影響卡爾·費休法測試石油產品微量含水的因素分析

聶立宏　王北福　陳穎曄

【摘 要】本文運用915KF卡氏水分滴定儀測定油品中的微量水分，并對所測的實驗數據進行分析比較，探討了在實際操作過程中影響測試結果的幾種因素，如油品黏度、測試溫度以及空氣濕度以及人為操作方面對石油產品含水率的影響。

【關鍵詞】含水率；卡爾·費休；滴定度；攪拌

含水率是絕大多數石油產品的一個重要指標，含水率的大小直接影響到石油產品的質量和性能，如汽柴油含水過高，會使機動車油箱腐蝕以及熄火等現象；液壓油含水過高，會縮短軸承壽命。這就要求成品油含水應嚴格控制在一定范圍內，因此，測試油品含水方法的準確性具有更重要的現實意義。目前，石油產品水分測定方法主要有干餾減量法、蒸餾法、氣相色譜法和卡爾·費休法4種方法[1-5]，前兩種方法精度差且測定時間長，氣相色譜法隨測定速度快但準備工作很長；而卡爾·費休法具有測定過程簡單、快速，專屬性強、準確性高等優點，故作為油品水分測定的首選方法，已廣泛用于各類型石油產品的水分測定[6]，本文采用卡爾·費休法對石油產品進行水分測定，討論在不同條件下測定石油產品含水的影響因素。

1 實驗部分

1.1 卡爾費休法測試含水原理

卡爾·費休法其原理是在卡爾—費休容量滴定過程中，試樣中的水和卡爾費休試劑進行定量反應，根據消耗的卡氏試劑的量，計算出樣品中的水含量。

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

C5H5N·SO3+CH3OH=C5H5NH·OSO2OCH3

1.2 儀器與試劑

主要儀器：915KF卡氏水分滴定儀 瑞士萬通 電子天平、微量注射器、水浴鍋等。

主要試劑：卡氏試劑，無水甲醇、蒸餾水等。

1.3 實驗方法

1.3.1滴定度測定

滴定步驟如下：開啟水分定儀在工作模式下，確保滴定杯排空，加入滴定杯中約20ml無水甲醇，確保滴定杯內甲醇液面高于電極[7]，調入標定方法，待儀器平衡終點顯示平衡正常時，選用長針頭微量注射器，用蒸餾水水樣清洗針筒5次，抽取10μl蒸餾水，確保針筒內沒有氣泡和注射器的活塞完全向后拉，用天平稱量裝滿水樣的注射器重量，點擊開始按鍵，在規定的6秒中之內，將微量注射器內蒸餾水通過隔墊注入反應杯中，確保針頭浸入溶液以下，重新稱重注射器，注射器兩次質量之差為水樣質量，以克為單位輸入樣品質量，按繼續鍵，儀器自動算出卡式試劑滴定度，用同樣的方法進行余下4次滴定度測定法[7]，算出滴定度平均值，確保每次滴定度誤差保持在3%以內。

1.3.2 蒸餾水反標定含水率

調入測試方法，待儀器平衡正常，微量注射器用待蒸餾水樣清洗5次后，抽取蒸餾水10ul，天平稱出針筒質量，待儀器平衡終點至正常，6秒內將樣品注入滴定杯，再次稱取針筒質量，注射器兩次質量之差為蒸餾水樣質量，以克為單位輸入樣品質量，儀器自動算出該水樣含水，如測試蒸餾水含水率在100±0.1%，反標定完成，則可以進行樣品測試。

1.3.3 測試油品含水率

確保滴定杯排空并加入新鮮乙醇，重復測試蒸餾水的測定步驟，選取100ul注射器，用待測試油樣清洗5次，調入測試方法，注射器內抽取100ul油樣，天平稱出針筒質量，待儀器平衡終點至正常，6秒內將樣品注入滴定杯，進樣時防止樣品濺到反應杯壁或電極上，再次稱取針筒質量，注射器兩次質量之差為油樣質量，以克為單位輸入樣品質量，則儀器自動算出油品含水。重復該步驟測定3次，取其平均含水則為該油品的含水率。

