浅析环氧乙烷中水含量测定的影响因素

摘要：采用卡尔·费休容量法测定环氧乙烷中水含量，通过对测试环节相关因素的考察，找出主要影响因素，制定相应的解决方案，确保分析结果的精密度满足分析标准的要求，为指导装置正常运行和产品质量控制提供可靠的依据。

关键词：环氧乙烷；水含量；重复性；准确度

中图分类号：TQ207.4文献标志码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1674-4977.2025.01.009

0前言

根据GB/T 13098—2006《工业用环氧乙烷》规定，环氧乙烷水含量的测定一般采用卡尔·费休容量法[1]。该方法虽然具有灵敏度高、反应速度快等优点，但环氧乙烷的沸点仅为10.8℃，在室温下容易挥发，且具有较强的吸湿性，因而在测试过程中经常出现测定结果的重复性超差，影响测定结果的准确性。本文主要从测量系统的密封性、进样方式、搅拌速度等方面进行分析，对测试环节的操作条件进行优化，以提高测试结果的精密度和准确度，为指导装置正常运行和产品质量控制提供可靠的依据。

1实验部分

1.1仪器与材料试剂

卡氏水分测定仪：890型，瑞士万通公司。电子天平：XPR4002S型，感量为0.01 g，梅特勒公司。单组分溶剂：HYDRANAL-Methanol dry，美国西格玛公司。卡尔·费休滴定剂：2 mg H2O/mL，德国默克公司。无死体积微量注射器：1μL、10μL。量筒：10 mL。纯水：电阻率为18.2 MΩ。

1.2实验原理

用已知滴定度的卡尔·费休滴定剂测定待测样品，通过消耗的滴定剂的体积求得样品中水的含量[2]。

2结果与讨论

2.1测量系统的密封性对水含量测定的影响

本文所指的测量系统包括滴定池单元、溶剂及滴定剂的加液单元、自动吸排液单元，其密封性是保证样品水分准确测定的前提。当测量系统中任何一个单元的密封性出现问题时，受周围空气湿度的影响，滴定池都难以达到平衡状态（漂移值低于10μg/ min）[3]，即使平衡后在测试过程中也会因滴定时间过长、漂移值持续偏高而引起滴定终点拖延，进而导致样品的测定结果偏高。为了解决测量系统的密封性问题，应定期更换进样垫、密封垫圈及干燥管中分子筛，对加液单元及自动吸排液单元各连接处的密封性及时进行检查和处理，确保测试前仪器显示的偏移值低于10μg/min。从实际效果上看，这些措施的实施降低了样品测定的重复性误差，使分析结果的精度满足分析标准中规定的要求。

2.2进样方式对水含量测定结果的影响

环氧乙烷中水含量的测定采用卡尔·费休容量法，并且要求使用冷冻过的夹套移液管移取环氧乙烷样品。按此规定，在同一卡氏水分仪上对同一样品进行平行测定，测定结果见表1。

由表1可以看出，采用夹套移液管的进样方法测得的样品水含量极差远远超出优等品重复性的标准。产生这种现象的原因是实验环境的温度通常在20℃以上，环氧乙烷在实验过程中极易挥发。虽然移液管经过冷冻处理，但对于这种单标线吸液管，吸入和放出样品的时间较长，因而在移取样品过程中很难控制样品量的损失。此外，移液管从冰箱取出后要立即取样，样品还要提前从钢瓶中转移到密封性好的样品瓶中。如果使用同一只移液管重复取样，管壁外吸附的水珠可能会滴入滴定池，引发较大的实验误差，导致后面的实验结果与前次测定结果的差值超出允许的误差范围，甚至可能造成结果失真。因此，夹套移液管的进样方式不能适应现行条件下的分析要求。鉴于此，选择一种既方便操作又能保证实验结果准确性和可靠性的进样方式显得尤为关键。为此，本文探索了以下两种进样方式。2.2.1钢瓶直接进样对水含量测定结果的影响

钢瓶直接进样法是通过手动调节钢瓶控制阀的开度，以实现环氧乙烷样品匀速进入滴定池进行测定的方法。相对于夹套移液管移取环氧乙烷样品的操作方法，钢瓶直接进样法程序简单、测定时间短。但从多次实验的结果上看，该方法所测得水含量的重复性误差也不满足规定要求。其原因在于进样过程中进样速度难以控制，稍有不慎样品就会发生喷溅而导致样品量损失，使分析结果产生偏差[4]。2.2.2量筒进样法对水含量测定结果的影响

量筒进样法要求在取样前使用系统氮气将量筒、专用取样管和接头彻底吹干，然后将样品通过专用取样管及接头移入10 mL检定合格的量筒中，直至达到10 mL刻度处，此时关闭钢瓶上的开关阀，然后将样品缓慢倒入滴定池中进行测试。此进样方式虽然不能避免环氧乙烷与空气接触，但是进样速度和进样量都能得到控制，因而水含量测定结果的重复性误差大幅降低，分析结果的精度完全满足分析标准中规定的要求。

