压差法水分测定基础学习知识原理

压差法水分测定原理主讲人：姚汉梁教育培训部整理上海思尔达科学仪器常用塑料粒子微量水分的测定方法，有压差法、电解法、卡尔费休法等等。其中压差法水分测定，以其快速、准确、操作便利、使用本钱低〔接近于零，而像卡尔费休等方法，试剂消耗浩大〕等优点已被广泛应用在化纤、塑料工业的中间工艺过程中。压差法水分测定装置适用于测定极微量的水分。水在低压状态下的沸点很低，因此，在接近真空的压力状态下，水总会以气态的形式存在，而随着压力的增加，又会重分散成水。本讲座主要讲的是压差法水分测定的原理，这是一种比较法。先用不同质量的具有含水率的标准试样做试验，得出不同的水分所对应的不同的压力的标示，然后用待测样品去做试验，试验结果同样用压力标示，那么，在所对应的压力处，依据原先用标准试样做得的结果，就可知道该待测样品的含水量。压差法水分测定原理引言•一个有关水分的试验一块木块，我们想知道它的含水量，最简洁的方法是什么呢?首先称重，这时的重量包括木块的重量和里面所包含的水分的重量;然后烘干;再称重，这时的重量就只剩下木块的重量了。这块木块的含水量(即水分含量)，即原先这块木块所含有的水分，就是二次称重之差。那末，我们寻常所言的含水率是什么呢？留意这里的“率”其意为“比率”也可简洁理解为“百分比”这里的含义是，占有百分之几。比方，上面的例子中水分含量/原木块重量=原木块的含水率200g190g10g，其含水率为5%。要搞清这二个概念，10g5%的含水率是相对值。.液位的平衡1U形管内加水，在管口都放开的状况下，二侧的压力是相等的，液位也是相等的。假设使二端管口压力不等，U形管二侧的液位也不会相等。也就是:(1U形管二端放开(压力相等)二液位处于同一水平面。(2)U形管一端增加压力，二侧液位发生变化，增压端液位下降，另一端液位上升。U形管二端的压力差有关。压差法水分测定的原理.测定装置的构造接真它接真它泵3试管测定装置是由压差管〔2〕、试管〔3〕二套玻璃装置组合而成。在压差管中，包含了玻璃泡A、BU形管，以及中阀和边阀，它们一起构成了一个气密系统〔4〕。.工作原理4〔1〕当中阀开启时，U形管二侧液面处于同一水平面，二边压力差相等〔4〕。〔2〕当中阀关闭时，U形管二侧液面的凹凸取决于中阀二侧的压力变化。.试验过程〔1〕开启中阀，关闭边阀，在边阀左侧，用真空胶管接上真空规〔它是能够指示真空程度的装置〕〔见图5a〕，同时通过缓冲瓶〔其原理见后述〕接上真空泵〔6〕，5a的位置。7所示。启动真空泵，再缓缓开启边阀，系统抽真空。U形管中参加硅油后第一次抽真空，可能费时需长达小时，由于硅油中混有空气，抽真空时，将首先把油中的空气抽出。可以明显地观看到油中气泡的形成。59005b的位置，看真空规中水银在毛细管中的上升位置，应V100Paw20Pa90o5a的位置后，连续抽真空过几分钟再看。5a5b的位置是观看被抽真空所到达真空程度的状态。10分钟后，还达不到预期的真空效果，应考虑到系统气密故障的可能性，如到达了预期真空效果，则抽真空过程完毕。除了在观看真空度的状况下，真空规都应恢复(保持)5a的状态。关闭边阀(此时也可以关闭真空泵了，但是必需先关闭边阀)。此时中阀仍旧是开启的，管道内各处压力相等。U形管中的油,来传递左右二侧的压力了。假设左右二侧压力保持原态不变，油面也保持原态不变，在同一水平面上。如某处有泄漏、即使是稍微的泄漏，也将使二侧压力不平衡(泄漏侧压力增加)，油位发生变化，泄漏侧油位下降。固然，假设二侧的泄漏量是一样的，液面也不会发生变化，不过，这种可能性几乎没有。5a5b6真空泵!1z|«+-注：!1z|«+-U形管装置与真空泵，以及大气的连接状态;空阀——当空阀开通时，可使真空泵、真空规与大气相连，也可使测试装置与大气相连(此时边阀开启)。.水分测定过程上述是在试管内是空的状况，接下来表达的，是在试管内参加含有水分的物质后的状况。在试管内参加待测样品，与压差管连接。V100Pa(公司内部标准,w20Pa),越小越好。关闭边阀(后，也可关闭真空泵)。关闭中阀。U形管二侧压力骤变，其中的油将冲向上边的水平管而难以清洗。加热试管内的样品。加热样品到什么温度是有肯定要求的,加热的温度越高，水分跑出来固然越快，但也会10分钟左右。在样品加热过程中，水分渐渐逸出，U形管右侧油位渐渐下降，到肯定程度〔10分钟左右〕趋于稳定。〔7〕U形管右侧油位的下降程度〔Ah表示，4〕与样品中逸出的水重量有关。我们可以依据油位的变化，推断出样品中的水分含量。为了知道油位的下降和样品中的水分含量的关系，我们要对这套装置进展标定。水分测定装置的标定标定目的如前所述，试验时，不同的水分含量在右侧油面上会产生不同的压力，也就是说，油位会有不同的下降程度Ah。那么，我们就可以建立一个直角坐标〔8〕，mW表示样品中的水分含量，横坐标为油位的高Ah〔即下降的距离〕，那么，我们将用不同的水分含量的样品做的试验,结果以坐标点的形式标注在坐标系中。可以看到，各点可近似地连接为一条直线。在数学中，纵坐标为yX,假设在坐标系中也有这么根斜线，它的方程式为:y=k•其中，K即为该直线的斜率。在此，我们同样可以把水重量与油位的变化以下式表示:mWk -A其中，K同样为直线的斜率。Ah假设，我们在水分含量的状况下，做了屡次试验，并得到了这一条直线，那么，在以后的正式样品的测UAhmW=k-A。一般地，mW的g表示，Ahmm表示。斜率大小由试验装置〔主要是压差管〕的内容积打算，压差管的玻璃球小，斜率平坦，由于内部空间小，少的水分含量就能产生比较大的压力，如球泡较大，要产生同样大的压力，就需要有比较多的水分含量了。标定方法首先要找到一种物质，它应当含有固定的含水率，而且在适宜的高温下，内在的水分子能脱离物质逸出而不致破坏其物质本身。一般状况下，以下几种物质可供我们使用:a.钼酸纳Na2MOO42H2O，241.92，在它的分子式中，含有二个结晶水〔H2O〕，其分子36W表示每克该物质中的水分的含量〔即含水率〕，那么:「一— 2局。旳分子呈 365mg0.74405mg,也就是说，在适宜的高温形态下〔200C左右〕，它们0.74405mg的水逸出，以蒸汽的状态充塞在处于真空状态的水分测定装置的管道和右边的玻璃球中，继而对右侧油位面产生压力。.钨酸纳Na2WO4.2H20,329.7536，那么:麵=鹭 100%=10.9U%.硫酸铜要留意，并不是全部含有结晶水的物质，在适宜的温度下，其结晶水都能从物质中逸出。这里所介绍的硫酸铜就是这样的。CuSO45H20，249.6,54个，因此，其含水率：的分子量 72—二呼= 7

