卡爾菲休庫(kù)侖法水分測(cè)量影響因素分析

張恒，張暉，孫斌，路瑤

（92601部隊(duì)，廣東湛江 524009）

卡爾菲休庫(kù)侖法水分測(cè)量影響因素分析

張恒，張暉，孫斌，路瑤

（92601部隊(duì)，廣東湛江 524009）

針對(duì)使用卡爾菲休庫(kù)侖法測(cè)量水分，研究了環(huán)境水分、樣品預(yù)熱處理和取樣量對(duì)卡爾菲休庫(kù)侖法測(cè)量水分的影響。結(jié)果表明:環(huán)境水分是導(dǎo)致卡爾菲休法測(cè)量水分結(jié)果出現(xiàn)誤差的最主要因素;經(jīng)過(guò)預(yù)熱處理的樣品水分測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性好于未經(jīng)過(guò)預(yù)熱處理的;取樣量的多少影響到水分測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性和準(zhǔn)確性，取樣量大則測(cè)定的準(zhǔn)確性高、重復(fù)性好，環(huán)境水分對(duì)結(jié)果的影響就減弱了。

潤(rùn)滑油;水分;卡爾菲休庫(kù)侖法

0 引言

水分是導(dǎo)致潤(rùn)滑油污染的主要因素之一，在油品中是不希望有水分存在的，水分會(huì)促使油品乳化，降低油品黏度和油膜強(qiáng)度，破壞潤(rùn)滑性能;也會(huì)使某些添加劑分解沉淀，使添加劑失去應(yīng)有的作用，還會(huì)促使?jié)櫥脱趸冑|(zhì)，增加油泥，促進(jìn)含酸油品對(duì)機(jī)件的腐蝕等［1］。艦艇設(shè)備潤(rùn)滑系統(tǒng)中潤(rùn)滑油的水分來(lái)源主要是由于海水冷卻系統(tǒng)和淡水冷卻系統(tǒng)的泄漏。為了保證機(jī)械設(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行，防止由于水分超標(biāo)而使?jié)櫥托阅芟陆祷驖?rùn)滑失效，及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)潤(rùn)滑油中水分含量具有非常重要的意義。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原理

潤(rùn)滑油的水分測(cè)量方法很多，可以分為實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)量和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)煞N。目前，實(shí)驗(yàn)室條件下潤(rùn)滑油水分測(cè)量常見(jiàn)方法主要有蒸餾法、卡爾費(fèi)休法［2－3］和氣相色譜法，其中卡爾費(fèi)休法是一種精確的水分測(cè)量法，測(cè)量速度快和靈敏度高，被廣泛用來(lái)作為水分測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)依據(jù)此方法測(cè)定水分含量的時(shí)候，水會(huì)按照下列化學(xué)反應(yīng)式與碘和二氧化硫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

只要電解液中存在水分，所產(chǎn)生的碘就會(huì)按照（1）式進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)法拉第定律，所產(chǎn)生的碘的數(shù)量與電荷量成正比，因此可以把電流消耗量作為測(cè)定水分的基礎(chǔ)，一旦所有的水參加了反應(yīng)，那么就會(huì)有少量的過(guò)量的碘在陽(yáng)極區(qū)域形成，利用極化電極就可以測(cè)出碘過(guò)量，電流停止流動(dòng)，就不再有碘產(chǎn)生。

1.2 試驗(yàn)儀器和材料

試驗(yàn)儀器采用DL32卡爾菲休庫(kù)侖滴定儀，樣品均取自某船主、副機(jī)通用柴油機(jī)潤(rùn)滑油，已消除不同潤(rùn)滑油對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，試驗(yàn)在室溫下進(jìn)行。前期準(zhǔn)備完畢后，啟動(dòng)滴定儀，待漂移值小于10μg/ min，預(yù)滴定結(jié)束，用5 m L注射針筒向滴定池中注入一定量的樣品，稱(chēng)取注入的樣品，反應(yīng)結(jié)束后，輸入注入的樣品質(zhì)量，滴定儀自動(dòng)顯示水分測(cè)量結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

