中国药典四部收载的水分测定方法有
5
种，分别为：卡尔费休法、烘干法、减压干
燥法、甲苯法、气相色谱法；中国药典一部（中药）水分测定方法主要是烘干法（约占
99.2%
）、甲苯法（约占
0.8%
）；
药典二部（化学药）水分测定方法基本都是卡尔费休
法。从检测成本与耗时经济性考虑，其中卡尔费休法是
5
种方法中经济和效率性价最高；
同样在有明确的检测分析条件与参数，而卡尔费休法（容量法、库伦法）需要研究的项
目都较后
4
种方法要多。
本篇文章主要讲解卡尔费休法，主要涉及原理概述、方法开发与研究、检测流程优化研究与操作规程、故障与问题分析解决。
一、原理概述
1、卡尔·费休水分测定法是以甲醇为介质，以卡氏液为滴定液进行样品水分测量的一种方法。此方法操作简单、准确度高，广泛应用于医药、石油、化工、农药、染料、粮食等领域。尤其适用于遇热易被破坏的样品，不仅测出自由水,也可测出结合水。终点判定方法有目测法和电位法两种。
卡尔费休试剂是一种测定某些物质中微量水份用的试剂，其主要成分有：I2 ，SO2 ，C5H5N，CH3OH。
卡尔费休法是非水滴定法，所有容器都需干燥；假如卡尔费休试剂在配制和保存过程中若入水，试剂就会失效（超过
6g/L
含水量）。
2、水分滴定原理：卡尔费休法属碘量法，其基本原理是利用碘氧化二氧化硫时，需要一定量的水参加反应：I2 +SO2 +2H2O→2HI+H2SO4。卡尔费休试剂因含有I2 而显棕色，当I2， SO2 ，H2O反应后，I2 棕色褪去。此法以棕色出现为滴定终点。
上述反应是可逆的。当硫酸浓度达到0.05%以上时，即能发生逆反应。如果我们要想实际让方程按照一个正方向进行，需要往反应体系中加入适当的碱性物质以中和反应过程中生成的酸（氢碘酸、硫酸）。在反应体系中加入吡啶，这样就可使反应正方向（向右）进行。大量实验证明，吡啶是最适宜的试剂，同时吡啶还具有可与碘和二氧化硫结合以降低二者蒸气压的作用。
3C5H5N+H2O+I2+SO2→2HI·吡啶+硫酸酐·吡啶
生成硫酸酐吡啶不稳定，能与水发生反应，消耗一部分水而干扰测定，为了体系稳定正常向正方向反应，体系中可加入无水甲醇，反应如：硫酸酐·吡啶+CH3OH（无水）→甲基硫酸·吡啶
3、解决办法：加入甲醇可避免副反应发生，因此，试剂必须加进甲醇或另一种
含活
泼
OH
基的溶剂，使
硫酸酐
吡啶转变成稳定的甲基硫酸氢吡啶。
总反应式：I2+SO2+H2O+3吡啶+CH3OH→2氢碘酸吡啶+甲基硫酸吡啶。
卡尔费休方法开发主要内容：信息收集、容量与库伦比较、开发主内容。
（
1
）
API
水分检测方法：费休氏
-
容量滴定法、费休氏
-
库伦滴定法
（
2
）首先要确定待测物质的溶解性、理化性质、化学结构、稳定性；
①
溶解性：这里的溶解性首先要考虑
“
脂溶性
”
，因为费休氏
-
容量滴定法、费休氏
-
库伦滴定法、气相色谱法
3
种方法都要样品溶解处理；
②
理化性质：样品是否具有
“
引湿性或吸湿性
”
，样品熔点信息，
pH
值等；
③
化学结构：具体指水分子在样品中存在形式，如：游离水、结晶水；另外还要确
认样品化学结构是否含有其他特殊
“
醛
/
酮
”
结构。
（
3
）其次还需要确定样品中是否含有挥发性成分（主要是中药材）。
（
4
）确认样品实际含水量，确认样品的经济价值，主要用来方法开发作依据。
（
5
）方法开发原则：样品易灰化的采用卡尔费休法、稳定的采用干燥法。
2
、
KF
容量法与
KF
库伦法溶剂组成对比（方法关键）
序号 |
溶剂名称 |
特点 |
说明 |
01 |
单组分（容量滴定法）
|
1）组成：碘、二氧化硫、吡啶（咪唑）、 无水甲醇，滴定剂。 2）关键点：价格低，处理简便，滴定度不 稳定，滴定速度较慢；可加入助溶剂。 |
