卡尔—费休法测水分的原理介绍

众所周知,卡尔费休法是测定各种物质中微量水分的一种方法,这种方法自从1935年由卡尔费休提出后,一直采用I2、SO2、吡啶、无水CH3OH(含水量在0.05%以下)配制而成,并且国际标准化组织把这个方法定为国际标准测微量水分,我们国家也把这个方法定为国家标准测微量水分。 
1、原理: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。 
甲液   I2的CH3OH溶液 乙液   SO2的CH3OH吡啶溶液 
这种方法对试剂要求严格,要求甲醇、吡啶都是无水的,并且要求有KF水分测定仪(上海化工研究所制) 配制:称85gI2→于干燥的有塞棕色烧瓶中→加670ml无水CH3OH→塞上瓶塞→振摇使I2全部溶解→加270ml吡啶→混匀→于冰水浴冷却→通干燥的SO2气体60g→塞上瓶塞→于暗处24小时后标定使用 标定: 
先加50ml无水甲醇→于反应器中→接通电源→启动电磁搅拌器→用KF试剂滴入甲醇中使甲醇中尚残留的痕量水分与试剂达到终点(即指针到达一定刻度,不记录KF试剂用量)→保持一分钟→用10μl注射器从反应器加料口注入10μl蒸馏水(相当于0.01g水)→电流表指针接近零点→用KF试剂滴定到原定终点→记录 F =G*100/V 
F —— KF试剂的水当量(mg/ml) V —— KF滴定消耗试剂的体积(ml) G —— 水的重量(g) 3、步骤 
对于固体样,如糖果必须预先粉碎,称0.30~0.50g样于称样瓶中 
取50 ml甲醇 → 于反应器中,所加甲醇要能淹没电极,用KF试剂滴定50 ml甲醇中痕量水 → 滴**指针与标定时相当并且保持1min不变时 → 打开加料口 → 将称好的试样立即加入 → 塞上皮塞 → 搅拌 → 用KF试剂滴**终点保持1min不变 → 记录 计算: 水分=FV/W 
F —— KF试剂的水当量(mg/ml) V —— 滴定所消耗的卡尔费休试剂(ml) W —— 样品重量(g) 
注:① 此法适用于食品中糖果、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; 
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,**好用粉碎机而不用研磨,防止水分损失。

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