【摘要】 详解卡尔费休法水分测定原理、终点判定方法及操作要点。包含铁矿石案例研究，揭示加热温度与水分释放关系，附实验数据图表。掌握标准化检测方案提升实验室精度。

卡尔费休法（又称费休法）是1935年由卡尔·费休提出的化学滴定技术，专用于物质水分测定。该方法以高特异性、高精度著称，经多年迭代已成为国际通用的水分检测标准方法，广泛应用于化工、制药、食品等领域。

 

一、核心测定原理

费休法本质属于碘量法，其基础反应如式(1)所示：碘在水的参与下氧化二氧化硫。该反应具备可逆性，因此试剂中需添加无水吡啶推动反应正向进行。生成的HI和SO₂与吡啶结合形成氢碘酸吡啶及硫酸酐吡啶（式(2)）。为稳定体系，加入无水甲醇将其转化为甲基硫酸氢吡啶（式(3)）。在此过程中，吡啶与甲醇兼具反应物与溶剂双重角色。

商业化卡氏试剂通常含游离碘、SO₂、无水吡啶和甲醇。针对特殊样品（如忌吡啶物质），市场提供无吡啶配方、乙醇替代甲醇配方或添加氯仿等萃取剂的定制试剂。

 

二、滴定终点判定方法

1.目视法：溶液由浅黄色变为红棕色

2.​电化学法​（主流方法）：

  • 终点前：I₂全部参与反应
  • 终点后：过量碘引发电极反应  ，产生可检测电流

 

三、操作关键要点

  • ​样品处理：通过添加萃取溶剂促进水分释放
  • ​加样量：控制滴定液消耗在10%-90%区间确保精度
  • ​pH控制：最佳范围5-7，强酸/碱性样品需添加缓冲盐
  • ​干扰规避：若样品与碘发生副反应，可采用干燥炉间接加热法分离水分

 

四、创新应用案例

以往研究通过X射线衍射、红外光谱分析原赤铁矿与水赤铁矿中的羟基结构。近年研究者创新采用卡尔费休滴定法，定量检测针铁矿、赤铁矿及天然铁矿石在不同温度下的水分释放量：

图1. 样品加热至 105 °C ( a )、400 °C ( b )、600 °C ( c ) 和 900 °C ( d )后，用卡尔费休法测定水含量 (wt%)[1]

 

关键发现：

1.105°C加热无法完全脱除结合水

2.400°C、600°C、900°C水分释放量无显著差异（p>0.05）

3.证实样本中不存在原赤铁矿或水赤铁矿，为火星土壤水储存机制研究提供新依据

 

参考文献：[1] da Cunha, C.C.R.F., da Costa, G.M. Water determination in iron oxyhydroxides and iron ores by Karl Fischer titration. Phys Chem Minerals 43, 739–748 (2016).

 

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