Ô nhiễm nước là một nguyên nhân gây lo ngại lớn trong một số lượng lớn các ứng dụng. Trong một số ngành công nghiệp và môi trường, nước là chất gây ô nhiễm có hại hơn nhiều so với các hạt rắn và thường bị bỏ qua như một nguyên nhân chính gây ra hỏng hóc các bộ phận. Đối với một số ứng dụng nhất định, ngay cả một lượng nhỏ nước cũng có thể có tác động gây hại đến sản xuất hoặc thiết bị.
Nước có thể tồn tại ở ba trạng thái hoặc pha. Nước hòa tan được đặc trưng bởi các phân tử nước riêng lẻ phân tán khắp dầu. Tương tự như độ ẩm trong không khí, không thể nhìn thấy nước hòa tan trong dầu. Nếu có quá nhiều nước trong dầu, các phân tử nước phân tán bắt đầu bão hòa; điều này tương tự như sự hình thành sương mù. Khi điều này xảy ra, nước được coi là nhũ tương. Nước tự do được hình thành khi việc bổ sung nước dẫn đến sự tách pha của cả hai thành phần lỏng tạo ra một lớp nước.
Một số phương pháp có sẵn để xác định mức độ ô nhiễm nước trong chất lỏng. Máy chuẩn độ coulometric Karl Fischer (KF) là một trong những phương pháp chính xác nhất. Không giống như các kỹ thuật khác, nó có thể theo dõi mức độ tự do, nhũ tương và hòa tan thấp (không thể phát hiện được bằng các phương pháp khác như kiểm tra crackle). Khi được sử dụng đúng cách, thử nghiệm có khả năng đo mức nước thấp tới 1 ppm hoặc 0,0001 phần trăm.
Tóm tắt nội dung
Coulometric so với thể tích
Chuẩn độ là một phép phân tích hóa học xác định hàm lượng của một chất, chẳng hạn như nước, bằng cách thêm thuốc thử có nồng độ đã biết với lượng đã được đo cẩn thận cho đến khi phản ứng hóa học hoàn tất. Có hai loại máy chuẩn độ Karl Fischer: máy chuẩn độ thể tích và máy chuẩn độ coulometric. Sự khác biệt chính giữa hai phương pháp này là với phương pháp thể tích, chất chuẩn độ được thêm trực tiếp vào mẫu bằng một buret. Ngược lại, với phương pháp đo coulometric, chất chuẩn độ được tạo ra điện hóa trong cuvet chuẩn độ. Phương pháp coulometric đo mực nước thấp hơn nhiều so với phương pháp thể tích.
Các nguyên tắc cơ bản về hóa học chuẩn độ Coulometric
Sơ đồ phản ứng sau đã được đề xuất cho phép chuẩn độ Karl Fischer:
ROH đại diện cho một loại rượu như metanol hoặc etanol.
Trong phương pháp đo coulometric, tế bào chuẩn độ bao gồm hai phần: một ngăn anốt và một ngăn chứa catốt. Hình 1 cho thấy cả hai ngăn được ngăn cách bởi một màng ngăn bằng sứ. Ngăn anốt chứa dung dịch anolyte bao gồm sulfur dioxide (SO 2 ), iodide (I – ) và imidazole cần thiết trong phản ứng hóa học. Metanol hoặc etanol (ROH) thường được sử dụng làm dung môi.
Hình 1. Tế bào chuẩn độ (Được phép của Mettler-Toledo)
Trong chuẩn độ coulometric Karl Ficher, iot (I 2 ) được tạo ra điện hóa từ iotua (I – ). Khi iot (I 2 ) tiếp xúc với nước trong mẫu, nước được chuẩn độ theo sơ đồ phản ứng nêu trên (phương trình số 1 và số 2). Khi tất cả lượng nước có sẵn đã phản ứng hết thì phản ứng đã hoàn tất. Lượng nước trong mẫu được tính bằng cách đo dòng điện cần thiết cho quá trình tạo điện hóa của iot (I 2 ) từ iotua (I – ) theo phản ứng sau (phương trình số 3):
Các tính năng của máy chuẩn độ Coulometric
Có một số tính năng cần xem xét khi chọn máy chuẩn độ điện tích Karl Fischer. Bảng 1 liệt kê một số nhà sản xuất cung cấp máy chuẩn độ điện tích Karl Fischer. Mỗi nhà sản xuất cung cấp các tính năng khác nhau.
