴定剂在一个月内滴定度变化趋势



由上数据可知,滴定剂在一个月内滴定度变化在可接受范围内,温湿度对滴定度略有影响,但对最后结果影响不大。



    • 溶剂变化对滴定度的影响



由表2数据可知,往脱水溶剂中加弱酸以及略加点碱(1.5ml苯胺),滴定度变化不大,但是在过碱的条件下(3ml苯胺),滴定时漂移值会长时间不稳定,无法达到滴定终点。推测可能是苯胺的过多加入导致了副反应的发生(苯胺与氢碘酸反应生成水)。



同时往脱水溶剂中加入其他惰性溶剂(氯苯)其滴定度也没有变化,这也给我们滴定分析提供了一种思路,当样品在脱水溶剂中的溶解度不好时,我们可以在验证其对滴定度无影响下,加入适量其他溶剂加快溶解。







  • 结论



滴定剂在一个月内滴定度变化在可接受范围内,滴定剂一个月验证一次滴定度可行。往脱水溶剂中加弱酸以及略加点碱,滴定度变化不大,但是在过碱的条件下,滴定时漂移值会长时间不稳定,无法达到滴定终点。往脱水溶剂中加入其他惰性溶剂来增加样品溶解度对滴定也不会产生较大影响。







参考文献



Peter Brutte, Regina Schlinkl,卡式水分测定,瑞士万通中国,4.KF01.2(0808)

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