影响卡尔·费休法测试石油产品微量含水的因素分析

聂立宏　王北福　陈颖晔

【摘 要】本文运用915KF卡氏水分滴定仪测定油品中的微量水分，并对所测的实验数据进行分析比较，探讨了在实际操作过程中影响测试结果的几种因素，如油品黏度、测试温度以及空气湿度以及人为操作方面对石油产品含水率的影响。

【关键词】含水率；卡尔·费休；滴定度；搅拌

含水率是绝大多数石油产品的一个重要指标，含水率的大小直接影响到石油产品的质量和性能，如汽柴油含水过高，会使机动车油箱腐蚀以及熄火等现象；液压油含水过高，会缩短轴承寿命。这就要求成品油含水应严格控制在一定范围内，因此，测试油品含水方法的准确性具有更重要的现实意义。目前，石油产品水分测定方法主要有干馏减量法、蒸馏法、气相色谱法和卡尔·费休法4种方法[1-5]，前两种方法精度差且测定时间长，气相色谱法随测定速度快但准备工作很长；而卡尔·费休法具有测定过程简单、快速，专属性强、准确性高等优点，故作为油品水分测定的首选方法，已广泛用于各类型石油产品的水分测定[6]，本文采用卡尔·费休法对石油产品进行水分测定，讨论在不同条件下测定石油产品含水的影响因素。

1 实验部分

1.1 卡尔费休法测试含水原理

卡尔·费休法其原理是在卡尔—费休容量滴定过程中，试样中的水和卡尔费休试剂进行定量反应，根据消耗的卡氏试剂的量，计算出样品中的水含量。

H2O+I2+SO2+3C5H5N=2C5H5N·HI+ C5H5N·SO3，

C5H5N·SO3+CH3OH=C5H5NH·OSO2OCH3

1.2 仪器与试剂

主要仪器：915KF卡氏水分滴定仪 瑞士万通 电子天平、微量注射器、水浴锅等。

主要试剂：卡氏试剂，无水甲醇、蒸馏水等。

1.3 实验方法

1.3.1滴定度测定

滴定步骤如下：开启水分定仪在工作模式下，确保滴定杯排空，加入滴定杯中约20ml无水甲醇，确保滴定杯内甲醇液面高于电极[7]，调入标定方法，待仪器平衡终点显示平衡正常时，选用长针头微量注射器，用蒸馏水水样清洗针筒5次，抽取10μl蒸馏水，确保针筒内没有气泡和注射器的活塞完全向后拉，用天平称量装满水样的注射器重量，点击开始按键，在规定的6秒中之内，将微量注射器内蒸馏水通过隔垫注入反应杯中，确保针头浸入溶液以下，重新称重注射器，注射器两次质量之差为水样质量，以克为单位输入样品质量，按继续键，仪器自动算出卡式试剂滴定度，用同样的方法进行余下4次滴定度测定法[7]，算出滴定度平均值，确保每次滴定度误差保持在3%以内。

1.3.2 蒸馏水反标定含水率

调入测试方法，待仪器平衡正常，微量注射器用待蒸馏水样清洗5次后，抽取蒸馏水10ul，天平称出针筒质量，待仪器平衡终点至正常，6秒内将样品注入滴定杯，再次称取针筒质量，注射器两次质量之差为蒸馏水样质量，以克为单位输入样品质量，仪器自动算出该水样含水，如测试蒸馏水含水率在100±0.1%，反标定完成，则可以进行样品测试。

1.3.3 测试油品含水率

确保滴定杯排空并加入新鲜乙醇，重复测试蒸馏水的测定步骤，选取100ul注射器，用待测试油样清洗5次，调入测试方法，注射器内抽取100ul油样，天平称出针筒质量，待仪器平衡终点至正常，6秒内将样品注入滴定杯，进样时防止样品溅到反应杯壁或电极上，再次称取针筒质量，注射器两次质量之差为油样质量，以克为单位输入样品质量，则仪器自动算出油品含水。重复该步骤测定3次，取其平均含水则为该油品的含水率。