大部分（不含醛酮）； 含吡啶与不含吡啶组成 常量水分 |
02 |
双组分（容量滴定法） |
1）组成：A液-二氧化硫、吡啶的无水甲醇 溶液，作为溶剂；B液-碘的无水甲醇溶液， 作为滴定剂。 2）关键点：价格高，使用前按1：1在滴定 杯中进行混合，滴定度稳定，滴定速度快。 |
03 |
醛酮专用 |
1）组成：碘、二氧化硫、吡啶（咪唑）、 乙二醇甲醚，滴定剂。 2）关键点：只适合含醛酮结构样品。 |
专用试剂 |
04 |
阳极液 库伦滴定法 |
1）组成：碘、二氧化硫、有机碱（吡啶）。 2）关键点：反应快；不需标定，水分准确。 |
微量水含量≤0.1%水 无水合物 |
（1）含吡啶滴定剂优点：价格低廉及生产工艺简单而仍然广泛应用；含吡啶的卡尔费休试剂比不含吡啶的溶液较稳定，不容易分层，而且有些样品含吡啶的溶解效果会比较好；含吡啶的卡尔费休试剂有利于反应向正方向发生；含吡啶的卡尔-费休试剂终点的突 变较明显，反应终点容易判断。（2）含醛酮结构样品：醛(R-CHO)和酮(R-CO-R)与通常的含甲醇试剂反应生成缩醛和 缩酮，反应中产生的水同时被滴定，从而导致水分含量升高甚至终点消失。
（3）正常卡尔费休反应的最大速率在5.5到8的pH范围之间，在实际操作过程中应 避免pH值小于4和大于8；pH大于8.5时，由于碘和氢氧根或甲基化离子之间的反 应，反应速率会增大，但这将导致终点消失，并消耗更多的碘（滴定剂）。
3、水分测定方法的开发与研究
样品成分/处方分析
方法开发前一定要对样品进行处方/成分分析：主要分析样品中是否有与卡尔费休试剂发生副反应；反应不产生水、反应产生水。
序号 |
反应成分 |
例子 |
01 |
NaOH |
注射用艾司奥美拉唑钠 |
02 |
NaCO3 |
注射用琥珀氯霉素、注射用硫喷妥钠 |
氢碘酸能与下述物质反应（无水）：碱、氯、氧气、高锰酸钾、强氧化剂。
（1）主方法有：费休容量法、费休库伦法、干燥法、甲苯法
（
2
）化学原料药及制剂
/
化学辅料：通常首选费休容量法，水分检测范围
1%-100%
，
工作效率高检测结构准确度高。
（
3
）中药材：通常首选干燥法（
105℃
干燥
5
小时，恒重
5mg
），
耗时工作效率低。
4.
含有挥发成分：首选甲苯法（只适合中药材）。
（
4
）对于含微量水且对水分要求很高、且是无水合物产品，通常首选费休库伦法，水
分检测范围
0.001%-0.1%
。
（
5
）对于含有结合水
/
结晶水样品，优先选用费休法（容量法与库伦法）。
（
6
）根据样品形态性质选用方法：固体样品优选容量法，液体和气体优选库伦法。
（
1
）滴定剂有：单组分（含吡啶）
、双组分、醛酮专用、阳极液
（3）分析样品结构式，如果样品含有醛酮结构，检测水分首选醛酮专用滴定剂。
（4）一般常用水分检测用，对于含水量低（0.1%≤水分≤0.5%）、且检测准确度要求高， 首选单组分（含吡啶） 选用几率超过90%，其他一般可选用不含吡啶；其次选择双组分 （详见对比表）。
①样品中含游离水，样品不需要完全溶解； 样品含有结合水/结构水，样品需要溶解。
②溶剂不能影响样品水分检测，不能与样品有任何反应。
③如果样品不能溶解，可适当添加助溶剂，如甲酰胺、DMF
（2）溶剂有：无水甲醇、无水乙醇、无水甲醇- 甲酰胺/DMF
（4）样品含有醛酮结构，检测水分首选无水乙醇作为溶剂。
（5）对于不容易溶解的样品，可配置不同比例浓度的无水甲醇-甲酰胺首混合溶液，比 例不要超过60：40（%，V/V），通过实验对比总结（主要是反应终点快慢），经典比 例为无水甲醇-甲酰胺=70：35（%，V/V）。
