什么是卡爾費休滴定法,它是如何工作的?
特高壓電力旗下的微量水分測定儀可以幫助眾多電力工作者更加方便的進行各類電力測試。
卡爾費休 (KF) 滴定法是一種廣泛使用的技術,用于測定固體、液體和氣體樣品中的水分或水分。它在工業質量控制中有大量應用。卡爾費休滴定
原理
KF 反應基于碘在緩沖溶液中消耗水對二氧化硫的氧化:
I 2 + 2H 2 O + SO 2 -> 2HI + H 2 SO 4
當滴定劑的體積足以使樣品中的全部水發生反應時,滴定達到其終點。水和碘以等摩爾比消耗。
指示反應終點的顏色變化是由于在作為指示劑的雙鉑電極上檢測到過量碘引起的,隨后樣品中的所有水被消耗,導致反應停止。然后根據添加的試劑量計算水含量。
滴定杯必須遠離大氣水分,樣品不得與 KF 試劑發生反應。例如,酮類和醛類必須在不含甲醇的溶劑中滴定,否則它們會與甲醇發生反應,形成水,從而導致水濃度過高和終點消失。
該反應對 pH 值敏感,因此如果要滴定強酸性或堿性樣品,必須使用緩沖液。
酒精(甲醇、乙醇或丙二醇混合物)是通常用于樣品和滴定池的溶劑。當碘過量時,反應已達到終點。最先進的 KF 滴定技術使用雙鉑電極進行終點的電化學指示,但也使用視覺和光度指示器。
方法
KF滴定有兩種主要方法,即容量法和庫侖法。KF 滴定非常快速且特異,僅測定游離和結合形式的水。提供特殊的 KF 滴定儀以及即用型 KF試劑。
現在使用第三種方法,混合卡爾費休滴定法。這比其他兩種更靈活和先進,主要通過庫侖滴定將它們結合起來,但如果水含量高于需要容量滴定的規定限度,則同時添加含有預設量碘的溶液。
歷史
德國化學家卡爾費歇爾首先設計了 KF 滴定法,用于測定液態二氧化硫的水含量。由于其他常用方法不適用,他使用了如下所示的本生反應。
SO 2 + I 2 + 2H 2 O <-> H 2 SO 4 + 2HI (1)
他在甲醇溶液中使用了一種新試劑,包括二氧化硫、碘和吡啶,得出以下方程式:
SO 2 + I 2 + 2H 2 O*Py <-> H 2 SO 4 + 2HI (2)
在終點顏色從黃色變為棕色。因此,他進行了第一次體積 KF 滴定。1939 年晚些時候,美國研究人員對此進行了改進,并通過改變水與碘的摩爾比對這兩個步驟進行了修改:
H 2 O + SO 2 *Py + Py*I 2
+ Py + MeOH <-> 2HI*Py + Py*SO 3 (3a)
Py*SO3 + MeOH <-> Py*MeSO 3 H (3b)
最終版本出現在 1984 年,當時已知吡啶不是反應物的一部分,而只是一種堿(表示為 B):
SO 2 + HO-R + B <-> R-SO 3 - + BH + (4a)
R-SO 3 - + I 2 + H 2 O + 2B <-> R-SO 4 - + 2I - + 2BH + (4b)
該反應將試劑轉化為亞硫酸烷基酯,如果存在水,亞硫酸烷基酯隨后會被碘氧化。酒精對于保持適當的化學計量比(約為 50%)至關重要,但可以使用其他堿代替吡啶——這很重要,因為它有刺鼻的氣味和毒性,導致它被無毒的咪唑和其他基地。
這具有另一個優點,因為它們通常更堿性,因此增加了反應速率,從而導致更快的反應和增加的終點穩定性。
樣品制備
樣品必須根據其狀態進行不同的制備。固體的結合水要么被吸附或保持為結晶水,要么被困在分子中。因此,它們必須完全溶解在合適的溶劑中。固體應制成粉末以幫助溶解。有時會進行外部提取。
液體通過隔膜注入滴定池,不會影響無水條件。氣體最好采用庫侖法 KF 滴定法滴定,因為水含量通常很小。
不溶性或反應性非常強的樣品適用于 KF 烘箱法,其中通過蒸發將水驅入滴定室,與 KF 試劑反應。
卡爾費休滴定的應用
可以使用 KF 滴定法測定大量材料中的水含量。這些包括食品、化學試劑、藥品和塑料。滴定的水量可以從 1 ppm 到 100% 的水。這包括地表水和晶體內的水。