水分儀對化工產(chǎn)品的水分測試及方法分析

　　測試水分的重要性

　　在很多液體化工產(chǎn)品和中間體中，水分含量是產(chǎn)品質(zhì)量的重要標志之一。過(guò)多的水分會(huì )破壞化學(xué)反應，產(chǎn)生副產(chǎn)品，降低收率。

　　乙酯中的水分來(lái)源主要有兩個(gè)渠道，其一是產(chǎn)品本身自帶，如我國《GB3728-91工業(yè)乙酸乙酯》中規定，優(yōu)等品水分含量小于1000ppm，一等品水分含量小于2000ppm，合格品水分含量小于4000ppm，在市售乙酯中，這些水分都是不可避免的。據市場(chǎng)反應，購買(mǎi)時(shí)最好選擇優(yōu)等品的乙酯，考慮到存放因素，在復合前應使水分含量不大于2000ppm，這樣才能保證復合質(zhì)量。其二，乙酯在存放過(guò)程中吸收的水分，因為乙酯屬于易揮發(fā)液體，在揮發(fā)過(guò)程中需要吸收熱量，表層乙酯的急速揮發(fā)主要熱量來(lái)源就是空氣中水蒸氣的凝結放熱，而凝結的水分則很快溶入乙酯中，進(jìn)一步增加了其水分含量，這在夏季空氣相對濕度大于80%時(shí)尤為突出。鑒于這種情況，在復合前事先測定乙酯中的水分含量就顯得非常重要了。

　　各種水分測定儀的比較

　　市售的水分測定儀有很多，按測試方法分有以下幾種：

　　紅外線(xiàn)干燥法、鹵素快速水分儀類(lèi)儀器，此類(lèi)水分儀特點(diǎn)：體積小，測定范圍比較寬，精確度較高，性能較穩定適合0.01%-100%的水分測量、結構簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。但是次水分儀測試含有易揮發(fā)物質(zhì)的產(chǎn)品時(shí)不太適合。

　　卡爾費休庫侖法類(lèi)儀器，主要原理：利用化學(xué)反應后電導率變化計算，結構復雜，體積較大，測定精確度高，適合水分含量在100PPm(0.01%)以下的測定。它一般用于陰離子聚合等對水分有非常嚴格要求的化工、醫藥等行業(yè)產(chǎn)品測定，價(jià)格較高，該類(lèi)儀器有一個(gè)不好的特點(diǎn)，就是更換溶劑時(shí)不容易找平衡。比較適合每日上百次的多頻次測試。

　　卡爾費休容量法，結構比較簡(jiǎn)單，精確度好，適合水分含量10PPm-10%的測定，一般用于對水分有嚴格要求的化工、醫藥和包裝等行業(yè)產(chǎn)品測定，可以看出，對于一般液體化工產(chǎn)品，測定的水分含量時(shí)，應該使用卡爾費休容量法水分測定儀，可以滿(mǎn)足每日數十次以下測定的要求，且經(jīng)濟性比較好。該儀器有一個(gè)特點(diǎn)，就是測試時(shí)可以通過(guò)目測觀(guān)察儀器是否正常(在滴定終點(diǎn)時(shí)顯示淺咖啡色)。

　　卡爾費休容量法水分測定的測定原理

　　卡爾費休容量法測定水分含量時(shí)，主要依據電化學(xué)反應：

　　I2+2eó2I-

　　在反應池的溶液中同時(shí)存在I2和I-時(shí)，該反應在電極的正負兩端同時(shí)進(jìn)行，即在一個(gè)電極上I2被還原，而在另一個(gè)電極上I-被氧化，因此在兩個(gè)電極之間有電流通過(guò)。如果溶液中只有I-而無(wú)I2同時(shí)存在，則兩個(gè)電極間沒(méi)有電流通過(guò)。

