当前位置: 主页 > 水分测定仪应用专栏 > 卡尔费休氏试剂与水分测定

卡尔费休氏试剂与水分测定

容量法-卡尔费休氏试剂的基本组成是碘、二氧化硫、醇类和有机碱。卡尔费休氏试剂能与试样中的水分进行定量反应, 碘氧化二氧化硫成为三氧化硫必须有一定量的水参加, 用有机碱中和反应生成的酸, 利用含羟基的醇类, 使其生成稳定的产物, 从而使反应完全。

容量法卡氏试剂中, 二氧化硫、有机碱和醇类物质都是过量的样品中的水分与所消耗试剂中碘分子的摩尔数成正比, 即1 mol水消耗1 mol碘分子。用已知滴定度 (滴定浓度) 的卡尔费休氏试剂测定待测样品, 由消耗的试剂体积 (m L) 即可测出样品中的含水量。滴定度是指每1 m L卡氏试剂相当于水的量。每次滴定试样前先对卡氏试剂用纯水或酒石酸钠进行标定。卡氏试剂中含有碘分子而呈深褐色, 当含有水的试剂或样品加入后, 由于化学反应, 生成甲基硫酸化合物 (RN-SO2R2) 而使溶液变成黄色, 由此可用目测法判定终点, 即由浅黄色变成橙色。但是目测法误差较大而且在测定有颜色的物质时会遇到麻烦。国家标准大都规定用“永停法”来确定终点。

1 单组元容量法卡尔费休氏试剂

1.1 经典的容量法卡尔费休氏试剂

经典的容量法卡尔费休氏试剂是含碘、二氧化硫、吡啶的甲醇溶液, 以合适的溶剂溶解样品, 用已知水当量的卡尔费休氏试剂滴定, 即可测出样品中的水含量, 但是该试剂有以下缺点:一是试剂中含有极难闻恶臭气味和较大毒性的吡啶, 有损于测试者的健康和环境。二是溶液在储运过程中会产生副反应, 消耗了试剂中的碘分子, 导致滴定度下降。三是试剂中含有甲醇, 由于甲醇可与含羰基 (-C=O) 有机物发生醇醛或醇酮缩合反应而生成水使测量不准确或终点不明确, 因此其应用范围受到了限制。

1.2 单组元卡式试剂

包括无吡啶型和含吡啶型, 这些试剂用含羟基的其他物质代替了甲醇, 稳定性大大增强, 有较长的保质期。在无外界水分进入的情况下, 副反应极小, 滴定度趋近一常数。可测定醛酮类物质 (要与合适溶液匹配) , 使用范围扩大。无吡啶型试剂用无毒无味的有机碱代替吡啶, 无毒无味, 保护健康和环境;反应速度快, 有较快的反应动力学, 使用方便, 简单, 终点明确。无吡啶型有滴定度三种, 含吡啶型有滴定度两种, 滴定度高的试剂质价比更优惠实用, 而且连续多次测样时可减少更换试剂的次数, 提高工作效率, 减少劳动强度。滴定度高的试剂适宜用于含水量高的物质, 含吡啶型试剂保留了吡啶, 去掉了甲醇, 扩大了应用范围, 又降低了试剂的价格。无吡啶型试剂吸收了国外最新研究成果和进展, 与国外同类产品相比质优价廉, 是理想的进口替代品。

单组元卡尔费休试剂可直接使用, 单组元卡氏试剂作为滴定液, 底液用无水甲醇、卡氏专用试剂或其他溶剂。测量步骤和计算方法如下。

1.2.1 确定终点。

反应瓶中加入适量溶液, 用卡尔费休氏试剂滴定至终点。目测法由浅黄色到橙色, 永停法电流由接近于零至突然增加到最大值, 仪器可自动确定。

1.2.2 标定卡尔费休氏试剂的滴定度 (测定水当量) 。

向反应瓶中加入一定量的纯水 (W单位mg, 一般10 mg或10μL) , 用卡氏试剂滴定至终点, 记下所消耗的卡氏试剂的体积V (m L) , 并进行滴定度的计算。

公式:滴定度f=W/V (mg/m L)

我国标准规定用纯水或酒石酸钠 (含两个结晶水) 标定, 我国部分国家标准规定用纯水或甲醇水溶液, 甲醇水溶液易吸水, 而且配制时会有偏差, 最好用纯水标定。标定时滴定3~5次, 取平均值。

1.2.3 样品测定。

取一定量固体 (重量为G (g) ) , 或液体样品 (体积V1 (m L) ) , 重量G=ρ×V1) 加入到反应瓶中, 用已标定的卡氏试剂滴定至终点, 记下消耗卡尔费休氏试剂的体积V2 (m L) , 应用下列公式进行水分含量的计算 (仪器可自动计算出结果) :

水百分含量 (H2O%) = (f×V2) / (10×G) (%)

水百分含量 (H2O%) = (f×V2) / (10×ρ×V1) (%)

2 双组元容量法卡尔费休氏试剂

双组元容量法卡尔费休氏试剂由滴定液 (A液) 和溶液 (B液) 组成。溶液用来溶解样品, 滴定液用来测定含水量。滴定液包括含吡啶型和不含吡啶型。每种类型又包括滴定度5~6 mg/m L和2~3 mg/m L两种。其性能与同型号单组元卡氏试剂类似。使用卡氏试剂专用溶液和传统的底液 (如甲醇) 相比, 反应速度更快, 终点更加敏锐。接近终点时, 溶液的颜色由无色至浅黄色, 电流就可产生突变。一些特殊的溶液, 用来测定特定样品, 以确保被测样品在测定过程中介质均一、数据重现性好、准确度高。

3 混合型、对瓶卡尔费休氏试剂

混合型、对瓶卡尔费休试剂也属于容量法。这些是经典的卡尔费休氏试剂, 主要成分就是碘、二氧化硫、吡啶、甲醇等。

3。1混合型滴定度下降比较快, 保存期受到一定限制, 购买后要尽快使用, 而且使用前要准确标定;但价格便宜, 又符合传统的使用习惯。使用方法:混合型与单组元容量法卡尔费休氏试剂的使用方法相同。

3.2对瓶是将试剂制作成甲、乙液分别储存。甲液是碘的甲醇溶液, 乙液是二氧化硫、有机碱的甲醇溶液。这样有效的克服了副反应, 在使用前可长期保存。无吡啶型是用无毒无味的有机碱代替吡啶。优点是:无毒无味、反应速度快、终点敏锐。对瓶的使用方法有以下两种。

3.1.1等体积的甲液与乙液混合, 放置24h后使用。使用前应标定其滴定度。

3.1.2甲液做滴定液, 乙液做溶液用来溶解样品。注意:乙液应加入足够量, 以确保反应定量进行, 满足反应式。每次使用前应进行准确标定, 混匀后要尽快使用, 以免浪费。

4 结论

卡尔费休试剂吸收国际最新研究成果和大量实验的结晶, 品种较为齐全, 稳定性好, 快速准确, 方便简单, 质价比高。由于被测物的千差万别和测量方法的多样性, 选择最佳的测量方法和适宜的试剂十分重要。