卡尔·费休法测定火药中水分含量

徐永士，肖 强，熊 冉，黄世银，黄紫光

（中国人民解放军63981部队，湖北 武汉 430311）

卡尔·费休法测定火药中水分含量

徐永士，肖 强，熊 冉，黄世银，黄紫光

（中国人民解放军63981部队，湖北 武汉 430311）

严重吸湿的火药，会使其点火困难，燃速减慢，从而导致膛压、初速降低，射程减少。若火药在高温、干燥的环境下贮存，则会使其中的水分含量减少，最终导致燃速加快，膛压、初速和射程的增大。卡尔·费休法适用于各种火药，而且测量效果较好，因此，用卡尔费休法测定火药中水分含量具有重要的现实意义。

卡尔·费休法；火药；水分含量

火药中存在不同程度的水分，单基药中一般含有1.0%～1.8%的水分，双基药中一般只含有0.5%左右的水分。单基药具有一定程度的吸湿性，其吸湿量与环境的相对湿度密切相关，在相对湿度为100%的大气中，吸湿量可达 2.0%～2.5%［1］。此外单基药的吸湿性与硝化棉组分的含氮量和表面状况有关，含低氮量硝化棉、表面粗糙和多孔的单基药比含高氮量硝化棉、经石墨表面处理和含有樟脑及苯二甲酸二丁酯的单基药吸湿性大［2］。而双基药，因结构致密，硝化甘油组分的吸湿性较小，又含有减少吸湿性的二硝基甲苯和苯二甲酸二丁酯等物质，因此，双基药的吸湿性比单基药要小2～3倍。在小粒药、球形药、三基药和个别改性双基推进剂的配方中，均有数量不等的水分加入［3］。

严重吸湿的火药，会使其点火困难，燃速减慢，从而使膛压、初速降低，射程减少。反之，若火药在高温、干燥的环境下贮存，则会使其中的水分含量减少，最终导致燃速加快，膛压、初速和射程的增大［4］。测定水分含量的方法有很多种，其中卡尔·费休法适用于各种火药，而且测量效果较好，因此，用卡尔·费休法测定火药中水分含量具有重要的现实意义。

1 试验原理

碘氧化二氧化硫时需要定量的水，其化学反应式为：

以溶剂溶解试样，用已知水当量的卡尔·费休试剂滴定，即可测出试样中水分的含量。

2 适用范围

本方法适用于火药中水分含量的测定，也适用于含水量小于4%的硝化棉中水分含量的测定。

本方法不适用于含有能溶于溶剂又与卡尔·费休试剂起化学反应的组分的试样中水分含量的测定。

3 试剂和材料

（1）分子筛：GB 13550－92，条状或球状，在500 ℃活化2～4 h，置于干燥器内冷却至室温；

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

（3）异丙醇：GB 7814－87，干燥24 h以上；

（4）丙酮：GB 686－89，干燥24 h以上；

（5）卡尔 费休试剂：

a．传统的卡尔·费休试剂：按GB 606配制或在市场购买；

b．改进的卡尔·费休试剂：按下述方法先配制甲、乙两种溶液，然后将两种溶液混合制备；

甲液：称取63 g干燥的碘置于容积为1 L的棕色细口瓶内，加入600 mL甲醇、25 g无水碘化钾和85 g无水乙酸钠，塞紧瓶塞，振摇使固体物质完全溶解，密封保存；

乙液：将盛有1 L甲醇的棕色瓶置于冰水浴中，缓缓通入干燥的二氧化硫气体，使增加的质量约为256 g，密封后保存在暗处；二氧化硫可在市场购得，或按GB606附录A（补充件）中的装置，用硫酸分解亚硫酸钠制备。

卡尔·费休试剂的配制：量取乙液80～90 mL，加入贮存甲液的棕色瓶内，再加甲醇至 1 L，混合均匀后密封，置暗处保存；

（6）提取剂：按以下要求选择提取剂

a．异丙醇：测定硝化棉试样水分用；

b．丙酮－异丙醇混合液：体积比Ψ（丙酮：异丙醇）= 1:3，测定火药试样水分用；

（7）变色硅胶：GB 7822－87。

4 仪器、设备和试验装置

（1）卡尔·费休测水仪。推荐采用WA－型，由贮液瓶、滴定瓶、指示电极、滴定管、磁力搅拌器、终点电量指示仪表组成；

a．滴定管：分度值0.02 mL；

b．贮液瓶：700 mL。

（2）具塞锥形瓶：150 mL；

（3）单线吸管：50 mL；

（4）分度吸管：10 mL；

（5）微量注射器：10.50μ L；

（6）电磁搅拌器。

5 试验准备

5.1 火药试样准备

燃烧层厚度小于0.7 mm的药粒取整粒；燃烧层厚度不小于0.7 mm的药粒，应按试样准备的要求处理成3 mm以下的碎块，迅速装入瓶内密封保存。

5.2 硝化棉试样准备

细断过的硝化棉试样应全部倾倒在孔径2～3 mm的铜筛上迅速搓擦过筛；未细断的试样应用镊子迅速撕松，立即装入瓶内密封保存。

5.3 卡尔·费休测水仪的安装与检查

按照仪器使用说明书装配好仪器，向贮液瓶内注入卡尔 费休试剂，在贮液瓶、滴定管及滴定瓶与空气相通部位应装有变色硅胶干燥管，防止外界湿气侵入。调好终点电量指示控制值。