影響卡爾菲休庫(kù)侖法水分滴定法測(cè)量水分的因素很多，包括環(huán)境水分、水分在樣品中的不均相以及加入樣品的量等。通過(guò)水分測(cè)量過(guò)程中發(fā)現(xiàn)主要是環(huán)境水分、樣品量的多少、水分在樣品中的不均相這些因素對(duì)水分測(cè)量結(jié)果的影響較大。

2.1 環(huán)境水分對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

環(huán)境水分是導(dǎo)致卡爾菲休滴定出現(xiàn)誤差的最主要因素［4－6］。水分可能進(jìn)入樣品、滴定劑和滴定池。這個(gè)問(wèn)題在熱帶地區(qū)尤為突出，因?yàn)樵摰貐^(qū)的相對(duì)濕度通常高于80%。特別是在天氣異常的季節(jié)，環(huán)境水分對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響更為明顯。在室溫下對(duì)沒(méi)開(kāi)抽濕機(jī)和開(kāi)了抽濕機(jī)（經(jīng)過(guò)預(yù)熱處理和樣品量相當(dāng)）情況下，兩組油樣水分測(cè)量結(jié)果的如表1所示。

表1 環(huán)境水分對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

從表1中數(shù)據(jù)看出，在未抽濕的情況下，該主機(jī)潤(rùn)滑油水分含量已超標(biāo)（標(biāo)準(zhǔn):0.2%），且數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，但從肉眼觀察此油色澤光亮，也沒(méi)有乳化變質(zhì)現(xiàn)象，但當(dāng)天天氣潮濕并且分析室內(nèi)抽濕機(jī)沒(méi)有打開(kāi)。打開(kāi)抽濕機(jī)半小時(shí)后的油樣測(cè)量結(jié)果顯示水分含量未超標(biāo)，且數(shù)據(jù)波動(dòng)小，重復(fù)性好，與肉眼觀察油樣的色澤現(xiàn)象一致。可明顯看出未抽濕測(cè)量的結(jié)果要高出抽濕的六七倍。

環(huán)境水分對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響主要在于水分進(jìn)入滴定池，環(huán)境水分附著在玻璃表面和內(nèi)置部件上，滴定池內(nèi)部的空氣也含有水分，這些水分慢慢滲入到陽(yáng)極電解液中，使得漂移值不穩(wěn)定且偏高，而要獲得精確的測(cè)量結(jié)果，在滴定前漂移必須穩(wěn)定且越低越好。

2.2 預(yù)熱對(duì)油液水分影響

某船副機(jī)通用柴油機(jī)潤(rùn)滑油油樣在室溫下未加熱和用恒溫水浴鍋加熱（65±5）℃半小時(shí)后再進(jìn)行水分測(cè)量的結(jié)果（室內(nèi)相對(duì)濕度和樣品量相當(dāng)?shù)那疤嵯拢┤绫?所示。

表2 預(yù)熱對(duì)油液水分測(cè)量結(jié)果的影響

從表2的數(shù)值對(duì)比中可知:加熱后比不加熱的油樣檢測(cè)出來(lái)的結(jié)果更穩(wěn)定，特別是當(dāng)油樣中水分含量在臨界值（0.2%）附近時(shí)效果更明顯，并且加熱后的油樣滴定時(shí)間比未加熱的要短。由于水在油中的分布不均勻，漂浮在表面或沉在底部，預(yù)熱處理相當(dāng)于改變水分在油樣中的不均相，使水和油混合更加均勻，這樣測(cè)出的結(jié)果也更準(zhǔn)確。

2.3 取樣量對(duì)油液水分影響

影響卡爾菲休庫(kù)侖滴定儀的結(jié)果重復(fù)性不好的重要原因之一是取樣量太少，在室溫（室內(nèi)相對(duì)濕度和進(jìn)行預(yù)熱處理）下，對(duì)兩組取樣量不同的油樣進(jìn)行水分測(cè)定，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 樣品組水分測(cè)量結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

由表3可以看出取樣多的油樣水分分析的結(jié)果明顯要比取樣少的穩(wěn)定的多，重復(fù)性也好。同時(shí)，從表3中可以看出此油樣水分含量未超標(biāo)，取樣量并沒(méi)有影響對(duì)結(jié)果的判斷，但當(dāng)油樣水分含量在0.2%左右時(shí)將會(huì)有影響，取樣量多則測(cè)定的準(zhǔn)確性高，這是因?yàn)槿雍图訕訒r(shí)吸入的環(huán)境水分對(duì)結(jié)果的影響減弱了。