（6）对于样品pH偏高，会引起副反应发生，导致连续反应，而无终点出现或很难达 到终点，此时应该加入少许苯甲酸或水杨酸，进行缓和中和一些高碱性环境（不能用乙酸）。
（4）对于样品检测很难达到终点，可将终点漂移值适当提高100。
（1）对于含水量小于 1.0%大于 0.5% ，样品取样量为 0.2-0.5g；
（2）对于含水量小于 0.5%大于 0. 1% ，样品取样量为 0.5-1.0g；
（3）对于含水量小于 0. 1% ，样品取样量为 1.0-2.0g；
（4）对于样品经济价值高，可根据含水量酌情规定取样量30-50mg，且可根据实际测 定情况选用库伦法进行验证或直接选用库伦法（例子：高价值抗肿瘤药）；
（5）对于无水合物样品，可根据含水量酌情规定取样量1.0g-1.5g,如果产品属于高价 值产品，可选择低取样量库伦法。
（6）由于样品化学性质导致其 pH 值不同，呈酸碱性，样品处理方法：
①对于酸性样品，样品导致溶剂 pH 值太低或过酸，可选择咪唑作为调节剂；
②对于碱性样品，样品导致溶剂pH值太高或过碱，可选择苯甲酸或水杨酸作为调 节剂。
③
在方法开发时就应该进行对样品
+
溶剂的
pH
值进行研究开发，维持系统
pH6.5
。
（
7
）
样品取样量：以消耗卡尔试剂
2~3ml
为标准（
F
值为
3.758mg/ml
）。
（
1
）首先研究在甲醇中的溶解性（费休法溶剂
90%
以上都是首选无水甲醇系统）。
（
2
）其次研究在水中的溶解性，主要研究其
pKa
值（也就是
pH
值
），
为确定其滴定
系统最优
pH
环境（
pH5.5~7.5
）；
在实际开发中是否需要添加缓和剂。
（
3
）研究样品在乙二醇、甲酰胺、
DMF
、
DMSO
、二氯甲烷等助溶剂中的溶解性。
（
4
）助溶剂使用量研究：以刚好溶解为好（能在
1
分钟内溶解为标准）。
（
5
）样品吸湿性研究，为样品水分检测流程优化作依据：将溶剂先进行测量水分，再
用溶剂进行溶解，将溶液进行一次性注射器转移储存测水分（一次性可以有效避开固体
样品称量过程中水分干扰）总水
-
溶剂水。
检测分析方法验证
（1）专属性：选择1固定结合水样品进行水分检测，分别选用（库伦法、容量法）检 查体系专属。
（2）SST：使用纯化水 20mg 进行测定 6 次，计算其 RSD%。
（3）仪器精密度：选择二水合酒石酸钠基准试剂（也可以进行仪器检定）。
（4）精密度：选择开发的样品（含有固定水分），重复检测6次，计算结果RSD%。
（5）准确度：选择开发的样品，分别依次加入不同水分含量（25%、50%、100%）， 平行测定3次，计算测定结果RSD%。
三、检测流程优化研究与操作规程注意事项：
1.配置要求：干燥器、电子天平（十万分之一）、水分测定仪、除湿机、空调
2.电子天平、水分测定仪、干燥器要放在同一房间内，且电子天平最好放在水分测定仪的旁边（优先左旁边），干燥器也随样品性质而定，主要优化环境中水分的干扰。
3.不管样品是否有吸湿性，统一转移转存在干燥器中。
4.样品在称量到倒入测量杯中，全程必须有称量舟与水分保护罩一体。
5.仪器开机预热，准备实验用器具材：称量舟、称量勺、微量注射器（50ul）、一 次性注射器（2.5ml）、溶剂、滴定剂，并检查系统各个管路接头以及干燥剂。
6.系统置换：①滴定剂置换/更换并检查系统管路是否有气泡（气密性）；②滴定杯 泵入新鲜溶剂（或无水甲醇），将滴定杯进行除水分预滴定（将测量杯进样口先盖上盖子，注入2/3体积无水甲醇，接着用手轻轻晃动测量杯，直至挂珠消失，准备吸水纸， 快速将进样口打开盖子，迅速用吸水纸擦干盖子与进样口内壁的液滴，迅速盖上进样口盖子，并将测量杯内的液体排尽，重新注入新鲜的无水甲醇）。
