概述
根據不同形式試樣中的不同水分含量提出了測定水分的不同要求。水分測定可以是工業生產的控制分析，也可是工農業產品的質量簽定；可以從成噸計的產品中測定水分也可在實驗室中僅用數微升試液進行水分分析；可以是含水量達百分之幾至幾十的常量水分分析，也可是含水量僅為百萬分之一以下的痕量水分分析等等。
這些儀器測定方法操作簡便、靈敏度高、再現性好,並能連續測定，自動顯示數據。國外的水分測定價格昂貴，是國內的一些實驗室、企業無法承受的。來加強了對水分測定的研究和實踐，取得了十分明顯的效益，使國產水分測定的各項技術向國際水準靠攏，能夠滿足一般實驗室和企業生產的需要。經典水分分析方法已逐漸被各種水分分析方法所代替。
水分測定方法
包括：卡爾·費休水分測定、庫侖水分測定、露點水分測定等
一.卡爾費休水分測定：
卡爾費休法簡稱費休法，是1935年卡爾·費休(Karl·Fischer)提出的測定水分的容量分拆方法。費休法是測定物質水分的各類化學方法中，對水最為專一、最為準確的方法。經過不斷改進，提高了準確度，擴大了測量範圍，已被列為許多物質中水分測定的標準方法。
二.庫侖水分測定：
庫侖水分測定儀常用來測定氣體中所含水分。此法操作簡便，應答迅速，特別適用於測定氣體中的痕量水分。如果用一般的化學方法測定，則是非常因難的事情。但電解法不宜用於鹼性物質或共軛雙烯烴的測定。
三.露點水分測定：
露點水分測定儀操作簡便，儀器不複雜，所測結果一般令人滿意，常用於永久性氣體中微量水分的測定。但此法干擾較多，一些易冷換氣體特別在濃度較高時會比水蒸氣先結露產生干擾。
四.微波水分儀測定：
微波水分測定利用微波場乾燥樣品，加速了乾燥過程，具有測量時間短，操作方便，準確度高、適用範圍廣等特點，適用於糧食、造紙、木材、紡織品和化工產品等的顆粒狀、粉末狀及粘稠性固體試樣中的水分測定，還可套用於石油、煤油及其他液體試樣中的水分測定。
五.紅外水分測定：
紅外線加熱機理：當遠紅外線輻射到一個物體上時，可發生吸收、反射和透過。但是，不是所有的分子都能吸收遠紅外線的，只有對那些顯示出電的極性分子才能起作用。水，有機物質和高分子物質具有強烈的吸收遠紅外線的性能。當這些物質吸收遠紅外線輻射能量並使其分子，原子固有的振動和轉動的頻率與遠紅外線輻射的頻率相一致時，極容易發生分子、原子的共振或轉動，導致運動大大加劇，所轉換成的熱能使內部升高溫度，從而使得物質迅速得到軟化或乾燥。
卡爾·費休水分測定
產品型號:ZDJ-3S 原產地:成都雅源科技有限公司
【儀器簡介】：全自動卡氏微量水分測定是與清華大學共同 以脈寬調製方式控制轉速；以比例積分微分並配合動態補償方式自動控制溫度；實時顯示溫度及轉速級別；可外接加熱裝置及半導體製冷裝置，滿足對溫度有特殊要求的實驗。
★密封性良好的滴定池,使滴定過程與外界完全分開,自動給排液系統能自動更換溶劑或排除廢液,避免了化學試劑與人體的接觸。
★大而清晰的中文顯示屏，能顯示滴定曲線、測試方法、數據結果及統計結果，可獲得更多的參數和分析結果信息，利於提高工作效率。
★中文監控軟體運行於windows平台上，通過RS-232接口傳輸數據，實現遠程操作。
★高精度標準的活塞式滴定管及防擴散滴定頭，確保高精密的電位滴定。滴定管的推嵌式設計，使它在任何時候都能輕鬆、快速地更換。
★成熟的技術服務，可提供多種供儀器使用的方法及技術手冊，能滿足不同用戶的需求。
【儀器特點】
★中文顯示滴定過程，可進行中英文輸入、輸出。
★全封閉設計的滴定台，能自動更換溶劑，避免化學試劑與人體的接觸。
★根據實驗的環境條件，可以設定“自動”或“手動”飄移值背景扣除，確保分析結果更為準確。
★滴定結果可按GLP/GMP要求格式輸出，並對存儲的滴定結果進行統計分析。
★隨機配有滴定監控軟體，可監控全部滴定過程，並通過該軟體進行版本升級。
選配相應配件可進行永停滴定。
【技術規格】
1.極化電壓輸出：0~2550mv
2.極化步長：10mv
3.極化輸出誤差：<±3%
4.極化電壓最大輸出電流：5mA
