卡爾·費休法測定火藥中水分含量

徐永士，肖 強，熊 冉，黃世銀，黃紫光

（中國人民解放軍63981部隊，湖北 武漢 430311）

卡爾·費休法測定火藥中水分含量

徐永士，肖 強，熊 冉，黃世銀，黃紫光

（中國人民解放軍63981部隊，湖北 武漢 430311）

嚴重吸濕的火藥，會使其點火困難，燃速減慢，從而導致膛壓、初速降低，射程減少。若火藥在高溫、干燥的環境下貯存，則會使其中的水分含量減少，最終導致燃速加快，膛壓、初速和射程的增大。卡爾·費休法適用于各種火藥，而且測量效果較好，因此，用卡爾費休法測定火藥中水分含量具有重要的現實意義。

卡爾·費休法；火藥；水分含量

火藥中存在不同程度的水分，單基藥中一般含有1.0%～1.8%的水分，雙基藥中一般只含有0.5%左右的水分。單基藥具有一定程度的吸濕性，其吸濕量與環境的相對濕度密切相關，在相對濕度為100%的大氣中，吸濕量可達 2.0%～2.5%［1］。此外單基藥的吸濕性與硝化棉組分的含氮量和表面狀況有關，含低氮量硝化棉、表面粗糙和多孔的單基藥比含高氮量硝化棉、經石墨表面處理和含有樟腦及苯二甲酸二丁酯的單基藥吸濕性大［2］。而雙基藥，因結構致密，硝化甘油組分的吸濕性較小，又含有減少吸濕性的二硝基甲苯和苯二甲酸二丁酯等物質，因此，雙基藥的吸濕性比單基藥要小2～3倍。在小粒藥、球形藥、三基藥和個別改性雙基推進劑的配方中，均有數量不等的水分加入［3］。

嚴重吸濕的火藥，會使其點火困難，燃速減慢，從而使膛壓、初速降低，射程減少。反之，若火藥在高溫、干燥的環境下貯存，則會使其中的水分含量減少，最終導致燃速加快，膛壓、初速和射程的增大［4］。測定水分含量的方法有很多種，其中卡爾·費休法適用于各種火藥，而且測量效果較好，因此，用卡爾·費休法測定火藥中水分含量具有重要的現實意義。

1 試驗原理

碘氧化二氧化硫時需要定量的水，其化學反應式為：

以溶劑溶解試樣，用已知水當量的卡爾·費休試劑滴定，即可測出試樣中水分的含量。

2 適用范圍

本方法適用于火藥中水分含量的測定，也適用于含水量小于4%的硝化棉中水分含量的測定。

本方法不適用于含有能溶于溶劑又與卡爾·費休試劑起化學反應的組分的試樣中水分含量的測定。

3 試劑和材料

（1）分子篩：GB 13550－92，條狀或球狀，在500 ℃活化2～4 h，置于干燥器內冷卻至室溫；

（2）甲醇：GB 683－89，按每毫升加0.1 g 5?分子篩的比例，干燥24 h以上；

（3）異丙醇：GB 7814－87，干燥24 h以上；

（4）丙酮：GB 686－89，干燥24 h以上；

（5）卡爾 費休試劑：

a．傳統的卡爾·費休試劑：按GB 606配制或在市場購買；

b．改進的卡爾·費休試劑：按下述方法先配制甲、乙兩種溶液，然后將兩種溶液混合制備；

甲液：稱取63 g干燥的碘置于容積為1 L的棕色細口瓶內，加入600 mL甲醇、25 g無水碘化鉀和85 g無水乙酸鈉，塞緊瓶塞，振搖使固體物質完全溶解，密封保存；

乙液：將盛有1 L甲醇的棕色瓶置于冰水浴中，緩緩通入干燥的二氧化硫氣體，使增加的質量約為256 g，密封后保存在暗處；二氧化硫可在市場購得，或按GB606附錄A（補充件）中的裝置，用硫酸分解亞硫酸鈉制備。

卡爾·費休試劑的配制：量取乙液80～90 mL，加入貯存甲液的棕色瓶內，再加甲醇至 1 L，混合均勻后密封，置暗處保存；

（6）提取劑：按以下要求選擇提取劑

a．異丙醇：測定硝化棉試樣水分用；

b．丙酮－異丙醇混合液：體積比Ψ（丙酮：異丙醇）= 1:3，測定火藥試樣水分用；

（7）變色硅膠：GB 7822－87。

4 儀器、設備和試驗裝置

（1）卡爾·費休測水儀。推薦采用WA－型，由貯液瓶、滴定瓶、指示電極、滴定管、磁力攪拌器、終點電量指示儀表組成；

a．滴定管：分度值0.02 mL；

b．貯液瓶：700 mL。

（2）具塞錐形瓶：150 mL；

（3）單線吸管：50 mL；

（4）分度吸管：10 mL；

（5）微量注射器：10.50μ L；

（6）電磁攪拌器。

5 試驗準備

5.1 火藥試樣準備

燃燒層厚度小于0.7 mm的藥粒取整粒；燃燒層厚度不小于0.7 mm的藥粒，應按試樣準備的要求處理成3 mm以下的碎塊，迅速裝入瓶內密封保存。

5.2 硝化棉試樣準備

細斷過的硝化棉試樣應全部傾倒在孔徑2～3 mm的銅篩上迅速搓擦過篩；未細斷的試樣應用鑷子迅速撕松，立即裝入瓶內密封保存。

5.3 卡爾·費休測水儀的安裝與檢查

按照儀器使用說明書裝配好儀器，向貯液瓶內注入卡爾 費休試劑，在貯液瓶、滴定管及滴定瓶與空氣相通部位應裝有變色硅膠干燥管，防止外界濕氣侵入。調好終點電量指示控制值。