　　卡爾費休試劑中含有效成分吡啶和碘等物質(zhì)，把其計量滴入反應池，能與待測溶液中的水發(fā)生如下化學(xué)反應：

　　H2O+SO2+I2+3C5H5N→2C5H5N·HI+C5H5N·SO3

　　C5H5N·SO3 CH3OH→C5H5N·HSO4CH3

　　C5H5N·HI→C5H5N·H I-

　　該反應持續進(jìn)行，不斷消耗水，生成I-，一直到反應滴定終點(diǎn)，水分消耗完畢。這時(shí)，溶液有微量未發(fā)生反應的卡爾費休試劑存在，才能發(fā)生I2和I-同時(shí)存在的情況，兩個(gè)鉑電極之間的溶液開(kāi)始導電，由電流指示達到終點(diǎn)，停止滴定。從而通過(guò)計量已消耗的卡爾費休試劑體積(容量)來(lái)標定溶液中的水分含量。

　　卡爾費休電量法的測定原理

　　電量法，是基于將試樣溶于含有一定碘的特殊溶劑的電解液后，水即消耗碘，但所需的碘不再是用已標定過(guò)的含碘試劑去進(jìn)行滴定，而是通過(guò)電解過(guò)程，使溶液中的碘離子在陽(yáng)極氧化為碘：

　　2Iˉ—2e─→I2

　　所產(chǎn)生的碘又與樣品中的水反應。其終點(diǎn)用雙鉑電極指示。當電解液中碘濃度恢復到原定濃度時(shí)，停止電解。然后根據法拉第電解定律：

　　CMi·t

　　m=---------×-----=---------

　　96500n10722

　　計算出待測試樣的水分含量。

　　選購水分測定儀的注意事項

　　對于市售的各種卡爾費休容量法水分測定儀，建議化工廠(chǎng)家根據性?xún)r(jià)比排列，選擇購買(mǎi)時(shí)注意以下幾點(diǎn)：

　　1、選擇時(shí)最好考慮自動(dòng)型儀器。手動(dòng)的水分測定儀需要試驗者對玻璃滴定管中的試劑進(jìn)行目測，在達到終點(diǎn)后也需要手動(dòng)關(guān)閉，因各人動(dòng)作習慣不同而遲延，會(huì )帶來(lái)不必要的誤差。

　　2、選擇時(shí)應考慮購買(mǎi)全密閉測試系統。裸露的卡爾費休試劑因為碘的存在，非常容易吸收水分，待測樣品也應盡量避免空氣中水分溶入而產(chǎn)生誤差的情況。

　　3、應考慮計量泵的壽命問(wèn)題。計量泵是屬于容量法水分儀的關(guān)鍵部分，卡爾費休試劑又是腐蝕性很高的試劑，應盡量選購由氟塑料等耐腐蝕的材料制成的計量泵，防止產(chǎn)生泄漏，導致儀器的報廢。

　　4、電極問(wèn)題。該部分屬于儀器的核心部件，一方面應具有較高的靈敏度，另一方面，因其測試時(shí)浸泡在試驗池中，最好選擇配備優(yōu)質(zhì)的鉑電極儀器，以保持電極壽命。

　　另外，要得到精確的測試結果，水分測定儀在使用過(guò)程中除了要嚴格按照規程操作外，還應該注意以下問(wèn)題(以ZD-2型全自動(dòng)水分測定儀為例)：

　　■系統全密閉問(wèn)題�？�爾費休試劑液路部分連接一定要緊固，從試劑瓶到計量泵再到反應池，否則發(fā)生試劑泄漏將直接影響測試結果。其不密閉的另一個(gè)問(wèn)題是測試時(shí)由于卡爾費休試劑在試驗中吸收空氣水分，會(huì )導致滴定終點(diǎn)延遲。

　　■取樣的準確問(wèn)題。在標定卡爾費休試劑時(shí)需要取用10mg水，盡量使用10ul取樣器，這樣不但準確、速度快，還能夠防止水滴粘附。同樣地，取用甲醇試劑、乙酯也有類(lèi)似的問(wèn)題，取放完畢后應注意盡量縮短反應池打開(kāi)的時(shí)間。

