卡尔-费休库仑法新仪器的改进及测试方法的探讨.docVIP

《化学分析计量》2003年第5期（国家一级刊物） 卡尔-费休库仑法水分测定仪器的改进 林振强 王乐新 赵玮 （山东省计量科学研究所，山东 济南） （淄博华坤电子仪器有限公司，山东 淄博 255088） [摘要:] 根据DT-305型全自动微量水分测定仪的设计思路，对GB7600推荐的YS-2型微库仑仪进行了功能改进，并增加了大电流冲击电解液中的残余水分、掉电存储参数、通讯、程序升级等新功能，仪器改进后提高了测量准确度和试验的方便性。 [关键词] 卡尔-费休库仑法 微量水分 无标识按键 VF变换 空白电流 [中图分类号] [文献标识码] [文章编号] 引言 采用卡尔-费休(Karl Fischer)法测定大部分有机和无机固、液体石油、化工产品中游离水或结晶水的含量是一种传统的经典方法。国际标准化组织（ISO） 采用卡尔-费休库仑法测定水分的原理 其原理是基于有水时，碘被二氧化硫还原,在吡啶和甲醇存在的情况下，生成氢碘酸吡啶和甲基硫酸氢吡啶。反应式如下： H2O+I2+SO2+3C5H5N→2C5H5N·HI+C5H5N·SO3 C5H5N·SO3+CH3OH→C5H5N·HSO4CH3 在电解过程中,电极反应如下: 阳极:2I--2e→I2 阴极:I2+2e→2I- 2H++2e→H2↑ 产生的碘又与样品中的水分反应生成氢碘酸，直至全部水分反应完毕为止。反应终点用一对铂电极所组成的检测单元指示。在整个过程中，二氧化硫有所消耗，其消耗量与水的克分子数相等。 依据法拉第电解定律，电解1克分子碘，需要二倍的96493C电量，即电解1毫克水需要电量为96493C。样品中的水分含量按式（1）计算： 式中:W---样品中的水分含量，μɡ； Q---电解电量，mC； 18---水的分子量； 2.仪器设计特点 2.1 YS-2型微库仑仪系统原理图 GB7600推荐的YS-2型微库仑仪系统原理见图1 图1 YS-2型微库仑仪系统原理方框图 2.2 DT-305型全自动微量水分测定仪系统原理图 DT-305型全自动微量水分测定仪系统原理见图2。测量电极测得信号送至单片机Ⅰ。由单片机Ⅰ首先诊断仪器状况。仪器正常时，信号经片内A/D转换，再经过数字滤波，输出一个电压控制信号。此信号经压控电流源变换后加到电解电极上。电解电极的电流经运算放大器转换成电压信号，输入到VF变换器。由单片机Ⅱ对VF变换后的频率信号进行累加积分。此积分结果Q=∫I·dt与公式（1）相对应，由此可以计算出W值，即水分含量。单片机Ⅱ还负责完成按键响应、液晶显示、打印输出及与单片机Ⅰ的通讯功能，控制单片机Ⅰ的启动、停止。 图2 DT-305型全自动微量水分测定仪 系统原理方框图 图1和图2的比较可看出，随着电子工业的飞速发展，特别是新型集成电路和大容量单片机的推出，DT-305型全自动微量水分测定仪在保证原有仪器基本功能的基础上，使得仪器构造更为简单，并且增加了功能，使操作更为舒适。 3.仪器功能改进 3.1测量单元 测量单元用独立的变压器供电，隔离度高，可使后级测量信号放大电路用高抗共模干扰能力的数字放大器来实现。采用场效应管稳幅文氏桥震荡器来改进普通运放形成的正交振荡器。使其振荡波形稳定、失真小。采用美国微晶片公司推出的必威体育精装版单片机，测量信号直接输入A/D转换的单片机内。利用软件进行绝对值变换、积分变换。使电路简化，精度高、系统可靠性高。同时可以对输入信号进行数字滤波消除工频干扰。并可利用单片机内部的PWM直接输出电解电流的控制电压。 3.2信号转换单元 原有仪器VF变换器的非线性度大于0.1%。采用A/D654进行VF变换后，系统的非线性度仅有0.02%。原有仪器用康铜线绕电阻器作为采样电阻。温度系数为250ppm,受温度影响，阻值漂移太大。改进后采用高精度金属膜电阻采样，温度漂移极小，仅为50ppm。 3.3数字信号单元 采用philips必威体育精装版推出的大容量单片机。功耗低，内置大容量程序存贮器，优化精简了接口电路，改进了原有仪器采用单片机外挂EPROM的复杂系统。使得测量精度大幅度提高。 3.4按键显示单元 此单元的改进旨在向使用者提供舒适的操作。 3.4.1按键系统 原有仪器最多有31位按键。做每一个样品的试验分析，均需频繁按键输入、操作。当调节电解池转速时，尚需在仪器背面用改锥调整电位器，非常繁琐。改进后的仪器仅用五位无标识按键，根据汉字菜单的提示，随机转换功能，轻轻按动无标识按键，仪器会自动完成以前依靠人工操作的许多工作，极为简单、明了。 3.4.2显示系统 原有仪器的显示系统是4位数码管至16位