二£曰

+100%

100%=23.846%刃^3。的分子量 249.6我们目前使用的是第一种目酸纳。选定了试验用的标准样品，我们就可以按以下步骤，进展整个装置的标定工作:a.4、8、12、16、20mg左0.1mg，记录下来。由于称量很小，因此，称量时宜直接放入试管底部中称取，不要粘到管壁上，严格防止粘落到管口。称量以后，如不马上试验，应置于枯燥皿中。b.200°C左右，稳定。C.翻开空阀，将装有钼酸纳的试管的锥孔〔管口〕套上压差管右侧直管下的锥口，稍向上用力〔另只手帮助，防止压差管断裂〕,朝一个方向旋转数十圈，以保证密封。在试管与加热炉筒之间垫入一块隔热垫块。V100Pa〔W20Pa〕。关闭边阀〔也可再关闭真空泵〕，关闭中阀。移去隔热垫块，将加热炉筒换上，试管插入炉筒中间的试管套中。试管底部应与试管套底接触。小心操作，留意不要损坏。油位开头变化，且越来越大，约格外钟，趋于稳定。待变化格外缓慢，不易觉察时，记录油位的变Ah。开启中阀，油位恢复平衡，渐渐地开启边阀，再渐渐开启空阀，系统与大气连通。取〔旋转〕下试管，换上另一支装有标准样品并已称重、记录的试管，重复上述步骤，至已预备的试管全部试验完毕。由此，得到了5组水分含量〔mw〕与油位变化量〔Ah〕mw-Ah坐标图上，得到五个点，连接起来就是一条近似的直线〔89〕。m•w是样品的含水量，其中:W0.14881。m0.1mg4.0mg。mWm4.0mg的钼酸纳，内含水分为:4mgX14.881%=0.595mgmWK值。如不能近似地连为始终线，就要检查试验中的问题。如样品称重的不正确，气密性不符合等等。假设我们连续增加标准样品的试验用量，我们会觉察，当到达肯定值时，少不再随样品量的增加而成比例地9实线局部。这说明，由于水重量的增加，对该系统而言已达到了蒸汽的饱和状态，假设连续增加，还可观看到玻璃泡壁上消灭雾状水汽分散，这也就是过饱和蒸汽现象。在此已无使用价值，我们A点以左区域。留意，K25C左右的环境温度下，以削减测试误差。装配工艺要求.机械装配看清图纸和技术要求，严格按图施工，是每一个操作工人的根本素养；凭阅历自以为是，不看图纸，是工作中的大忌。装配工作，除了必需保证内在技术指标，还必需保证产品的外观。客户对产品的直观印象将直接关系到客户对该产品的购置欲。因此，从装配工人到技术人员、治理人员，必需是一丝不苟、认真把关，确保产品质量。(1)玻璃仪器玻璃仪器装配时要做到轻拿轻放，留意防止裂开。安装固定局部时要垫软垫，要顺其自然，不能过分用力。玻璃装置安装时要自然妥贴。如不能妥贴放置安装，说明玻璃装置本身质量问题，如是硬性装配，就可能造成玻璃件的直接裂开，或由于玻璃应力的客观存在，而在运输中、使用中、甚至是在静止一段时期后自然裂开。(2)玻璃装置与胶管的连接连接时应先在联接处涂抹硅脂，让玻璃装置联接处得以充分润滑，手扶玻璃件的就近处，然后,再留神地将胶管缓慢地来盘旋进。上述要求绝不行掉以轻心，否则，稍不留意，就会造成玻璃件的损坏。阀塞和阀体的安装阀塞和阀体是加工单位按图纸要求配磨加工的，密封性要求很高。我们安装时要对号入座，不能搞错，否则，直接影响到气密性，在抽真空时可能达不到要求。