2.3取样器具的干燥程度对水含量测定的影响

当采用容量法测定环氧乙烷中水含量时，所使用的取样器包括取样管、快速接头及量筒。在确保测量系统密封性满足分析要求的前提下，使用同一台分析仪器对同一实际样品进行测试，并对不同干燥程度的取样器具开展对比试验，所得结果见表2。

由表2可以看出，取样器具的干燥程度直接影响到样品水含量测定结果的精密度和准确度。器具未干燥处理就直接用于取样，所得水含量的测定值的极差大于0.0010%，超出GB/T 13098中规定的允许误差上限，而且随着实验次数的增加，水含量测定值的偏差越来越大。造成这种现象的原因是取样器具未经干燥处理，其表面湿度与周围空气湿度达到平衡。在取样过程中，环氧乙烷样品迅速吸收器具表面的水分，并将其带入测量池参与滴定反应造成测定结果偏高。此外，随着实验次数的增加，取样器具接触面处的残液也不断吸收空气中的水分，并在取样过程中随样品进入滴定池，从而导致样品中水含量的测定值远远超出其真实值。解决这一问题最好的办法就是每次实验前在通风橱内用氮气对取样管、快速接头及量筒进行吹扫，同时用干燥的滤纸将取样钢瓶的接头处擦拭干净，这样就能从根本上消除取样过程中引入的实验误差。

2.4取样量对水含量测定的影响

为了考察不同进样量对环氧乙烷水含量测定结果的影响，按照已经优化的实验条件，对同一试样分别按照不同的取样量进行水含量测定，实验结果见表3。

从表3可以看出：当取样量为10 mL时，环氧乙烷样品水含量的测定值的重复性误差小于0.0010%，完全满足分析标准的要求；当取样量为5 mL时，测定过程中所消耗滴定剂的量较少，容易引起分析误差；当取样量为15 mL时，虽然加大进样量可使滴定过程中滴定剂的消耗量加大，减少了滴定操作引起的实验误差，但在实验过程中，随着滴定池中环氧乙烷量的增加，羟醛缩合反应所生成的水使得滴定终点难以判断，进而导致分析结果偏高。按此进样量进行两次测定后，滴定池中液面已接近预警线，如果不及时排除滴定池中溶液，更换新的滴定溶剂，那么仪器将无法正常运行。

2.5搅拌速度对实验结果的影响

在其他控制参数不变的情况下，改变搅拌速度，分别对同一样品进行测定，测定结果变化趋势如图1所示。

从图1可以看出，随着搅拌速度的增加，样品的溶解性加强，滴定反应的速度加快，水含量测定值随之增加。当搅拌速度为6挡时，环氧乙烷样品水含量的测定值达到最大值。随着搅拌速度的进一步加大，样品水含量的测定值产生较大的负偏差。这是因为搅拌速度过大时滴定池液面产生大量气泡，气泡附着在测量电极周围，使得电位的测定值失真，从而影响到滴定反应终点的判断。同时，当搅拌速度过大时，加入滴定池中的样品发生飞溅，也会导致样品水含量测定结果产生偏差。

3结论

通过对环氧乙烷水含量测试环节影响因素的考察，得出如下结论：1）测量系统的密封性对水含量的测定结果影响较大，测定前确保仪器显示的偏移值低于10μg/min，为此需要定期更换进样垫、密封垫圈及干燥管中分子筛，对加液单元及自动吸排液单元各连接处的密封性及时进行检查和处理。2）采用卡尔·费休容量法测定环氧乙烷中水含量，最适宜的进样方式是采用量筒法进样，进样量为10 mL。3）采用卡尔·费休容量法测定环氧乙烷中水含量前须用氮气吹扫取样管、快速接头及量筒，同时用干燥的滤纸将取样钢瓶的接头处擦拭干净，这样可以降低取样过程中引入的实验误差的概率。4）使用卡尔·费休容量法测定环氧乙烷中水含量的过程中控制搅拌速度的原则是：在确保滴定池中溶液不产生泡沫的前提下，尽可能采用较大的搅拌速度。对于万通890型卡氏水分测定仪，测定环氧乙烷中水含量时，最适宜的搅拌速度挡数为6。

参考文献

[1]工业用环氧乙烷：GB/T 13098—2006[S].

[2]化工产品中水分含量的测定卡尔·费休法（通用方法）：GB/T 6283—2008[S].

[3]刘永才.环氧乙烷水含量测定的影响因素[J].科技创新与应用，2013（30）：114-115.

作者简介

王慧敏，女，1988年出生，工程师，学士，研究方向为实验室分析技术支持与管理。

（编辑：李钰双，收稿日期：2024-06-20）