卡尔费休水分仪原理是什么

自动卡尔费休水份测定仪工作原理及结构特点  
A．  基本原理  
LFSKF-1(A)卡尔费休水分测定仪是基于与已知水当量的卡尔费休试剂进行定量反应，测定存在于试样中的任何水分(游离水或结晶水)的仪器。  
卡尔费休的基本原理是利用碘氧化二氧化硫时需一定量的水参加，反应式为：  
I2  +  SO2  +  3C5H5N  +  H2O  2C5H5NHI  +  C5H5NSO3  
C5H5NSO3  +  CH3OH  C5H5N·HSO4CH3  
第一步反应是与水作用，第二步反应是使第一步的生成物砒啶三氧化硫络合物与甲醇反应，以促进第一步反应的进行。
滴定过程由两端加上电源的双铂电极跟踪，从极化的双铂电极所得到的电流信号来控制滴定。当溶液中只有碘化物存在时，电极极化无电流通过，而当达到滴定终点时(水反应完毕)，溶液中游离碘存在，使电极去极化，电流骤增，使一个电极上的碘(Iˉ)被氧化，而另一个电极上同样量的碘(I2)被还原，此时根据所消耗的卡尔费休试剂量即可计算出样品中的含水量。
B、主要部件的作用、工作原理及结构特点  
计量部件  
计量部件由计量管、活塞、驱动电机和机械传动系统等组件组成。  
其作用：是用于将试剂瓶中的卡尔费休试剂取入系统和进行精密计量滴定。  
自动卡尔费休水份测定仪工作原理：是通过驱动电机的可逆转动及将旋转运动变为直线运动的机械系统，  
使活塞向上或向下运动，来实现其作用。  
结构特点：计量管内径均匀并精密抛光，活塞与计量管良好的配合，使其既能密  
闭不泄漏又能上下移动。
平面阀部件  
平面阀由阀体、阀板及驱动电机等组件组成。  
其作用：是自动切换管路的通道，来实现卡尔费休试剂的吸入及精密计量滴定。  
其工作原理：是通过驱动电机的限位控制，当驱动电机带动阀板转动时，使阀板能停留在某些特定的位置上，来达到自动切换的功能。  
结构特点：平面阀体与阀板间有良好的密封性，既不易泄漏又能转动切换。
反应杯部件  
反应杯部件由反应杯、滴定管、电极及搅拌系统等组件组成。  
其作用：是在反应杯中对被搅拌后溶解于溶剂中的被测物进行滴定反应，并由电极的极化电压通过电路系统显示反应终点。  
其工作原理：由搅拌电机驱动的搅拌系统使水分与滴定管控制溢出的试剂充分反应，通过电极能切实地反映出极化电压，从而保证反应结果的正确性。  
结构特点：搅拌系统能对搅拌速度进行无级调速，确保充分的反应。
注、排液部件  
注、排液部件由电动隔膜泵中两作用相同的泵组成。  
其作用：是将溶剂瓶中的溶剂注入反应杯和将反应杯中的废液注入废液瓶  
其工作原理：由注液泵对溶剂瓶系统产生正压，将溶剂压入反应杯；由排液泵使反应杯系统形成正压，将反应杯中的废液压入废液瓶。  
结构特点：由两个外形及功能相同的泵分别实现注、排液。  
数据处理、打印部件  
该部件可单独作为仪器的附件，用户可按需要选用。  
该部件由数据处理和打印两大功能。  
其作用：是自动将仪器反应过程中的试剂消耗数据与外部输入的标样水和样品的质量进行运算，并通过显示器和打印两种方式输出结果。  
结构特点：自动采样与外部键盘输入相结合，结果显示与打印可随意。