5.最程：0~200μA
6.解析度：0.01μA
7.有效精度優於：±0.1μA
8.最小饋液：0.625μl
9.水分測量範圍：10ppm~100%
10.結果單位：mg;%;ppm
11.測定時間（視滴定度而定）：30秒~數分鐘
12.方法存儲容量：100個滴定結果外圍接口。
13.外圍接口：印表機接口：RS232C接口
土壤水分測定技術研究進展
土壤水分測定方法包括烘乾法、中子法、TDR、FDR、電阻法、電容法、遙感方法、地探雷達等。
烘乾法
烘乾法包括經典烘乾法和快速烘乾法。
經典烘乾法是國際上仍在沿用的測定土壤水分標準方法。此方法操作過程為在田間地塊選擇代表性取樣點, 按照觀測規範要求深度分層取得土樣, 將土樣放入鋁盒並立即蓋好, 以減少水分蒸發對測量結果的影響。對裝有土樣的鋁盒進行稱後打開蓋子, 置於烘箱內, 將溫度設為105-110℃對土樣烘乾約6-8h, 直至土樣重量不再變化, 對乾土及鋁盒進行稱重 。
此方法簡便、可靠, 測定精度較高, 所需的工具均為常規農氣觀測設備, 容易得到。不足之處是觀測人員較為辛苦, 野外取樣的工作量大, 烘乾至恆重需時較長, 不能及時得出結果;定期測定土壤含水量時, 不能在原處再取樣, 而不同位置上由於土壤的空間變異性, 給測定結果帶來誤差, 而且對土壤有一定的破壞性。
快速烘乾法包括紅外線烘乾法、微波爐烘乾法、酒精燃燒法等。這些方法雖可縮短烘乾和測定的時間, 但需要特殊設備或消耗大量藥品, 也不能避免由於每次取出土樣和更換位置等所帶來的誤差。
中子法
中子法是把一個快速中子源和慢中子探測器置於套管中, 埋入土內。其中的中子源以很高速度放出中子, 當這些快中子與水中的氫原子碰撞時, 就會改變運動方向, 並失去一部分能量變成慢中子。土壤水越多, 氫越多, 產生的慢中子也就越多。慢中子被探測器和一個定器量出, 經過校正可求出土壤水的含量。中子法較精確並且克服了烘乾法的一些缺點, 可以實現對土壤水分的定點連續觀測, 設備只能測出較深土層中的水, 而不能用於土表的薄層土。另外在有機質多的土壤中, 因有機質中的氫存在干擾作用而影響水分測定的結果。
時域反射儀TDR
TDR法是20世紀80年代初發展起來的一種測定方法, TDR土壤水分測量系統具有方便、快速、精確、不擾動土壤等優點。Topp[1]最早發展TDR法, 並認為當溫度在10~36℃, 實際含水量在0~0.35cm3/cm3變化時, 此法不受土壤質地、容重、溫度等物理因素的影響。
利用TDR測定土壤含水量, 在觀測土壤水分過程中可以不破壞土壤原狀結構, 操作簡便, 能長期連續工作, 具有非常明顯的優點。利用TDR連續測量土壤含水量的同時, 還可得到土壤的體積電導率[2,3];由土壤中溶液的電導率則可進而精確推算土壤溶液的鹽分濃度[4]。TDR的優越性是土壤水分和土壤的溶質可以同時在同一個體積元中測定。
TDR的測量值精度受質地、容重以至溫度等物理因素的影響。
頻域反射儀FDR
FDR型土壤水分監測儀是一種利用LC電路的振盪, 根據電磁波在不同介質中振盪頻率的變化來測定介質的介電常數ε, 進而通過一定的對應關係反演出土壤水分θv的儀器。該儀器安裝時要垂直植入土層中, 其核心為內部的一單桿多節式感測器, 可以根據需要增加、減少感測器的數量, 也可以調整感測器的位置來測量不同深度的土壤含水量, 外部有對電磁波透明的PVC材質所製造的保護套管, 可防止水或其他流體干擾內部的電子元器件影響監測結果。
其變化要受到電感 (L) 與電容 (C) 變化的影響, 由於此儀器採用固定的電感值, 因此, 振盪頻率的變化取決於電容的改變, 而電容的改變受到兩銅環之間套管外的土壤部分影響, 所以通過對頻率的分析就可反演出土壤的含水量。
由於水的介電常數遠遠大於土壤基質中其它材料的介電常數和空氣的介電常數, 因此土壤的介電常數主要依賴於土壤的含水量, 這也是能夠用FDR法測量土壤含水率的先決條件。
