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什么是卡尔费休滴定法？
卡尔费休 （KF） 滴定技术、方法和常见问题解答的全面概述
卡尔费休滴定法是一种常用的分析方法，用于测定食品、饮料、化妆品、化学品和制药等各个行业的水分含量。该方法高效、快速、准确，是测定含水量的重要方法。传统的烘箱技术效率低下，速度慢，并且存在许多系统误差。卡尔费休滴定法克服了这些局限性，为水分含量测定提供了一种准确可靠的方法。
卡尔费休滴定的基础知识
用于测定水分含量的卡尔费休技术是常用的滴定方法之一。它由德国化学家卡尔·费舍尔（Karl Fischer）于1935年出版，在需要测定水分含量时，它因各种应用和样品而闻名。
卡尔·费舍尔（Karl Fischer）开发的方法，即在二氧化硫和有机碱存在下滴定水的方法，由E.Eberius，J.C.Verhoef和E.Scholz显着改进。
H2O + I2 + SO2 + CH3OH + 3 RN --> [RNH]SO4CH3 + 2 [RNH]I
Fischer还使用吡啶来中和在滴定反应过程中形成的酸Hl和H2SO4。虽然出于成本原因，含吡啶的试剂有时仍由内部制造，但许多现代商业试剂用咪唑或毒性较小的试剂（如不含咪唑的试剂）代替吡啶。
基本的卡尔费休滴定原理包括将液体或固体样品溶解到合适的无水溶剂（例如甲醇）中。含有碘的卡尔费方液滴定剂通过滴定管加入并与样品中的H2O反应。现代卡尔费休滴定法的终点，即碘的加入，由双铂针电极使用伏安指示确定。
进一步的测试表明，甲醇充当溶剂并参与反应。这意味着有必要根据滴定和产品的化学性质开发专门的溶剂和滴定剂。卡尔·费舍尔（Karl Fischer）最初使用的碱吡啶已被毒性较小的咪唑所取代，这有助于更快、更准确地滴定，因为咪唑缓冲液的pH值范围比吡啶更有利。2015 年，欧盟委员会将咪唑归类为 CMR（致癌、致突变和生殖毒性）物质。现在有几家公司提供浓度已知的不含咪唑的卡尔费休试剂。
卡尔费休（KF）滴定法在工业中的重要性和应用
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水分含量测定在 食品工业 中至关重要，因为它会影响许多食品的质量和可用性。卡尔费休滴定法是测定食品中水分含量的重要方法。该方法可以量化游离的水。可以对糖和糖制品、脂肪、油、乳制品、谷物、淀粉类食品、香料、脱水产品、各种食品和肉制品等样品进行滴定。 | 在 制药工业中，卡尔费休滴定法用于测定各种药物和制剂中的水分含量。该方法高效、快速、精准，并提供可靠的结果。它允许定量样品中的水含量，范围从ppm到100%。该方法在制药工业中广泛用于测定片剂、胶囊剂、注射剂和乳膏等样品中的水分含量 | 在 饮料工业中，卡尔费休滴定法用于测定果汁、酒精饮料、柠檬水、干邑白兰地、啤酒、葡萄酒、白酒、橙汁、番茄汁、黑醋栗糖浆、等渗饮料粉、速溶冰茶中的含水量，可通过容量法水分测定 | 卡尔费休滴定法广泛用于 化学工业，包括石化和油漆，用于准确的水分测定。它通过检测微量的水来确保最终产品的质量，这会导致腐蚀、降解和性能下降。卡尔费休滴定法在涂料制造中也是必不可少的，因为其中含水量会影响粘度、干燥时间、外观和微生物生长导致的产品变质。 |
卡尔费休滴定法 – 常见问题
为什么选择卡尔费休滴定法？
卡尔费休滴定基于化学反应，该反应取决于水的存在，因此非常准确。与用于水分测定的干燥技术相比，该方法非常具体。干燥技术可以检测其他挥发性物质与水一起的损失，而化学结合的水可能无法通过干燥损失技术完全检测到。卡尔费休滴定法即使在低水平下也能检测游离水、乳化水、粘附水分、滞留水和结晶水。
