库仑水份仪

[align=center][font='calibri'][size=21px]库仑水分仪故障[/size][/font][font='calibri'][size=21px]维护[/size][/font][font='calibri'][size=21px]分享[/size][/font][/align][align=center][font='calibri'][size=13px]王玲[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]1、 [/size][/font][font='calibri'][size=13px]背景介绍[/size][/font][/align][font='calibri'][size=13px]2022[/size][/font][font='calibri'][size=13px]年[/size][/font][font='calibri'][size=13px]8[/size][/font][font='calibri'][size=13px]月6[/size][/font][font='calibri'][size=13px]日白二，再对精甲醇进行水分分析时，发现漂移值始终降[/size][/font][font='calibri'][size=13px]不到20ug/min以下[/size][/font][font='calibri'][size=13px]故障现象[/size][/font][font='calibri'][size=13px]：[/size][/font][align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209161404539130_4693_3989257_3.jpeg[/img][/align][align=right][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209161404539458_8247_3989257_3.png[/img][/align][align=center][font='calibri'][size=13px]图一 维护前现象[/size][/font][/align][font='calibri'][size=13px]2、 [/size][/font][font='calibri'][size=13px]原因分析[/size][/font][font='calibri'][size=13px]（1） [/size][/font][font='calibri'][size=13px]查看滴定杯，发现进样口隔垫由于不配套且长时间针扎进样，加上滴定池内外压力差，导致密封垫密封不牢快掉落至滴定池中；[/size][/font][font='calibri'][size=13px]（2）[/size][/font][font='calibri'][size=13px]杯壁上挂有水珠，导致漂移值不稳定[/size][/font][font='calibri'][size=13px]（3） [/size][/font][font='calibri'][size=13px]阳极液液面与阴极液液面几乎持平，导致漂移值不稳定；[/size][/font][font='calibri'][size=13px]（4）[/size][/font][font='calibri'][size=13px]滴定杯内阳极液失效或被污染，需要更换[/size][/font][font='calibri'][size=13px]3、 [/size][/font][font='calibri'][size=13px]解决措施[/size][/font][align=left][font='calibri'][size=13px]（1）[/size][/font][font='calibri'][size=13px]重新剪一块硅胶垫，旋下进样口固定套，用镊子夹出[/size][/font][font='calibri'][size=13px]凹进去[/size][/font][font='calibri'][size=13px]的硅胶垫，放上新的硅胶垫并旋紧进样口外壳；[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]（2） [/size][/font][font='calibri'][size=13px]用一次性滴管吸出再生电极内阴极液，保持液面低于阳极液2-3mm[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]（3）[/size][/font][font='calibri'][size=13px]观察漂移值虽然降低一些但仍不稳定，便外加半颗单质碘到阴极液中，通过外加单质碘消耗体系中水分，稳定一段时间后漂移值降低到20ug/min以下[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]（4）[/size][/font][font='calibri'][size=13px]漂移值稳定后进行精甲醇水分分析，分析后漂移值能维持在20ug/min以下[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]（5）[/size][/font][font='calibri'][size=13px]如果再次出现这种情况，可能是阳极液长时间未更换失效，需要进行更换[/size][/font][/align][font='calibri'][size=13px]4、 [/size][/font][font='calibri'][size=13px]知识拓展[/size][/font][align=left][font='calibri'][size=13px]（1） [/size][/font][font='calibri'][size=13px]库仑法水分仪测定原理[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]卡氏库仑法测定水分是一种电化学方法，其原理是仪器的电解池中的卡氏试剂达到平衡时注入含水的样品，水参与碘、二氧化硫的氧化还原反应，在吡啶（或咪唑）和甲醇存在的情况下，生成氢碘酸吡啶和甲基硫酸吡啶，消耗了的碘在发生电极上通过阳极氧化产生，从而使氧化还原反应不断进行，直到水分全部耗尽为止，依据法拉第电解定律，电解产生碘是同电解时耗用的电量成正比例关系。