采用卡爾-費(fèi)休(Karl Fischer)法水分的定義測(cè)定大部分有機(jī)和無機(jī)固、液體石油、化工產(chǎn)品中游離水或結(jié)晶水的含量是一種傳統(tǒng)的經(jīng)典方法。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中有多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)推薦使用該方法。常用的有GB6283-1986《化工產(chǎn)品中水分含量的測(cè)定》、GB7600-1987《運(yùn)行中變壓器油水分含量測(cè)定法(庫侖法)》兩個(gè)方法標(biāo)準(zhǔn)。以上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，基礎(chǔ)理論是一致的，但兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)推薦使用的儀器差距較大。
GB7600推薦使用的微庫侖分析儀不論在整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性上還是整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度上明顯優(yōu)于GB6283推薦使用的儀器。本文以GB7600推薦的儀器模型為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的WS-6型全自動(dòng)微量水分測(cè)定儀為依據(jù)，并針對(duì)此模型國(guó)產(chǎn)原有儀器存在的不足探討改進(jìn)的方法，借此來減輕廣大化學(xué)分析工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，推動(dòng)儀器的全自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化管理。
一. 采用卡爾-費(fèi)休庫侖法測(cè)定水分的原理
其原理是基于有水時(shí)，碘被二氧化硫還原,在吡啶和甲醇存在的情況下，生成氫碘酸吡啶和甲基硫酸氫吡啶。反應(yīng)式如下：
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↑
產(chǎn)生的碘又與樣品中的水分反應(yīng)生成氫碘酸，直至全部水分反應(yīng)完畢為止。反應(yīng)終點(diǎn)用一對(duì)鉑電極所組成的檢測(cè)單元指示。在整個(gè)過程中，二氧化硫有所消耗，其消耗量與水的克分子數(shù)相等。
依據(jù)法拉第電解定律，電解1克分子碘，需要二倍的96493C電量，即電解1毫克水需要電量為96493C。樣品中的水分含量按式(1)計(jì)算：
式中:W---樣品中的水分含量，μɡ;
Q---電解電量，mC;
18---水的分子量;
二.儀器功能增加
1大電流沖擊電解液中的殘余水分每次試驗(yàn)完成后并不是全部倒掉卡爾-費(fèi)休試劑。而是待下次試驗(yàn)時(shí)重復(fù)使用。其間可能是幾天，甚至是幾個(gè)月。時(shí)間越長(zhǎng)，空氣中的水分子浸入電解池的含量越大，形成大量的殘余水分。原有儀器重新啟動(dòng)時(shí)，殘余水分需做幾個(gè)小時(shí)尚不能夠完全電解至平衡，待機(jī)時(shí)間過長(zhǎng)，嚴(yán)重影響試驗(yàn)分析的效益。使試驗(yàn)工作單調(diào)、枯燥。改進(jìn)后的儀器根據(jù)殘余水分含量自動(dòng)調(diào)整電解速度。用大電流來沖擊電解液中的殘余水分，能夠做到隨時(shí)開機(jī)，隨時(shí)試驗(yàn)分析，這是儀器在技術(shù)上的重大突破。
2掉電存貯功能固定的用戶每次注入樣品的密度、質(zhì)量、體積都是基本一致的。改進(jìn)后的儀器只要輸入一次參數(shù)，如不需更改，掉電后永不丟失，不象原有儀器每次做試驗(yàn)均需輸入?yún)?shù)。減少了相當(dāng)大的工作量。
3通訊功能儀器帶有標(biāo)準(zhǔn)RS232串行口，實(shí)現(xiàn)了與微機(jī)的通訊，與掌上電腦的通訊，并可雙向操作。為試驗(yàn)分析的辦公自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。
4時(shí)鐘功能采用DALAS公司解決了“千年蟲”的實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘芯片，使儀器具有時(shí)鐘功能。
5程序升級(jí)功能我國(guó)正處在計(jì)量單位逐步走向標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的階段。有的老產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中仍采用ppm作為計(jì)量單位。有的新標(biāo)準(zhǔn)已采用有量綱的mg/L或mg/kg。改進(jìn)后的儀器能根據(jù)不同用戶產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的更改而使軟件升級(jí)，方便用戶。