卡氏水分測定儀，也稱卡爾·費休水分測定儀，其核心原理是利用碘氧化二氧化硫時需要定量水參與的化學(xué)反應(yīng)，來精密測定樣品中的水分含量。現(xiàn)代儀器通過電化學(xué)方法精準(zhǔn)控制反應(yīng)終點，實現(xiàn)自動化、高精度測量。

為了讓您更清晰地理解整個過程，其工作原理可以分為以下幾個核心環(huán)節(jié)：

一、 核心化學(xué)反應(yīng)：卡爾·費休反應(yīng)

這是整個方法的基礎(chǔ)，總反應(yīng)方程式如下：
I? + SO? + 2H?O + (RNH)CH?OH → (RNH)I + (RNH)HSO?CH?

• 關(guān)鍵要點：在有機堿（如咪唑）和甲醇的存在下，1摩爾碘需要與1摩爾二氧化硫、2摩爾水發(fā)生定量反應(yīng)。因此，滴定消耗的碘量，直接對應(yīng)于樣品中的水分量。

• 試劑：市售的卡爾·費休滴定劑通常已包含所有必要成分（碘、二氧化硫、有機堿、溶劑），分為“單組分"或“雙組分"試劑。

二、 滴定過程與終點判斷：“死停終點法"

這是儀器自動化的關(guān)鍵。現(xiàn)代卡氏水分儀普遍采用雙鉑電極極化電流檢測法，即“死停終點法"。

1. 初始狀態(tài)（滴定開始前）：滴定杯中的溶液含有過量二氧化硫。此時，雙鉑電極間施加一個很小的恒定電壓。溶液中存在可逆電對的還原態(tài)物質(zhì)（I?），能使電極間有微小電流通過。

2. 滴定過程：儀器自動添加含碘的卡爾·費休滴定劑。碘立即與樣品中水分及二氧化硫反應(yīng)，被消耗掉。

3. 終點判斷：當(dāng)樣品中一點水分被反應(yīng)完畢，溶液中開始出現(xiàn)游離的碘（氧化態(tài)物質(zhì)）。此時，溶液中同時存在可逆電對的氧化態(tài)（I?）和還原態(tài)（I?），雙鉑電極間的電流會發(fā)生顯著突變（急劇增大）。儀器檢測到這一突變，立即停止滴定。

4. 計算結(jié)果：系統(tǒng)根據(jù)消耗的、已知濃度的卡爾·費休滴定劑的體積，自動計算出樣品中的含水量。

三、 核心步驟與化學(xué)反應(yīng)分解

下表詳細說明了從滴定開始到結(jié)束，每個步驟中發(fā)生的具體化學(xué)反應(yīng)：

四、 技術(shù)演進與儀器類型

基于上述原理，卡氏水分測定儀主要發(fā)展為兩類，適用于不同樣品：

1. 容量法卡氏水分測定儀

• 原理：直接測量消耗的、已知濃度的碘液體積。

• 特點：精度高，測量范圍廣（通常從10ppm到100%含水量）。

• 適用：適用于大部分液體和固體樣品，是通用型主流設(shè)備。

2. 庫侖法卡氏水分測定儀

• 原理：碘并非預(yù)先配制，而是通過電解含碘化物（I?）的試劑液，在陽極現(xiàn)場電解產(chǎn)生碘。根據(jù)電解所消耗的電量（庫侖）直接計算水分（遵循法拉第電解定律）。

• 特點：靈敏度高，可測量痕量水分（低至1ppm甚至0.1ppm），無需標(biāo)定滴定劑濃度。

• 適用：專用于測定極低含水量的樣品，如變壓器油、高壓惰性氣體、高分子顆粒等。

這兩種類型的核心化學(xué)反應(yīng)相同，區(qū)別在于碘的供給和計量方式。

總結(jié)來說，卡氏水分測定儀是一個將經(jīng)典化學(xué)反應(yīng)與現(xiàn)代電化學(xué)檢測、自動化控制技術(shù)結(jié)合的精密分析工具。其定量、專屬的反應(yīng)特性，使其成為國際的水分測定標(biāo)準(zhǔn)方法，廣泛應(yīng)用于制藥、化工、食品、能源、電子等行業(yè)。