對(duì)比表1～表3的數(shù)據(jù)可知:取樣多的油樣水分測(cè)量結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差最小（見(jiàn)表4）。這也說(shuō)明樣品在室內(nèi)濕度相當(dāng)、經(jīng)過(guò)預(yù)熱處理的情況下的，樣品量的多少影響到重復(fù)性。所以在保證卡爾費(fèi)休滴定液經(jīng)濟(jì)使用的情況下，取樣量為0.4 g左右時(shí)，測(cè)量結(jié)果較準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)的重復(fù)性好。

表4 樣品組水分測(cè)量結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差%

3 結(jié)論

（1）環(huán)境水分是導(dǎo)致卡爾菲休法測(cè)量水分結(jié)果出現(xiàn)誤差的最主要因素。環(huán)境水分對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響主要在于水分進(jìn)入滴定池，環(huán)境水分附著在玻璃表面和內(nèi)置部件上，滴定池內(nèi)部的空氣也含有水分，這些水分慢慢滲入到陽(yáng)極電解液中，使得漂移值不穩(wěn)定且偏高，從而影響水分測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（2）經(jīng)過(guò)預(yù)熱處理的樣品水分測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性好于未經(jīng)過(guò)預(yù)熱處理的。由于水在油中的分布不均勻，漂浮在表面或沉在底部，預(yù)熱處理相當(dāng)于改變水分在油樣中的不均相，使水和油混合更加均勻，這樣測(cè)出的結(jié)果也更準(zhǔn)確。

（3）取樣量的多少影響到水分測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，取樣量大則測(cè)定的準(zhǔn)確性高、重復(fù)性好，取樣和加樣時(shí)吸入的環(huán)境水分對(duì)結(jié)果的影響就減弱了。取樣量多的比取樣量少的水分測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性更好，測(cè)量結(jié)果越接近，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小。在保證卡爾費(fèi)休滴定液經(jīng)濟(jì)使用的情況下，取樣量為0.4 g為宜。

［1］郭洪波，張志強(qiáng)，于達(dá)仁.透平油微水含量在線檢測(cè)方法研究綜述［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2001，43（2）:65－67.

［2］林振強(qiáng)，王樂(lè)新.卡爾費(fèi)休庫(kù)侖法水分測(cè)定儀的改進(jìn)［J］.化學(xué)分析計(jì)量，2003，12（5）:45－47.

［3］安志軍，張保健.微量水分的測(cè)定［J］.計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2006，33（5）:8－11.

［4］蔣萌陽(yáng)，蔡方方.電位滴定法測(cè)定液體中的微量水分［J］.寧波工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，14（4）:9－11.

［5］張偉.卡爾費(fèi)休庫(kù)侖法測(cè)定奧里油中水分［J］.石油與天然氣化工，2001，30（2）:96－97.

［6］張運(yùn)寶，于海水，王莉.卡爾費(fèi)休庫(kù)侖法測(cè)定潤(rùn)滑油中水分含量［J］.中氮肥，2005（3）:60－61.

Analysis on the Influencing Factors of Water Content Determ ination by Karl Fischer Cou lometric Method

ZHANG Heng，ZHANG Hui，SUN Bin，LU Yao
（Troops 92601，Zhanjiang 524009，China）

Effects of w ater from surroundings，preheated sam ple and sam p ling am ount on Karl－Fischer M ethod for w ater content determ ination w ere studied.The results show ed thatw ater from surroundings is the main factor causing determ ining error;the accuracy of result using preheated sam p le is better than that of using unpreheated sam ple;and the sam pling am ount can affect the accuracy and repeatability of determ ination result.Them ore the sam p ling am ount is，the higher the accuracy is，and the better the repeatability is，the effect of w ater from surroundings on the result of the w ater content determ ination can be w eakened.

lubricating oil;w ater content;Karl Fischer Coulom etric M ethod

TE622.5

A

1002-3119（2011）06-0042-03

2010－11－13。

張恒（1982－），男，碩士，工程師，2006年畢業(yè)于海軍工程大學(xué)艦船材料專(zhuān)業(yè)，主要從事機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的研究，曾公開(kāi)發(fā)表論文10余篇。