7.水分标定： 穿戴好一次性手套（必须），调出标定模式，进行预平衡，称量 12-15mg纯化水，平衡好快速注入水分（进行减量法），进行标定，标定过程中准备下一份水分， 循环平行3次。
8.样品检测：调出测量模式并进行预平衡，用称量舟称取规定量样品，平衡好快速 倒入样品（进行减量法），进行测量，记录消耗体积（如果无吸湿性，可在快要结束前30秒开始准备下一个样品）。
9.标定时，水分尽量全部转移或注入滴定杯反应液中，切记注入过力，将液体溅到滴定杯壁上，也避免微量进样针接触滴定液，或进样针接触其他液体或粉末。
10.样品检测过程，尽量不要暴露长时间外面，倒入滴定杯中尽量不要粘在壁上，也就是避免损失和测不到。
11.测定样品水分一定要先水分标定，且水分标定和样品水分测定活动要连贯完成。
12.对于易吸水样品，2次平行测定，样品均应在干燥器内拿出进行检测，对于不易 吸水的样品可在称量后用保护罩将样品进样器和样品一起套住密封（杜绝外部环境水分入样）。
13.液体样品一定要用滤纸擦干外面的液体，不可存在漏撒样。
14.整个操作过程切勿裸手操作，一定要带上手套进行。
15.查看温湿度表，酌情开空调/除湿机→开机检查/准备→除水操作→标定→检测。
四、故障和问题分析解决
反应往正方向进行且测定结果快（反应终点快，终点很快终结）、准（终点平衡快）， 必须保证系统生成的“氢碘酸”不与检品中成分反应。
序号 |
故障+问题 |
可能原因 |
概率 （%） |
解决办法与措施 |
01 |
漂移值太高 （滴定前） |
系统气密性不好，有水分或湿气不断进入 |
100% |
1.可更换泵入新鲜溶剂进 行预滴定，如果还是很高，100%判断气密性。 |
进样垫（老化或未拧紧） |
20% |
更换， 或用封口膜进行加保层。 |
O形圈（各接口处O形圈） |
20% |
更换 |
分子塞 |
80% |
更换 200-300℃干燥24小时 每2个星期更换1次 |
02 |
漂移值太高 （滴定后） |
样品没有完全溶解 |
50% |
增加助溶剂 |
系统密封 |
60% |
检查密封/更换 |
03 |
滴定无法结束 |
样品影响（pH、反应生成水） |
5% |
加缓冲液（详见方法开发） |
指示电极污染 |
20% |
清洗（铬酸或硝酸浸泡，水或乙醇浸泡清洗） |
滴定杯密封性查 |
25% |
更换密封盖 |
04 |
滴定液管有气泡 |
泵O形圈（密封O形圈磨损） |
100% |
1.泵新滴定液进行排 2、更换 |
05 |
滴定管有气泡 |
活塞、滴定密封圈（磨损） |
100% |
1.泵新滴定液进行排 2.更换 3.使用完进行无水甲醇替换保存（吡啶析晶）
|
06 |
结果不平行 |
称量误差 |
80% |
加大（低水分）称样量 |
样品混合不均匀 |
80% |
测量前粉碎混合 |
样品损失（洒、粘壁） |
85% |
流程细化（准、细） |
方法开发重难点主要体现在：容量法与库伦法选择、溶剂筛选、样品处理、相关计 算以及分析方法验收标准；仪器的熟练使用以及检测数据异常分析（包括仪器故障排查与解决）对方法研究至关重要；所以下篇文章着重讲解KF相关注意事项及故障排查。
水分检测操作关键在于对原理的理解与运用，细化并优化检测流程；熟练掌握仪器 使用也是基本。水分检测仪器设备要想运用起来得心应手，就必须要掌握基本理论和仪器设备构造，以及娴熟的操作功底，也要掌握各型仪器设备厂家不同仪器使用（如：瑞士万通、德国梅特勒、日本岛津、中国安亭与精科）；熟练掌握上述基本功，对我们工作是事半功倍。
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