Prinzip des coulometrischen Feuchtigkeitsanalysators nach Karl Fischer
1. Im Jahr 1935 schlug Karl Fischer erstmals die Methode zur Messung der Feuchtigkeit durch volumetrische Analyse vor, die visuelle Methode in GB6283 „Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts in chemischen Produkten“. Mit der visuellen Methode kann nur der Wassergehalt farbloser flüssiger Substanzen bestimmt werden. Später entwickelte sich daraus die Elektrizitätsmethode. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie wurden das Coulomb-Meter und die volumetrische Methode kombiniert, um die Coulomb-Methode auf den Markt zu bringen. Diese Methode ist die Testmethode in GB7600 „Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts in Transformatoröl im Betrieb (coulometrische Methode)“. Die visuelle Klassifizierungsmethode und die Elektrizitätsmethode werden zusammen als Kapazitätsmethode bezeichnet. Die Karl-Fischer-Methode ist in zwei Methoden unterteilt: die Karl-Fischer-Volumenmethode und die Karl-Fischer-Coulomb-Methode. Beide Methoden werden von vielen Ländern als Standardanalysemethoden zur Kalibrierung anderer Analysemethoden und Messgeräte bezeichnet.
2. Die Karl-Fischer-Coulomb-Methode ist eine elektrochemische Methode zur Feuchtigkeitsbestimmung. Das Prinzip besteht darin, dass, wenn das Karl-Fischer-Reagenz in der Elektrolysezelle des Instruments das Gleichgewicht erreicht, die wasserhaltige Probe injiziert wird, die Redoxreaktion von Wasserginseng, Jod und Schwefeldioxid in Gegenwart von Pyridin und Methanol Pyridiniumhydriodat erzeugt und Pyridiniummethylsulfat, und das verbrauchte Jod wird an der Anode elektrolysiert, so dass die Redoxreaktion so lange andauert, bis das Wasser vollständig erschöpft ist. Nach dem Faradayschen Elektrolysegesetz ist das durch Elektrolyse erzeugte Jod proportional zum bei der Elektrolyse verbrauchten Strom. Die Reaktion ist wie folgt:
H2O plus I2 plus SO2 plus 3C5H5N→2C5H5N?HI plus C5H5N?SO3
C5H5N?SO3 plus CH3OH→C5H5N?HSO4CH3
Bei der Elektrolyse läuft die Elektrodenreaktion wie folgt ab:
Anode: 2I--2e→I2
Kathode: I2 plus 2e→2I-
2H plus plus 2e→H2 ↑
Aus der obigen Reaktion ist ersichtlich, dass 1 Mol Jod 1 Mol Schwefeldioxid oxidiert und 1 Mol Wasser benötigt. Daher handelt es sich um die äquivalente Reaktion von 1 Mol Jod und 1 Mol Wasser, d. h. die Elektrizität zur Elektrolyse von Jod entspricht der Elektrizität zur Elektrolyse von Wasser. Die Elektrolyse von 1 Mol Jod erfordert 2×96493 Coulomb Elektrizität, und die Elektrolyse von 1 Millimol Wasser erfordert 96493 Milliocoulomb Elektrizität.