微量水分测定仪卡尔费休试剂溶液是由占优势的碘和充有二氧化硫的砒啶、甲醇等物质混合而成。把样品注入电解池中，样品中的水分即与卡尔费休试剂发生反应，
　　
　　卡尔费休试剂与水的反应为：
　　
　　I2+SO2+3C5H5N+H2O—→2C5H5N•HI+C5H5N•SO3……（1）
　　
　　C5H5N•SO3+CH3OH—→C5H5N•HSO4CH3………………（2）
　　
　　由（1）式可以看出，参加反应的碘的摩尔数等于水的摩尔数。由于碘参加了反应，我们可以通过测量电极检测出碘的消耗量，然后仪器通过电解在电解电极上形成相同数量的碘。所生成的碘，依据法拉第定率，同电荷量成正比例关系。如下式：
　　
　　2I¯+2e—→I……………………………………………（3）
　　
　　所以我们可以根据电解出相同数量碘所用的电量，经仪器计算，在数字显示器上直接显示出测定的水分量。该仪器采用电解电流自动控制系统，电解电流的大小可根据样品中水分的含量进行自动控制，最大可达到300mA。在电解过程中，水分逐渐减少，滴定速度随之按比例减小，直到电解终点控制回路开启。这一系统保证了分析过程中的高精度、高灵敏阈和高速度。另外，在测定过程中，难免还会引进一些干扰因素，如从空气中侵入的水分，使滴定池吸潮，而产生空白电流。但是，由于仪器具有寄存空白电流的功能，所以在显示屏上所显示的数字就是被测试样中真正的水含量。

卡尔费休水分测定法，已被很多国际标准，如ISO，ASTM，DIN，BS，和JIS等公认为准确性最高的方法。适用于各种物质水分含量的测定。是目前最值得信赖的水分分析测量仪器。原理：1、在水存在时，即样品中的水与卡尔费休试剂中的SO2与I2产生氧化还原反应。2、卡尔费休试剂的配制与标定、这种试剂有效浓度取决于碘的浓度。

在水存在时，即样品中的水与卡尔费休试剂中的SO2与I2产生氧化还原反应。
 
I2  +  SO2  +  2H2O  →  2HI  +  H2SO4
 
但这个反应是个可逆反应，当硫酸浓度达到0.05%以上时，即能发生逆反应。如果我们让反应按照一个正方向进行，需要加入适当的碱性物质以中和反应过程中生成的酸。经实验证明，在体系中加入吡啶，这样就可使反应向右进行。
 
3  C5H5N+H2O+I2+SO2  →  2氢碘酸吡啶  +  硫酸酐吡啶
 
生成硫酸酐吡啶不稳定，能与水发生反应，消耗一部分水而干扰测定，为了使它稳定，我们可加无水甲醇。
 
硫酸酐吡啶  +  CH3OH（无水）  →  甲基硫酸吡啶
 
我们把这上面三步反应写成总反应式为：
 
I2+SO2+H2O+3吡啶+CH3OH  →  2氢碘酸吡啶+甲基硫酸吡啶
 
从反应式可以看出1mol水需要1mol碘，1mol二氧化硫和3mol吡啶及1mol甲醇而产生2mol氢碘酸吡啶、1mol甲基硫酸吡啶。这是理论上的数据，但实际上，SO2、吡啶、CH3OH的用量都是过量的，反应完毕后多余的游离碘呈现红棕色，即可确定为到达终点。
 
I2︰SO2︰C5H5N  =  1︰3︰10
 
2、卡尔费休试剂的配制与标定
 
若以甲醇作溶剂，则试剂中I2、SO2、C5H5N（含水量在0.05%以下）三者的克分子数比例为：I2︰SO2︰C5H5N  =  1︰3︰10
 
这种试剂有效浓度取决于碘的浓度。新配制的试剂其有效浓度不断降低，其原因是由于试剂中各组分本身也含有一些水分，但试剂浓度降低的主要原因是由一些副反应引起的，较高消耗了一部分碘。
 
这也说明了配制这种试剂要单独配，分甲乙两种试剂并且分别贮存，临用时再混合，而且要标定。但我国市场上使用的卡尔费休水份测定试剂，无论是单组份的，还是双组份的一般都由厂家已经调配好的可直接使用产品，但由于卡尔费休试剂是一种很不稳定的混合物质，因此用户在使用时都必须进行标定，以测定其真实的水当量数据。
 
卡尔费休法测定水份，需要注意如下几点：
 
①  此法适用于多数有机样品，包括食品中糖果、巧克力、油脂、乳糖和脱水果蔬类等样品；
 
②  样品中有强还原性物料，包括维生素C的样品不能测定；样品中含有酮、醛类物质的，会与试剂发生缩酮、缩醛反应，必须采用专用的醛酮类试剂测试。对于部分在甲醇中不溶解的样品，需要另寻合适的溶剂溶解后检测，或者采用卡氏加热炉将水份汽化后测定。
 
③  卡尔费休法不仅可测得样品中的自由水，而且可测出结合水，即此法测得结果更客观地反映出样品中总水分含量。
 
④  固体样品细度以40目为宜，最好用粉碎机而不用研磨，防止水分损失。