石油水分試験器の測定原理

Thread Content

石油水分試験器の測定原理：カールフィッシャー法による水分測定は、電気化学的な方法です。その原理は、装置の電解槽内にあるカールフェイシャー試薬が平衡状態に達したときに水分を含む試料を投入し、水がヨウ素や二酸化硫黄の酸化還元反応に関与することで、ピリジンとメタノールの存在下で水素、ヨウ素、ピリジン酸、およびピリジンメチル硫酸塩が生成される。消費されたヨウ素は陽極で電気分解によって再び生成され、これにより酸化還元反応が水分がすべて消費されるまで続く。ファラデーの電気分解の法則によれば、電気分解によって生成されるヨウ素の量は、電気分解に使用される電力量に比例する。反応式は以下の通りである：
　　H2O + I2 + SO2 + 3C5H5N → 2C5H5N•HI + C5H5N•SO3
　　C5H5N•SO3 + CH3OH → C5H5N•HSO4CH3
　　電気分解の過程における電極反応は以下の通りである：
　　陽極：2I– → 2e– → I2
　　陰極：I2 + 2e– → 2I–
　　2H+ + 2e– → H2↑
　　上記の反応からわかるように、1モルのヨウ素が1モルの二酸化硫黄を酸化するには、1モルの水が必要である。したがって、1モルのヨウ素と1モルの水が等価に反応することになり、つまりヨウ素を電気分解するのに必要な電気量は水を電気分解するのに必要な電気量に相当する。1モルのヨウ素を電気分解するには2×96493クーロンの電気量が必要であり、1ミリモルの水を電気分解するには96493ミリクーロンの電気量が必要である。 　　カールフィッシャー容量法による水分含有量の測定では、主に電気化学反応に基づいています。反応槽内の溶液にI2とI-が共存している場合、この反応は電極の正負両極で同時に進行します。つまり、一方の電極ではI2が還元され、もう一方の電極ではI-が酸化されるため、2つの電極の間に電流が流れます。溶液にI2が存在せずI-のみがある場合、2つの電極間には電流は流れない。 　カールフェイシャー試薬には、ピリジンやヨウ素などの有効成分が含まれており、これを計量して反応槽に滴下すると、検体溶液中の水と以下のような化学反応を起こす：
　　I2+SO2+3Base+ROH+H2O → 2Base•HI + HSO4R
　　Base：アミン、ピリジンなど
　　ROH（溶媒）：2-メトキシエタノール、メタノールなど
　　H2O+SO2+I2+CH3OH+3RN → 2RN•HI+RN•HSO4CH3
　　この反応は継続的に進行し、水が次第に消費されてI-が生成され、反応が滴定終点に達すると水は完全に消費される。このとき、溶液中にはわずかな量の反応していないカールフィッシャー試薬が存在している必要があり、そうすることでI2とI-が同時に存在する状態が生じる。二つの白金電極間の溶液が導電性を持ち始め、電流によって終点が示され、滴定が停止する。これにより、消費されたカールフェイシャー試薬の体積（容量）を測定することで、溶液中の水分含有量を校正する。