2 测试结果分析

本实验选用液压油为样品，从表1可以看出，当搅拌时间不充分时，所测得含水率明显偏离真实值，且油品黏度越大，搅拌时间对实验数据的影响也越大。这是由于随着油品黏度增大，搅拌时间减少，游离态的水在油样中还没有均散分布，而卡式水分取样少导致取样随机性，因此测试数据也不能真实的反映油品含水率，即黏度越大的油品，试样搅拌时间对测试结果影响越大。根据实验数据观察，黏度小的油品搅拌时间在5-8分钟左右，黏度偏大的油品搅拌时间10-15分钟左右才能得到较好的测试精度。

表2为不同黏度油品搅拌时间适宜的前提下，油品温度不同测试含水率的实验数据。温度对卡尔一费休滴定速度有明显的影响，在低温下可以降低反应速度，减少影响滴定结果的副反应发生；在高温下可加快样品的溶解及水分的萃取，使滴定时间缩短[8]。但温度太高会使副反应增多从而导致含水率偏高。综合实验数据来看，对于黏度低的油品，温度对测试结果影响不明显，而流动性较差的油品，适当提高测试温度能反映油样的真实含水率。分析认为提高温度能降低油品黏度，黏度越低越有利于油品的搅拌均匀，同时温度越高也能将油品中的乳化水能尽快破乳转化成游离水，而卡氏试剂只与油品中的游离态的水发生发应，因此，黏度大的油品略微提高温度后，测试数据就越接近含水率的真实值。

由表3实验数据可以得出，随着空气湿度增大，油样含水率越偏离真实值。分析认为，空气湿度越大，随着搅拌时间加长，进入油品中的水分越多，测试结果也越偏大。如滴定杯不密闭，水分进入滴定杯的机会也多，也会导致测试含水率数值偏高。为保证测试的精确性，就要防止空气中的水分进入样品，因此，测试实验环境尽量使用抽湿机除湿，以保证实验环境的干燥度，以及保证干燥杯内测试系统的密闭。

从表4、表5实验数据得出，人为的操作因素对实验数据的影响不容忽视，为了减少针筒对测试数据的干扰，每次抽取样品前，注射器用该样品进行清洗5-7次，进样时保证样品不挂到滴定杯壁上，将人为干扰因素对测试结果的影响降到最低。

3 结论

卡尔·费休法测试油品中的微量水分快速便捷，样品处理简单。综合以上数据结果表明，卡尔·费休法在测量石油产品微量水分时，应根据油品黏度确定油样搅拌时间，黏度小的油品搅拌时间在5-8分钟左右能得到较好的测试精度，黏度偏大的油品搅拌时间为10-15分钟左右；油品黏度较大时，适当提高油样温度能真实反映油样的含水率；同时，实验环境的湿度对测试数据的影响不可忽视，因此，尽量保持测试环境的干燥密闭；在操作过程中，尽量避免人为的干扰因素，如注射器的清洗次数等。

【参考文献】

[1]焦昭杰，张贤明，梁新元，等.近红外光谱法快速测定油品中的水分[J].光谱实验室.2011.28：3120-3124

[2]任长青，李占元，易洪.卡尔·费休水分测定仪的校准方法[J].中国计量.2008（1）：73.

[3]韩秀丽，刘金盾，马晓建.气相色谱法测定燃料乙醇中的水分[J].酿酒科技，2007（3）：103-104.

[4]侯明明.油中微量水分的近红外光谱测定方法研究[D].重庆工商大学，2012.

[5]谷喜凤，王海峰，刘百军，等.化学试剂水分测量方法研究进展[J].化学试剂，2014，36（7）：623-628.

[6]张战军，温丽瑗，王志明.精细石油化工，卡尔·费休法测定油品水分的影响因素探讨，2015（32）：72-74

[7]915KFTi-Touch 操作教程[Z].2011.

[8] 刘维英，阳志红.浅析影响卡尔一费休滴定分析法的因素[J]，化工与材料2011（09）：43-43

[责任编辑：王伟平]