卡尔费休滴定法仍然是一种可行的选择，即使在低浓度下，也可以检测各种类型的水，包括游离水、乳化水、贴壁水分、滞留水和结晶水。使用卡尔费休滴定法，可以根据所分析的样品类型，使用适当的样品制备技术对水进行定量。虽然气体和液体可以直接溶解在甲醇中，甲醇是卡尔费休滴定中使用的常用溶剂，但固体可能需要额外的制剂来溶解水，水可能以结晶水、封闭水或粘附水分的形式存在。在这些情况下，可能需要添加十醇、氯仿或甲酰胺等助溶剂，或者在高温下或外部萃取/溶解后滴定可能会有所帮助。
对于热稳定的产品，建议使用卡尔费休加热炉提取水，同时将水蒸气转移到使用惰性和干燥吹扫气体的滴定杯中。该方法可用于定量吸附水分，例如塑料样品。为确保准确的结果，在此过程中避免额外的水吸附非常重要。
有关卡尔费休滴定法的更多信息，请访问 采集指南页面
容量法和库仑法卡尔费休滴定法有什么区别？
这两种技术之间的主要区别在于如何测定含水量：容量法 KF 滴定法测量滴定剂的使用量，而库仑法 KF 滴定法测量用电量。
在容量卡费休滴定法中，将已知体积的滴定剂溶液加入样品中，直到水分完全反应。然后确定滴定剂的使用量，并根据反应化学计量法计算水分含量。容量卡费休滴定法适用于含水量相对较高（例如>0.1%）的样品中的含水量测定。
在库仑法 KF 滴定法中，电流通过样品，并电解产生水。测量样品中产生所有水所需的电量，并使用法拉第定律计算含水量。库仑法 KF 滴定适用于含水量低（例如 <0.1%）样品中的含水量测定。
KF库仑滴定如何工作？
准确的 KF 库仑滴定有两个主要先决条件。首先，用于滴定的系统必须密闭，以限制水蒸气侵入滴定杯（必须减轻和量化以达到准确性）。其次，样品中的水必须是完全可释放的。
库仑水分法的测定基于上述KF反应的标准反应方程。然而，碘是根据以下卡尔费休滴定公式半反应在库仑池中通过阳极氧化电化学生成的：
2 I- -> I2 + 2 e
电流施加到溶液中，直到物质被氧化或还原为新状态，如电位的急剧变化所示。此偏移表示库仑滴定终点。当溶液体积已知时，电流大小（安培）和电流持续时间（秒）可用于确定未知物质的摩尔浓度。
与使用电动滴定管驱动器以体积方式添加滴定剂相比，其优点包括更容易控制滴定剂（电流）。也不需要制备标准溶液。
容量法卡费休滴定如何工作？
更广泛使用的容量法水分测定技术采用标准溶液（已知浓度的溶液），然后对未知浓度的部分进行滴定，直到反应完成。在卡尔费休滴定法中，这些反应使用单组分 KF 试剂或双组分 KF 试剂。
在现代单组分（复合）KF试剂中，滴定剂含有卡尔费休测定所需的所有化学物质。通常，这是将碘、二氧化硫和碱（通常为咪唑）溶解在合适的醇中。所述溶剂通常为甲醇或适于样品的甲醇溶剂混合物。单组分试剂往往更易于处理且成本更低，因此它们往往更频繁地使用。
在双组分容量法 KF 测定中，滴定剂仅含有碘和甲醇。其他反应组分用作滴定池中的工作介质。双组分试剂具有更好的长期稳定性，滴定时间更快;然而，它们通常更昂贵且溶剂容量较低。
醛 （R-CHO） 和酮 （R-CO-R） 如果用含甲醇的标准试剂滴定，则形成缩醛和缩酮，同时产生额外的水，导致含水量增加和无法达到滴定终点。
市面上有特殊的不含甲醇的单组分KF试剂，以防止出现此问题。这些试剂含有碘、咪唑、二氧化硫和 2-甲氧基乙醇。双试剂溶剂含有2-氯乙醇和三氯甲烷。
使用这些专用试剂的滴定时间稍长。可能需要根据所用试剂调整终点值。这些试剂也适用于与甲醇反应的物质，如胺。
一些卡尔费休试剂用乙醇代替甲醇。这些试剂还允许滴定几种酮，这些酮在乙醇中形成酮的速度比在甲醇中慢得多。滴定剂含有碘和乙醇，溶剂含有二氧化硫、咪唑、二乙醇胺和乙醇。
自动卡尔费休滴定法还具有减少操作人员接触卡尔费休试剂的额外好处，从而提高了安全性。
有关容量法卡尔费休滴定的实用技巧， 可下载该指南
什么是卡尔费休试剂？
在现代 单组分（复合）KF试剂中，滴定剂含有卡尔费休测定所需的所有化学物质。通常，这是将碘、二氧化硫和碱（通常为咪唑）溶解在合适的醇中。所述溶剂通常为甲醇或适于样品的甲醇溶剂混合物。单组分试剂更易于处理且成本更低，因此往往使用频率更高。