[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]阳极：2I[/size][/font][font='calibri'][sup][size=13px]- [/size][/sup][/font][font='calibri'][size=13px]-2e→I[/size][/font][font='calibri'][sub][size=13px]2[/size][/sub][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]阴极：I[/size][/font][font='calibri'][sub][size=13px]2 [/size][/sub][/font][font='calibri'][size=13px]+2e→2I[/size][/font][font='calibri'][sup][size=13px]-[/size][/sup][/font][/align][align=left][font='calibri'][sup][size=13px] [/size][/sup][/font][font='calibri'][size=13px]2H[/size][/font][font='calibri'][sup][size=13px]+ [/size][/sup][/font][font='calibri'][size=13px]+2e→H[/size][/font][font='calibri'][sub][size=13px]2[/size][/sub][/font][font='calibri'][size=13px]↑[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]库仑滴定法中，从上式可以看出，即1摩尔的碘氧化1摩尔的二氧化硫，需要1摩尔的水。所以是1摩尔碘与1摩尔水的当量反应，即电解碘的电量相当于电解水的电量。卡式库仑法是绝对测定，无需测定滴定度，只需要确保电生碘的电流效率为100%即可。[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]（2）[/size][/font][font='calibri'][size=13px]库仑法水分仪日常维护：[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]1） [/size][/font][font='calibri'][size=13px]库仑水分仪由两个电极即指示电极和再生隔膜电极，此隔膜只能通过碘，因此再添加阳极和阴极液时，库仑法的阴极液要低于阳极液2-3mm，有助于让干燥的阳极液中碘向阴极液流动，否则会造成碘过量使测量结果偏高或者漂移值不稳定等后果。[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]2）[/size][/font][font='calibri'][size=13px]如果漂移值稳定时间太长，可通过以下步骤来排查原因：[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]a、 [/size][/font][font='calibri'][size=13px]摇晃滴定容器反应掉杯壁上附着的水分[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]b、 [/size][/font][font='calibri'][size=13px]分子筛失效、检查进样口及各管口的密封性[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]c、 [/size][/font][font='calibri'][size=13px]阳极液面是否略高于阴极液面2-3mm[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]d、[/size][/font][font='calibri'][size=13px]试剂消耗殆尽或被污染，需要更换[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]e、 [/size][/font][font='calibri'][size=13px]再生电极隔膜污染或吸水，需要进行电极维护。可用乙醇进行清洗，注意不能损坏再生电极的铂网，清洗后可用电吹风吹干或氮气吹干[/size][/font][/align][align=left][font='calibri'][size=13px]f、[/size][/font][font='calibri'][size=13px]日常分析注意事项：[/size][/font][/align][align=left]1、 [font='calibri'][size=16px]由于在电解池中碘的电解速度非常慢，如样品中水分含量较高时，电解[/size][/font][font='calibri'][size=16px]速度跟不上水的反应速度，会导致检测效率大幅度降低，电解时间长且造成仪器工作寿命缩短，而如果通过减少样品量的方式来检测，则会降低结果的可靠性，因此库仑法卡尔费休水分仪只适用于0.1%以下水分含量的检测。[/size][/font][/align][align=left]2、 [font='calibri'][size=16px]阳极电解液颜色应呈亮黄色，如果更换时间不长颜色便呈棕色或暗黄色，可能是电极的响应能力降低，需对指示电极进行清洁并维护再生电极。[/size][/font][/align]

对国产AKF-CH6库仑法卡尔费休水分测定仪进行一些参数比对，看看AKF-CH6这款水分仪的参数性能指标到了何种水准，与进口同类品牌有多少差别。这次我们选用的比较对象是瑞士万通经典831库仑法水分仪。具体如下表：[img=,372,248]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/10/202110091458034129_8202_760_3.jpg!w372x248.jpg[/img][size=16px][/size][table][tr][td]仪器型号[/td][td]AKF-CH6[/td][td]831[/td][/tr][tr][td]测量范围[/td][td]3ug-99mg[/td][td]10ug-200mg[/td][/tr][tr][td]测量速度[/td][td]33.75微克水/每分钟（最大）[/td][td]2.24毫克水/每分钟（最大）[/td][/tr][tr][td]测量精度[/td][td]±3ug（10-1000ug）≤0.3%（＞1000ug）[/td][td]±3ug（10-1000ug）≤0.3%（＞1000ug）[/td][/tr][tr][td]分辨率[/td][td]0.01微克水[/td][td]0.1微克水[/td][/tr][tr][td]样品类型[/td][td]气体，液体，固体[/td][td]气体，液体，固体[/td][/tr][tr][td]可存方法[/td][td]6[/td][td]100[/td][/tr][tr][td]屏幕显示[/td][td]大屏带曲线[/td][td]大屏带曲线[/td][/tr][tr][td]外接设备[/td][td]打印机，电脑[/td][td]打印机，电脑，外设[/td][/tr][/table]我们从表中的八个指标来比较两款仪器，首先测量范围，AKF-CH6下限稍低为3ug，而831上限高，达到200mg；表面上看起来差别不小，实际上在同一档次，考虑到库仑法微量水分的特性，超高量的水分测试其实没有太多意义，我们以最大速率2.24毫克每分钟测试来算，最高范围水量测试需要89分钟，99毫克需要44分钟，在实际测试中花费这么长时间来测试一个样品是不合适的，而且对于库仑水分仪来说时间越长，漂移不确定性就越高，测试结果准确性越难保证。