Độ nhạy với độ ẩm Độ
ẩm có lẽ là nguồn sai số lớn nhất trong quá trình chuẩn độ. Các biện pháp phòng ngừa đặc biệt cần được thực hiện trong quá trình thiết lập và thử nghiệm, đặc biệt là ở các vùng ven biển hoặc nhiệt đới. Hệ thống điều hòa không khí cần được trang bị thiết bị ngưng tụ hơi ẩm. Ngoài ra, không nên lắp đặt máy chuẩn độ Karl Fischer gần lỗ thông hơi của máy điều hòa không khí.
Các tế bào chuẩn độ được bao bọc để giúp đảm bảo rằng nước không xâm nhập từ khí quyển; tuy nhiên, một lượng nước rất nhỏ hầu như luôn luôn đi vào tế bào chuẩn độ. Lượng nước đi vào trong một khoảng thời gian được gọi là độ trôi. Nhiều nhà sản xuất sẽ đưa ra các thông số kỹ thuật về giá trị độ trôi và độ ẩm không khí tối đa cho phép.
Nhạy cảm với pH
Phản ứng hóa học nhạy cảm với tính axit hoặc kiềm của dung dịch. Khoảng pH tối ưu của dung dịch mẫu để chuẩn độ Karl Fischer hiệu quả là từ pH 5,5 đến 8. Khi pH lớn hơn 8,5, tốc độ phản ứng tăng do các phản ứng phụ hóa học. Điều này dẫn đến điểm cuối chậm hơn và tiêu thụ iốt cao hơn, điều này sẽ ảnh hưởng đến kết quả. Chất đệm có sẵn cho các mẫu có tính axit hoặc bazơ để giữ độ pH lý tưởng trong khoảng từ 5,5 đến 8.
Màng ngăn so với Chuẩn độ không màng Màng
ngăn ngăn cách ngăn anốt và ngăn catốt. Mục đích của nó là ngăn không cho iốt được tạo ra bằng điện hóa đảo ngược trở lại iốt ở cực âm thay vì phản ứng với nước. Máy chuẩn độ không có màng ngăn sử dụng một cấu trúc hình học khác để ngăn chặn iot được tạo ra đảo ngược trở lại iotua (Hình 2). Khi khí hydro được tạo ra trong ngăn catốt, nó tạo ra một lớp bọt khí trên bề mặt của catốt. Lớp khí này ngăn không cho iot bị khử ở catot. Tuy nhiên, vẫn có thể xảy ra trường hợp một lượng nhỏ iot bị đảo ngược thành iotua khi đến cực âm.
Hình 2. Cấu hình đồ thị và không có màng ngăn
(Được phép của Mettler-Toledo)
Chuẩn độ không có màng ngăn là thuận lợi vì không có màng ngăn để bị nhiễm bẩn; nó dễ dàng hơn để làm sạch; và có thể sử dụng độ trôi thấp hơn (điều này liên quan đến tốc độ hoàn thành phản ứng).
Một tế bào không có màng ngăn là đủ chính xác cho nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, hãy kiểm tra với nhà cung cấp Máy chuẩn độ Karl Fischer của bạn để xác minh xem các ứng dụng của bạn có yêu cầu màng ngăn hay không.
Phương pháp chưng cất
Một số mẫu có thể giải phóng nước chậm hoặc có phản ứng phụ với thuốc thử. Trong trường hợp này, ASTM D6304 với đồng chưng cất là một kỹ thuật đáng tin cậy hơn và sẽ giảm thiểu khả năng xảy ra điều này. Với phương pháp này, mẫu dầu được làm nóng trong chân không để nước trong mẫu bay hơi hết. Hơi nước được ngưng tụ và hòa tan trong toluen.
Sau đó, chất này được chuẩn độ bằng quy trình ASTM D6304. Vì các chất phụ gia và các chất gây nhiễu khác có thể có trong mẫu dầu đã qua sử dụng vẫn hòa tan hoặc lơ lửng trong dầu, nên nước ngưng tụ trong toluen không bị ảnh hưởng gây nhiễu và là lượng nước thực sự trong mẫu. Nhiều công ty cung cấp các lò sấy tùy chọn cho mục đích này.
Phương pháp lập trình hoặc tích hợp Phương pháp máy
chuẩn độ điện tích Karl Fischer có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào ứng dụng và độ chính xác cần thiết. Việc điều chỉnh đòi hỏi một số hiểu biết về nguyên tắc làm việc và điều khiển của máy chuẩn độ. Để giúp đảm bảo điều chỉnh chính xác, nhiều máy chuẩn độ được tích hợp các phương pháp có thể được sử dụng cho các ứng dụng phổ biến hơn. Phương pháp thân thiện với người dùng hơn này giúp cho những người không có nhiều kinh nghiệm cũng có thể sử dụng nhạc cụ này.