所用的玻璃器皿及量器應保持干燥。

5.4 卡爾·費休試劑的標定

向滴定瓶內加入甲醇至淹沒電極。接通電源，開動電磁攪拌器，用卡爾 費休試劑滴定至預先設定的終點電量并保持30 s不變，不記錄消耗的滴定劑體積。再用微量注射器吸取并稱量適量的蒸餾水，精確至0.000 2 g，注入滴定瓶內，立即用卡爾 費休試劑滴定至終點電量保持30 s不變，記下消耗的試劑體積。平行測定3次，取平均值。

無色溶液也可用目視法判定終點。滴定至終點時，過量的碘使溶液由淺黃色突變為棕黃色。

每毫升卡爾·費休試劑相當的水的質量，應在洌定試樣的當天進行標定。

每毫升卡爾·費休試劑相當的水的質量按式(1)計算：

式中： ms—每毫升卡爾 費休試劑相當的水的質量, g/mL；

m0—加入水的質量, g；

Vs—消耗卡爾 費休試劑的體積, mL。

6 試驗步驟

（1）稱取約5 g試樣，精確至0.0 002 g，置于潔凈干燥的150 mL具塞錐形瓶內，加入50.0 mL提取劑，塞緊瓶塞，置于電磁攪拌器上攪拌30 min，使試樣中水分轉移至提取劑中，靜置10 min使提取溶液澄清。

（2）向滴定瓶中加入提取劑至淹沒電極，在攪拌下用卡爾·費休試劑滴定至終點，保持30 s不變，不記消耗的滴定劑體積。

（3）用干燥的分度吸管向滴定瓶內加入適量的試樣提取溶液，加入量視試樣中水分含量而定，使消耗的滴定劑體積占所用滴定管體積的二分之一以上。在攪拌下用卡爾·費休試劑滴定至終點并保持30 s不變，記下消耗的體積。

（4）向滴定瓶內加入相同體積的提取劑，用卡爾 費休試劑滴定至終點，讀取所消耗卡爾·費休試劑的體積。

7 結果與討論

試樣中水分的質量分數按式（2）計算：

式中： w—試樣中水分的質量分數,%；

ms—每毫升卡爾 費休試劑相當的水的質量,g/mL；

V—滴定試樣所消耗的卡爾 費休試劑的體積,mL；

V0—滴定相同體積的提取劑所消耗的卡爾 費休試劑的體積,mL；

m—試樣的質量,g；

V1—取用提取劑溶液的體積,mL；

50—試樣提取溶液的體積,mL。

每份試樣平行測定兩個結果，平行結果的差值不得大于0.2%，取其平均值，試驗結果應取小數點后兩位數。

在對不同種類的火藥采用卡爾·費休法進行水分含量測量后，我們發現含低氮量硝化棉、表面粗糙和多孔的單基藥比含高氮量硝化棉、經石墨表面處理和含有樟腦及苯二甲酸二丁酯的單基藥吸濕性大［5］。而雙基藥，因結構致密，硝化甘油組分的吸濕性較小，又含有減少吸濕性的二硝基甲苯和苯二甲酸二丁酯等物質，吸濕性比單基藥要小2～3倍。

8 結 論

采用卡爾·費休法測定火藥中水分含量，適用范圍廣，測量效果較好。通過實驗得出以下結論：

（1）火炸藥不同，吸濕性不同；火炸藥的顆粒越小，空隙越多，吸濕性越大；在空氣的絕對濕度一定時，氣溫越高，吸濕性越小；在溫度一定時，空氣相對濕度升高，吸濕性也隨著增大。

（2）溫度對吸濕性的影響，比相對濕度的影響要小；顆粒大的火炸藥比顆粒小的吸濕性要小。從影響吸濕性的各因素比較，影響最大的是火炸藥的性質和空氣的相對濕度［6］。

［1］ 任特生. 硝胺硝酸酯炸藥化學與工藝學[M]. 北京：兵器工業出版社，1994：182-185.

［2］ 劉玉存，王建華，安崇偉. RDX粒度對機械感度的影響[J]. 火炸藥學報，2004，27（2）：7-9.

［3］ 呂春緒，劉祖亮，陸明. 膨化硝銨炸藥[M]. 北京：兵器工業出版社，2001：78-82.

［4］ Cranney D H, Maxfield B T. Emulsion that is compatible with reactive sulfide/pyrite ores : US, 5159153A[P]. 1992-10-27.

［5］ Dick J J. Shock-wave behavior in explosive monocrystals [J]. Journal de Physique IV，1995，5：103-106.

［6］Meyers M A. A mechanism for dislocation generation in shock-wave deformation [J]. Scripta Metallurgica，1978，12（1）：21-26.

Measurement of Moisture Content in the Powder With Karl Fischer’s Method

XV Yong-shi，XIAO Qiang，XIONG Ran，HUANG Shi-yin，HUANG Zi-guang
（Unit 63981 of the PLA, Hubei Wuhan 430311, China）

Seriously hygroscopic powder will be difficult to be fired, the burning rate will be slow, the bore pressure and initial velocity will reduce, and the firing range will decrease. If the powder is stored in high temperature and dry environment, moisture content in the powder will be reduced, burning rate will speed up, initial velocity and range will increase finally. Karl Fischer’s method is suitable for all kinds of powder, and it has better measurement results, so Karl Fischer’s method has important practical significance to measure the moisture content in the powder.

Karl Fischer’s method; powder; moisture content

O 657

A

1671-0460（2016）11-2688-03

2016-09-12

徐永士（1989-），男，河南省周口市人，工程師，2011年畢業于解放軍理工大學爆破工程專業，研究方向：火藥檢測。