然后测试速度和测试精度这块，两款仪器的参数换算后是一致的，就不多做评价了。分辨率方面AKF-CH6为0.01微克水比831略高一些。样品类型两款仪器也都是全套样品（气体，液体，固体）都能测。方法方面831可以存100套方法，这个比AKF-CH6要多很多，这一块831确实要好一些。仪器显示方面都是带曲线的大屏，虽然屏幕类型和大小有所区别，但总体差别不大。外接设备方面，两款仪器像传统的打印机和电脑都能连接，831能连接天平以及它自己的一些外设，这也是进口设备普遍特点—系统性。总的来看，两款仪器在测试范围，测试速度，测试精度，测试样品类型，屏幕显示方面参数基本相同或实际功能相似；AKF-CH6分辨率稍高一些，831在可存储方法上多很多，此外可连接的外设种类也要多一些。对于测试本身而言，其实两款仪器在关键参数上是在同一水准的，831在方法数量和连接外设上有优势。

近两年贸易摩擦日益加重，由此引发的中美科技之争给世界分工带来了巨大冲击，宏观来看，“十四五”规划文件牵引、地方政策支持，国产采购倾斜，支持国产仪器发展似乎已经成为市场、政府及公众的共识。不过很多用户还是担心国产仪器是否真的达到了进口的水准，是否真的能代替进口仪器的作用。从整体来看，还是有差距，但是如果细化到某一类或某一种仪器，我们还是有很多仪器可以和进口扳扳手腕的。下面针对我们国产AKF-CH6库仑法卡尔费休水分测定仪进行一些性能测试，来看一看AKF-CH6这款水分仪的性能到了何种水准，与主流进口品牌到底有多少差别。这次我们主要从实际测试效果里的标样测试，偏差测试以及样品测试三个方面来比较。[img=,690,690]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/10/202110091505024658_1833_760_3.jpg!w690x690.jpg[/img]标样测试标样测试一：用0.1%液态标准水样（1000ppm）直接进样测试，数据如下表：[table][tr][td]序号[/td][td]进样量/g[/td][td]结果/ppm[/td][/tr][tr][td]1[/td][td]1.2266[/td][td]996.8[/td][/tr][tr][td]2[/td][td]1.0223[/td][td]1011.9[/td][/tr][tr][td]3[/td][td]0.8873[/td][td]1012.7[/td][/tr][/table]标样测试二：用1%固体标准水样通过加热炉顶空进样测试，数据如下表：[table][tr][td]序号[/td][td]进样量/mg[/td][td]结果/%[/td][/tr][tr][td]1[/td][td]51.2[/td][td]1.004[/td][/tr][tr][td]2[/td][td]53.4[/td][td]1.020[/td][/tr][tr][td]3[/td][td]51.6[/td][td]1.022[/td][/tr][/table]通过测试，AKF-CH6这款仪器在标样测试方面，对于0.1%的液态标准水样测试结果在1000±20ppm范围，固体标准水样在1.00±0.03%，这两项指标通常进口同类产品会要求控制在1000±50ppm以及1.00±0.05%，那么在标准样测试这块我们AKF-CH6这款仪器是符合或者说达到了进口同类产品水准的。偏差测试[table][tr][td]AKF-CH6[/td][/tr][tr][td]批次[/td][td]1[/td][td]2[/td][td]3[/td][td]4[/td][/tr][tr][td]水分ug[/td][td]9.47[/td][td]102.21[/td][td]523.00[/td][td]1043.75[/td][/tr][tr][td]水分ug[/td][td]9.22[/td][td]102.10[/td][td]524.89[/td][td]1041.05[/td][/tr][tr][td]水分ug[/td][td]10.43[/td][td]100.71[/td][td]524.25[/td][td]1043.38[/td][/tr][tr][td]平均值ug[/td][td]9.71[/td][td]101.67[/td][td]524.05[/td][td]1042.73[/td][/tr][tr][td]绝对偏差ug[/td][td]0.72[/td][td]0.54[/td][td]1.05[/td][td]1.68[/td][/tr][/table]选取了10-1000ug水量范围内几个常用的测试点位进行偏差及稳定性测试，AKF-CH6这款仪器在这段常用水质量区间内的绝对偏差均小于2ug，这项指标也是达到了进口同类产品的水准，通常进口产品在1000ug水量以内的测试绝对偏差要求为不超过3ug。样品测试选择锂电极片作为代表性样品，极片具有含量低，易吸潮的特点，在样品检测里面属于较难检测的样品。我们在同一环境由同一人员在相同条件下进行测试，进样量控制在1g左右，测试时间10min，比较一下AKF-CH6水分仪和进口同类产品的测试效果。[table][tr][td]序号[/td][td]AKF-CH6结果/ppm[/td][td]进口仪器结果/ppm[/td][/tr][tr][td]1[/td][td]98.7[/td][td]96.1[/td][/tr][tr][td]2[/td][td]91.3[/td][td]95[/td][/tr][tr][td]3[/td][td]69.9[/td][td]80.3[/td][/tr][tr][td]4[/td][td]72.5[/td][td]70.0[/td][/tr][tr][td]5[/td][td]102.5[/td][td]92.3[/td][/tr][tr][td]6[/td][td]85.4[/td][td]84.6[/td][/tr][tr][td]7[/td][td]128.2[/td][td]122.5[/td][/tr][tr][td]8[/td][td]114.4[/td][td]116.2[/td][/tr][tr][td]9[/td][td]88.6[/td][td]83.9[/td][/tr][tr][td]10[/td][td]86.6[/td][td]82.4[/td][/tr][/table]通过10个批次样品的检测数据对比，我们发现在同一条件下测试，基于水分含量在100ppm左右的极片样品，AKF-CH6和进口同类产品测试结果基本是在同一水准的，那么AKF-CH6这款产品在实际样品测试方面也是可以和进口同类产品比一比的。