在 双组分容量法 KF 测定中，滴定剂仅含有碘和甲醇。其他反应组分用作滴定池中的工作介质。双组分试剂具有更好的长期稳定性，滴定时间更快;但是，它们通常更贵。
市面上有特殊的不含甲醇的单组分KF试剂，以防止出现此问题。这些试剂含有碘、咪唑、二氧化硫和 2-甲氧基乙醇。双试剂溶剂含有2-氯乙醇和三氯甲烷。
使用这些专用试剂的滴定时间稍长。可能需要根据所用试剂调整终点值。这些试剂也适用于与甲醇反应的物质，如胺。
一些卡尔费休试剂用乙醇代替甲醇。这些试剂还允许滴定几种酮，这些酮在乙醇中形成酮的速度比在甲醇中慢得多。滴定剂含有碘和乙醇，溶剂含有二氧化硫、咪唑、二乙醇胺和乙醇。
如何测定卡尔费休滴定剂浓度
卡尔费休法中的滴定剂浓度通常表示为每毫升滴定剂的毫克水量。单组分试剂通常有三种不同的浓度：
- 5 mg/mL，适用于含水量为 1000 ppm 至 100% 的样品
- 2 mg/mL，适用于含水量低于 1000 ppm 的样品
- 1 mg/mL，适用于含水量低于 200 ppm 的样品
单组分试剂通常可以储存两年左右。在密封瓶中，滴度的下降，即浓度的降低，约为每年0.5 mg/mL。
对于双组分试剂，滴定剂同时含有碘和甲醇。溶剂中含有二氧化硫、咪唑和甲醇。使用双组分试剂可以达到两到三倍的滴定速度。
只要瓶子密封严密，这两种成分在储存中都是稳定的。它们有两种不同的浓度：
- 5 mg/mL，适用于含水量为 1000 ppm 至 100% 的样品
- 2 mg/mL，适用于含水量低于 1000 ppm 的样品
由于用于容量法的卡尔费休滴定剂在较长的时间内不稳定，因此制造商通常提供的浓度比瓶子上的标称浓度高 5-10%。这意味着，为了保证滴定剂在打开时或储存后的浓度，应进行浓度测定。
使用具有规定含水量的一级标准品进行浓度或滴定剂测定。浓度测定有不同的标准品：
- 酒石酸二钠二水合物
- 液体水标准品（已认证）
- 纯水
建议使用液体标准品。固体需要充分的预混合才能完全溶解标准品。
应该注意的是，酒石酸二钠在甲醇中的溶解度有限。因此，溶剂（即甲醇）必须在不超过三次测定后进行更换。
为什么样品在卡尔费休滴定法中的溶解度很重要？
为了获得准确的含水量结果，样品必须完全释放其水分。只有释放的游离水才能与卡尔费休试剂反应。
其他溶剂可用作助溶剂，以实现样品完全溶解。在这种情况下，溶剂混合物的很大一部分（至少30%）必须始终是醇（优选甲醇），以确保卡尔费休反应是严格的化学计量法。
许多液体样品很容易溶解在经典的KF溶剂甲醇中，因此可以在将液体样品直接注入滴定杯后进行滴定。许多样品由于其非极性而不易溶解或很难完全溶解。有机溶剂的混合物用于改善溶解过程。这可以通过向甲醇中添加辅助溶剂或使用专用的卡尔费休溶剂混合物来实现。另一方面，粘性油、糊状物或固体样品需要额外的制备步骤才能从样品基质中释放水分。
有关如何制备卡尔费休滴定样品的更多信息， 请下载本指南。
什么是使用加热炉进行气相萃取？
气相萃取用于无法直接添加到滴定杯中的样品。该方法适用于与卡尔费休试剂发生副反应或释放水非常缓慢的固体和液体。
在气相萃取中，将样品放入样品瓶中，然后移至卡尔费休加热炉中。当加热到样品特定温度时，水蒸发并通过干燥空气或惰性气体（通常是氮气）流吹扫到滴定杯中，在那里进行水分测定。
InMotion KF加热炉自动进样器允许在任何时候使用气相萃取分析多达 26 个样品。创新的一体式盖简化了样品制备，无需额外的工具或隔膜。气体流量电子控制，使操作员能够监测进入滴定杯的干燥气体量。操作员只需一键即可开始 KF 水分测定。
下载 卡尔费休滴定自动化指南
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