　　■磁性攪拌速度調整。在反應池中，因為滴定試劑加入時(shí)在局部，與電極不在一處，因此攪拌速度最好以快到不形成湍流為止，這樣可以最快達到終點(diǎn)。

　　■滴定速度設定應先快后慢。滴定時(shí)先快速以盡量縮短試驗時(shí)間，而在接近終點(diǎn)時(shí)應變慢，這樣可提高計量精確度。

　　■當日試驗完畢后，一定要排空系統中的卡爾費休試劑，然后用甲醇清洗干凈，千萬(wàn)不能用水清洗系統，因為其不容易揮發(fā)，將造成下次試驗時(shí)卡爾費休試劑標定不實(shí)。

　　■水分測定儀應該遠離強磁場(chǎng)，避免工作時(shí)電子顯示跳動(dòng)，出現不正�，F象。

　　手動(dòng)的水分測定儀，因為必須使用玻璃自動(dòng)滴定管計量卡爾費休試劑和甲醇溶劑，而玻璃滴定管本身因為平衡壓力的關(guān)系，又必須與外界接通。除了上面需要注意的方面外，在使用時(shí)，還應該注意以下兩點(diǎn)：

　　■系統盡量密閉。手動(dòng)的水分測定儀需要在吸球管路和玻璃滴定管上口加接填充干燥劑的U型管，以便減少空氣水分對測試結果的干擾。在空氣相對濕度大于70%的環(huán)境下，應盡量不安排水分測試。

　　■在調整滴定管的滴定速度時(shí)，最好調整到1滴/秒。滴定速度太快將導致到達終點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的延時(shí)誤差較大;而滴定速度太慢則會(huì )延長(cháng)測試的過(guò)程，上述干擾容易導致遲遲不到達終點(diǎn)。

　　卡爾費休容量法水分測定過(guò)程

　　在卡爾費休容量法水分測定儀中，有幾種可供選擇的種類(lèi)，其連接、測定也有所不同，但測定的基本過(guò)程相似。其測定過(guò)程如下：

　　1、消除溶液空白

　　在反應池中加入無(wú)水甲醇試劑10-15ml(浸沒(méi)電極)，打開(kāi)滴定管開(kāi)始注液，將卡爾費休試劑注入反應池，直至甲醇中的微量水分完全反應完畢，儀器將自動(dòng)停止并發(fā)出報警聲。

　　2、標定卡爾費休試劑

　　按復零鍵，用容量為10ul的取樣器取10mg(10ul)蒸餾水放入反應池中，按滴定開(kāi)始鍵，儀器開(kāi)始自動(dòng)滴定，到達終點(diǎn)時(shí)蜂鳴器響，到達終點(diǎn)時(shí)指示燈亮，此時(shí)數碼管顯示的就是10mg水所消耗的卡爾費休液的體積數，由此可計算出每毫升卡爾費休消耗的水的量。

　　F=10/A

　　式中：F-每毫升卡爾費休溶液消耗水的量

　　10—稱(chēng)取水的質(zhì)量(毫克)

　　A一滴定所消耗的卡爾費休試劑的量

　　3、測定水分含量

　　按復零鍵，用取樣器取10ml被測的樣品，加入反應池中。按滴定開(kāi)始鍵，開(kāi)始進(jìn)行滴定，到達終點(diǎn)時(shí)蜂鳴器響，終點(diǎn)指示燈亮，其結果按下式計算：

　　水分含量=A1×F/10000

　　式中：A1一樣品所消耗的卡爾費休溶液的體積量

　　F一每毫升卡爾費休液消耗水的質(zhì)量

　　10000指加入10ml樣品的質(zhì)量數。

　　上述兩步反應式綜合計算得：乙酯水分含量=

　　卡爾費休方法可用于各種有機化工產(chǎn)品(醛、酮類(lèi)產(chǎn)品需要配備另外的試劑)。

　　精確測定產(chǎn)品中的水分含量，不但可事先避免生產(chǎn)中的質(zhì)量問(wèn)題，把損失降低到最小程度，而且可與原料廠(chǎng)家進(jìn)行有據交涉，退換不適用的產(chǎn)品。但是對于操作人員來(lái)說(shuō)一定要注意，因為此方法需要用試劑，而試劑呢又特別容易對人體構成危害。所以操作的時(shí)候一定要佩戴防護措施!