Đối với các ứng dụng đặc biệt, một phương pháp cụ thể có thể không được tích hợp sẵn. Trong trường hợp này, nhiều máy chuẩn độ cho phép người dùng lập trình một phương pháp. Khi tất cả các cài đặt đã sẵn sàng, phương pháp cụ thể đó có thể được chọn mỗi khi ứng dụng cần thiết và máy chuẩn độ sẽ tự chạy.
Số lượng các phương pháp tích hợp và có thể lập trình khác nhau giữa các thiết bị. Sẽ rất hữu ích nếu bạn xác định xem có bao nhiêu ứng dụng khả dụng và làm quen với các chuyên ngành của từng ứng dụng.
Bơm tích hợp
Điều quan trọng là thuốc thử không bị nhiễm bẩn. Một số máy chuẩn độ coulometric đi kèm với một máy bơm tích hợp có thể làm đầy và xả thuốc thử. Điều này giúp loại bỏ sự nhiễm bẩn của thuốc thử và giảm số bước cần thiết cho quy trình.
Tốc độ chuẩn độ Tốc độ
chuẩn độ khác nhau đối với mỗi đơn vị. Mặc dù tốc độ có thể quan trọng nhưng đơn vị chuẩn độ càng nhanh thì độ chính xác càng kém. Đối với các mẫu có hàm lượng nước thấp (nhỏ hơn 50 µg), việc chuẩn độ phải diễn ra từ từ. Tốt nhất là chuẩn độ mẫu từ từ nếu độ chính xác của mực nước là rất quan trọng. Nếu lượng nước cao (lớn hơn 1.000 µg mỗi mẫu) đang được đo, thì quá trình chuẩn độ có thể nhanh hơn.
Dung lượng Bộ nhớ Lưu trữ
Hầu hết các thiết bị đều có kết nối cho máy tính hoặc máy in và một số có máy in tích hợp sẵn. Mỗi đơn vị có một dung lượng lưu trữ bộ nhớ khác nhau. Nếu nó không được gắn vào máy tính cá nhân, thì khả năng lưu trữ bộ nhớ của nó có thể là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc.
Người giới thiệu
- ASTM D6304: Phương pháp thử tiêu chuẩn để xác định nước trong các sản phẩm dầu mỏ, dầu bôi trơn và phụ gia bằng phương pháp chuẩn độ Coulometric Karl Fischer.
- (2003, tháng 7-8). Phân tích nước – dầu 101 . Thực hành Phân tích Dầu .
- (2001, tháng 7-8). Nước – Chất Ô Nhiễm Bị Lãng Quên . Thực hành Phân tích Dầu .
Thanh bên 1
Phương pháp Karl Fischer được thực hiện dễ dàng thông qua chuẩn độ lấy mẫu tự động
Chuẩn độ tự động là một phụ kiện được cung cấp bởi một số nhà sản xuất Karl Fischer cho phép người dùng thực hiện nhiều phép chuẩn độ mà không cần dừng lại để chuẩn bị mẫu. Nó được kết hợp với máy chuẩn độ Karl Fischer đo coulometric hoặc thể tích để xác định lượng nước trong mẫu một cách hiệu quả và không bị kiểm soát, cho phép nhà phân tích tập trung vào các công việc quan trọng khác trong khi chạy.
Làm thế nào nó hoạt động?
Các mẫu thử được đặt vào khay quay và đậy kín. Khi thiết bị khởi động, mẫu đầu tiên được chuyển vào tủ sấy được kiểm soát nhiệt độ. Sau đó, mẫu được chọc thủng để nước được chuyển thành hơi, nó được chuyển vào thiết bị chuẩn độ thể tích hoặc coulometric để xác định hàm lượng nước của mẫu. Bằng cách kiểm soát nhiệt độ, chỉ có nước bay hơi trong khi mẫu còn lại nằm trong chai mẫu. Khi tất cả nước được lấy ra và đo, chai mẫu được đặt trở lại vị trí ban đầu trên khay, và khay quay để mẫu tiếp theo được thực hiện.
Ưu điểm
- Nhiều mẫu có thể được phân tích cùng một lúc mà không cần dừng lại để chuẩn bị từng mẫu.
- Không có sự nhiễm bẩn trong tủ sấy hoặc ngăn chuẩn độ vì mẫu lỏng hoặc rắn còn lại vẫn còn trong chai mẫu.
- Không cần phải lo lắng về bất kỳ phản ứng phụ nào có thể xảy ra giữa mẫu và thuốc thử chuẩn độ.
- Trong quá trình này, ít thuốc thử được sử dụng hơn.
Đồng hồ đo Mettler-Toledo
DL39 với Stromboli và Bơm khí tùy chọn
Bộ xử lý mẫu lò nướng Metrohm 774 KF với 756
Karl Fischer Coulometer