我们装配工在装配调试后要把阀塞与阀体用橡皮筋对号定位固定，这样就不会消灭因阀塞和阀体搞错而发生的不应当发生的产品质量问题。加硅油时要留意，不要沾污其它地方。如沾污了必需清理干净，这是个相当麻烦的事，应充分注意。污染的产品是确定不能出厂的。.气密试验装置装配完毕，即可进展气密试验:连接真空泵和真空规。将试管与测试装置连接。挨次开启中阀和边阀，关闭空阀。V100Pa10W20Pa)。关闭边阀(后，也可再关闭真空泵)。1Uv1mm。挨次开启中阀，开启边阀，开启空阀。气密试验达不到要求，其它再好，也等于零。 .其它装置的装配工艺及试验要求(1)升降装置升降装置必需做到敏捷、平稳、晃动小，晃动过大，将损坏压差玻璃装置。(2)加热筒10)。10试管和试管套的协作间隙有限，如把试管直接插入加热炉炉膛，要么，存在有很大间隙，隔了一层空气，热传递慢且不均匀，要么由于实际上二部件不行能对准,加热筒上升时的晃动和二部件的中心偏差，将使玻璃部件裂开。所以我们的设计是将试管插入试管套中，再将试管套浸在油里，在试管套和炉膛间有充分的间隙，而间隙中布满了硅油，既保证了试管和炉膛的自由协作，又保证热能250C最好。在装配技术要求上给出了加油的量，应严格把握。此外，还要留意硅油的高温老化问题，硅油长时间处于高温状态下，会越来越稠，粘度增加，影响导热，且容积削减，对传导热能影响很大。因此，必需常常检查，准时更换，确保装置的质量。.隔热垫块在标定试验及正式试验时，加热炉膛已到达设定温度并恒温。在还未进展试验时，试管离炉膛的距离还是很近的，高温将烘烤试管，因此，在这二者之间垫入隔热垫块〔隔热垫块是一块固形的棕色石棉橡胶板〕，也就是为了使温度在不需要的时候不要传到试管上去。5.缓冲瓶缓冲瓶〔11〕。为了避开在抽真空时，真空泵突然断电〔或抽真空停机〕，使真空泵油倒灌进玻璃装置，在真空泵与玻璃测试装置之间串入缓冲瓶〔7〕，这样，即使在意外状况下，真空泵油要倒灌入玻璃装置〔此时，装置中可能处于真空状态，而真空泵的另一侧却是大气压力〕，也是灌入缓冲瓶而不致影响玻璃测试装置。11缓冲瓶四.SF—1装置的技术指标.含水率测定范围SF—1装置可以测得的最高含水量约为1.5mg,这样: 当试样质量为3g时含水率测定范围为5〜500PPm;当试样质量为0.5g时，含水率测定范围为30〜3000PPm。限定测定范围的原则是，下限值以肉眼能区分为限，上限值以系统不产生过饱和蒸汽〔即不进入过饱和区-非线性区〕为度。.试验温度范围室温:显示误差:温度波动:

±3C〔在80C、200C、220C点上〕五.压差法水分测定的适用范围53000PPm微量水分的测定，不适用于含量较多的水分测定，因此,它特别适用于:1.化纤生产工艺过程中的熔融纺丝前的原料含水率测试;6等的含水率测定;.其它适用此法的水分测定。它还不适用于以下材料的测试:1.在水分逸出时，材料中有其它物质也同时逸出的，且其逸出量会明显影响到水分含量的测试精度的;2.在试验温度下，材料构造发生变化，不能保证水分含量准确测定的。六.一般材料的参考试验温度PET——220C666附:真空规的水银加注方法。真空规在未使用以前，里面的水银泡是空的，需要用户在第一次使用前，将水银灌入，请依据下法操作:1.