所用的玻璃器皿及量器应保持干燥。

5.4 卡尔·费休试剂的标定

向滴定瓶内加入甲醇至淹没电极。接通电源，开动电磁搅拌器，用卡尔 费休试剂滴定至预先设定的终点电量并保持30 s不变，不记录消耗的滴定剂体积。再用微量注射器吸取并称量适量的蒸馏水，精确至0.000 2 g，注入滴定瓶内，立即用卡尔 费休试剂滴定至终点电量保持30 s不变，记下消耗的试剂体积。平行测定3次，取平均值。

无色溶液也可用目视法判定终点。滴定至终点时，过量的碘使溶液由浅黄色突变为棕黄色。

每毫升卡尔·费休试剂相当的水的质量，应在洌定试样的当天进行标定。

每毫升卡尔·费休试剂相当的水的质量按式(1)计算：

式中： ms—每毫升卡尔 费休试剂相当的水的质量, g/mL；

m0—加入水的质量, g；

Vs—消耗卡尔 费休试剂的体积, mL。

6 试验步骤

（1）称取约5 g试样，精确至0.0 002 g，置于洁净干燥的150 mL具塞锥形瓶内，加入50.0 mL提取剂，塞紧瓶塞，置于电磁搅拌器上搅拌30 min，使试样中水分转移至提取剂中，静置10 min使提取溶液澄清。

（2）向滴定瓶中加入提取剂至淹没电极，在搅拌下用卡尔·费休试剂滴定至终点，保持30 s不变，不记消耗的滴定剂体积。

（3）用干燥的分度吸管向滴定瓶内加入适量的试样提取溶液，加入量视试样中水分含量而定，使消耗的滴定剂体积占所用滴定管体积的二分之一以上。在搅拌下用卡尔·费休试剂滴定至终点并保持30 s不变，记下消耗的体积。

（4）向滴定瓶内加入相同体积的提取剂，用卡尔 费休试剂滴定至终点，读取所消耗卡尔·费休试剂的体积。

7 结果与讨论

试样中水分的质量分数按式（2）计算：

式中： w—试样中水分的质量分数,%；

ms—每毫升卡尔 费休试剂相当的水的质量,g/mL；

V—滴定试样所消耗的卡尔 费休试剂的体积,mL；

V0—滴定相同体积的提取剂所消耗的卡尔 费休试剂的体积,mL；

m—试样的质量,g；

V1—取用提取剂溶液的体积,mL；

50—试样提取溶液的体积,mL。

每份试样平行测定两个结果，平行结果的差值不得大于0.2%，取其平均值，试验结果应取小数点后两位数。

在对不同种类的火药采用卡尔·费休法进行水分含量测量后，我们发现含低氮量硝化棉、表面粗糙和多孔的单基药比含高氮量硝化棉、经石墨表面处理和含有樟脑及苯二甲酸二丁酯的单基药吸湿性大［5］。而双基药，因结构致密，硝化甘油组分的吸湿性较小，又含有减少吸湿性的二硝基甲苯和苯二甲酸二丁酯等物质，吸湿性比单基药要小2～3倍。

8 结 论

采用卡尔·费休法测定火药中水分含量，适用范围广，测量效果较好。通过实验得出以下结论：

（1）火炸药不同，吸湿性不同；火炸药的颗粒越小，空隙越多，吸湿性越大；在空气的绝对湿度一定时，气温越高，吸湿性越小；在温度一定时，空气相对湿度升高，吸湿性也随着增大。

（2）温度对吸湿性的影响，比相对湿度的影响要小；颗粒大的火炸药比颗粒小的吸湿性要小。从影响吸湿性的各因素比较，影响最大的是火炸药的性质和空气的相对湿度［6］。

［1］ 任特生. 硝胺硝酸酯炸药化学与工艺学[M]. 北京：兵器工业出版社，1994：182-185.

［2］ 刘玉存，王建华，安崇伟. RDX粒度对机械感度的影响[J]. 火炸药学报，2004，27（2）：7-9.

［3］ 吕春绪，刘祖亮，陆明. 膨化硝铵炸药[M]. 北京：兵器工业出版社，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，工程师，2011年毕业于解放军理工大学爆破工程专业，研究方向：火药检测。