2 測試結果分析

本實驗選用液壓油為樣品，從表1可以看出，當攪拌時間不充分時，所測得含水率明顯偏離真實值，且油品黏度越大，攪拌時間對實驗數據的影響也越大。這是由于隨著油品黏度增大，攪拌時間減少，游離態的水在油樣中還沒有均散分布，而卡式水分取樣少導致取樣隨機性，因此測試數據也不能真實的反映油品含水率，即黏度越大的油品，試樣攪拌時間對測試結果影響越大。根據實驗數據觀察，黏度小的油品攪拌時間在5-8分鐘左右，黏度偏大的油品攪拌時間10-15分鐘左右才能得到較好的測試精度。

表2為不同黏度油品攪拌時間適宜的前提下，油品溫度不同測試含水率的實驗數據。溫度對卡爾一費休滴定速度有明顯的影響，在低溫下可以降低反應速度，減少影響滴定結果的副反應發生；在高溫下可加快樣品的溶解及水分的萃取，使滴定時間縮短[8]。但溫度太高會使副反應增多從而導致含水率偏高。綜合實驗數據來看，對于黏度低的油品，溫度對測試結果影響不明顯，而流動性較差的油品，適當提高測試溫度能反映油樣的真實含水率。分析認為提高溫度能降低油品黏度，黏度越低越有利于油品的攪拌均勻，同時溫度越高也能將油品中的乳化水能盡快破乳轉化成游離水，而卡氏試劑只與油品中的游離態的水發生發應，因此，黏度大的油品略微提高溫度后，測試數據就越接近含水率的真實值。

由表3實驗數據可以得出，隨著空氣濕度增大，油樣含水率越偏離真實值。分析認為，空氣濕度越大，隨著攪拌時間加長，進入油品中的水分越多，測試結果也越偏大。如滴定杯不密閉，水分進入滴定杯的機會也多，也會導致測試含水率數值偏高。為保證測試的精確性，就要防止空氣中的水分進入樣品，因此，測試實驗環境盡量使用抽濕機除濕，以保證實驗環境的干燥度，以及保證干燥杯內測試系統的密閉。

從表4、表5實驗數據得出，人為的操作因素對實驗數據的影響不容忽視，為了減少針筒對測試數據的干擾，每次抽取樣品前，注射器用該樣品進行清洗5-7次，進樣時保證樣品不掛到滴定杯壁上，將人為干擾因素對測試結果的影響降到最低。

3 結論

卡爾·費休法測試油品中的微量水分快速便捷，樣品處理簡單。綜合以上數據結果表明，卡爾·費休法在測量石油產品微量水分時，應根據油品黏度確定油樣攪拌時間，黏度小的油品攪拌時間在5-8分鐘左右能得到較好的測試精度，黏度偏大的油品攪拌時間為10-15分鐘左右；油品黏度較大時，適當提高油樣溫度能真實反映油樣的含水率；同時，實驗環境的濕度對測試數據的影響不可忽視，因此，盡量保持測試環境的干燥密閉；在操作過程中，盡量避免人為的干擾因素，如注射器的清洗次數等。

【參考文獻】

[1]焦昭杰，張賢明，梁新元，等.近紅外光譜法快速測定油品中的水分[J].光譜實驗室.2011.28：3120-3124

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[3]韓秀麗，劉金盾，馬曉建.氣相色譜法測定燃料乙醇中的水分[J].釀酒科技，2007（3）：103-104.

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[7]915KFTi-Touch 操作教程[Z].2011.

[8] 劉維英，陽志紅.淺析影響卡爾一費休滴定分析法的因素[J]，化工與材料2011（09）：43-43

[責任編輯：王偉平]