FDR型土壤水分監測儀是通過測量土壤的介電特性來反演土壤水分含量的, 因此它的測量精度與土壤的容重、顆粒狀態、鹽度等有密切的聯繫。由於自動監測儀的位置是固定不變的, 而人工取土的地點是不斷變化的, 容易造成自動監測儀與烘乾法對比時產生誤差。此外FDR儀器的安裝過程, 不同的土質類型的參數設定等因素增加了誤差的可能。
電阻法和電容法
電阻法所用的感測器元器件價格低廉, 不易腐壞, 可以定點埋設, 與數據自動採集系統連線可以實現遙測, 在埋設探頭時會破壞土壤結構, 測值存在滯後現象, 測定結果易受溫度和土壤溶鹽的影響, 對各種不同質地的土壤測定時要分別進行標定。電容法與電阻法有相似的優缺點, 耐腐蝕, 造價低, 適宜定點不取樣遙測。與電阻法相比, 電容法受土壤鹽分的影響較小。電容法對土壤接觸狀況敏感, 易受土壤物理結構的影響。
探地雷達法
探地雷達方法是一種用於確定地下介質分布的廣譜電磁波技術。若能將先進的GPR技術的套用於地下潛水資源勘探, 將具有重大現實意義。
探地雷達工作原理
探地雷達勘探是一種以地下不同介質的介電常數差異為基礎的物探方法。它通過發射天線向地下發射高頻電磁脈衝, 在向地下傳播過程中, 遇到介質的介電常數變化的界面時會產生反射, 接收天線接收返回地面的反射波, 將其傳入儀器內進行顯示和記錄。
電磁波在介質中傳播時的路徑、電磁場強度和波形與所穿過介質的介電性質密切相關。對大多數地質環境, 水是引起介電常數差異的主要因素。在介質均一的情況下, 含水量的微小變化將會引起介質的介電常數較大改變, 介質中含水率增加, 介電常數值也會增大, 而電磁波在介質中的傳播速度則會降低。介電常數的差異則有利於雷達剖面圖同相軸的形成與判別。在地下潛水面與毛細水帶附近必將形成反映地下潛水面信息的同相軸, 這正是GPR探測潛水埋深的理論基礎。
誤差分析
GPR探測精度除受探測方式與數據處理方法影響外, 還受天線頻率、毛細水帶、地表起伏等因素影響。解析度是探地雷達的重要技術參數, 在探測潛水埋深的工作中垂直解析度應重點考慮。垂向解析度主要取決於脈衝訊號的寬度, 雷達天線的脈寬大致為1個波長, 因此雷達天線選定之後, 視探測訊號的信噪比情況, 解析度約為該天線主頻的1/4或1/2波長。在相同地介質條件下, 天線頻率越低, 探測深度越深, 反之亦然。因此潛水位埋深越大, 所需天線頻率就越低。天線頻率的降低勢必降低GPR的垂直解析度, 從而降低探測的精度。
GPR優缺點
探地雷達具有探測效率高、數據採集到資料處理成像一體化、抗干擾能力強、探測解析度高、對土壤具有非破壞性等優勢。但探地雷達用於土壤水分的測定技術尚不成熟, 對黏土和鹽鹼土水分測定誤差較大。
藥品水分測定
水分是藥品常用的檢測項目, 常套用於原料藥或其製劑的檢查, 在藥品檢測領域有著廣泛的套用, 已為各國藥典廣泛收載。檢測實驗室進行水分測定的水平可以客觀地、較有代表性地反映出該實驗室的藥品檢測能力。藥品中水分測定的影響因素較多, 如費休氏試液的標定液滴定度的影響、溶劑用量及溶解時間的影響、稱樣量的影響、滴定儀器的影響等, 需要較高的技術能力。
能力驗證是實驗室質量保證體系中的一個重要組成部分。參加能力驗證活動是評價實驗室檢測水平, 鍛鍊人員技術能力, 促進實驗室認可和國際交流的重要手段。我國在檢測和校準實驗室的國家認可制度中對實驗室參加能力驗證並取得滿意結果提出了明確的要求。
本次研究通過組織藥品中水分測定的能力驗證計畫可以使參加實驗室了解國內藥品及其他相關檢測領域的整體水平, 為這些領域的管理和CNAS的認可提供信息;同時也可以使參加實驗室識別實驗室間存在的差異, 促進實驗室共同提高水平;CNAS也可以通過比對, 發現、分析並解決問題, 監控認可實驗室檢測能力的維持情況。檢測方法參照中國藥典2010年版二部附錄ⅧM, “水分測定法”第一法 (費休氏法) , A (容量滴定法) 測定水分。
鑒於藥品水分的質量控制要求, 本研究對國內166家藥品、獸藥等檢測機構的藥品水分測定能力進行測試, 研究水分測定能力驗證的樣品製備、均勻性與穩定性、結果統計、能力評價等情況, 並對測試結果進行討論 。
