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[摘 要]水污染存在于油中给工业应用带来了极大的危害，油中水分测量是控制和解决油中水污染的前提条件之一。本文综合介绍了常见的油中水分测量方法，分析了各种测量方法的原理和特点，并在目前技术的基础上，对油中水分测量方法的发展前景作出了展望。
[关键词]水污染；油中水分；测量方法；前景
中图分类号：R264 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）29-0294-02
1 引言
石油产品是国民经济的战略物资，关系到国家的安全、许多行业的生存与发展。油品在生产、运输、储存和使用过程中会进入水分，水在油品中会呈现出三种不同的形式：溶解水、游离水、乳化水。不同的油品自身都存在一定量的溶解水，微量溶解水一般没有危害的，但游离水或者乳化水是潜伏性的危害，可以称为水污染。水污染不仅会对油品本身的物理化学特性造成很大的影响，而且还会引起很多的问题例如：减少收益、增加损耗、产生腐蚀、润滑失效、引发安全事故等。针对以上存在的风险，人们采用不同的检测方法对油中水分进行检测分析，以便采取措施预防以上问题的发生。油中水分测量是控制和解决油中水污染的前提条件之一，本文就目前常见的各種油中水分测量方法作出介绍。
2 测量方法介绍
目前测量油中水分的方法较多，常见的方法有蒸馏法[1，2]、卡尔·费休法[3-6]、气相色谱法[7，8]、电容法[9，10]、短波法[11，12]、微波法[13，14]、近红外光谱法[15，16]、γ射线法[17，18]等，其中蒸馏法、卡尔·费休法、气相色谱法仅适用于实验室取样测量，其他方法不但可以在线、实时监测，而且可以用于便携式取样测量。
2.1 蒸馏法
蒸馏法基于两种互不相溶的液体二元体系的沸点低于各组分的沸点特点，在回流条件下，将试样和不溶于水的溶剂加热，样品中的水被同时蒸馏，冷凝后在接受器中连续分离，水沉降在接受器的刻度管中，溶剂则返回蒸馏烧瓶。测定其水分含量以百分数表示：
X=Vρ/G×100% （1）
式（1）中 X-试样的水分体积的百分含量；
V-在接受器中收集到水的体积，ml；
G-试样的重量，g；
ρ-试样的密度，g/ml。
此方法是石油及其产品国家标准推荐的测量方法，但测量误差较大，不适合精密测量，用于原油含水量测定时，其测量下限为1%[1]，用于石油产品水分测定时，其测量下限为0.03%[2]。该方法检测时间较长，仅适用于试验室条件测量。
2.2 卡尔·费休法
卡尔·费休法能够准确的测量样品中微量水分，以其优越的准确度和重复性，已被应用于石油、化工、电力等行业产品中的微量水分含量的测定。卡尔·费休法测量水分主要有两种方法，容量法和库仑法。使用的试剂主要是卡尔·费休试剂，其主要由碘、二氧化硫、吡啶（或其它有机碱性物质）、甲醇组成，两种方法的化学反应方程式如下：
I2+SO2+3C5H5N+H2O→2C5H5N·HI+C5H5N·SO3
C5H5N·SO3+CH3·OH→C5H5N·HSO3CH3
容量法只发生上面两个方程式的反应，样品中的水分与卡尔·费休试剂发生定量反应，根据卡尔·费休试剂的消耗量即可计算出样品水分的含量，这就是容量法的测量原理，反应试剂中碘、二氧化硫、吡啶、甲醇的物质的量比值刚好是1：1：3：1即可。
在库仑法中试剂中已经没有碘存在（反应前必须在卡尔·费休试剂中加入适量的纯水，使试剂处于过水状态，此时溶液呈淡黄色），溶液中有HI存在，反应中消耗的碘由阳极电解HI产生，因此除了上述反应外，在电解的阳极上将发生HI被还原为I2，即发生下列反应：
阳极：I--2e→I2
阴极：I2+2e→2I- 2H++2e→H2↑
电解产生的碘与试剂本身存在的SO2、C5H5N、CH3OH和样品中的水分持续反应，直至反应到达终点，这时可进行下一次反应，如此反应可以反复进行，直到卡尔·费休试剂中的SO2被消耗完全，因此卡尔·费休库仑法中，卡尔·费休试剂中SO2、C5H5N、CH3OH均过量。试样中含水率可以按式（2）计算：
X=Q/（10.7222ρV） （2）
式（2）中：X-试样中的水分含量，ppm；
Q-试样消耗电量，mc；
ρ-试样的密度，g/mL；
V-试样的体积，mL；
10.7222-试样常数，mc/g。
卡尔·费休法的测量精度较高，可以达到ppm级，该法被国际标准化组织（ISO）和我国推荐为油中微量水分的标准测量方法[3-6]。该法需要取样测试，不适合在线连续监测；卡尔·费休试剂有毒[19]，操作时要注意安全防护；卡尔·费休法对试剂的新鲜度要求较高，要注意避光保存[20]；对操作人员要求较高，操作时最好一次取样，要防止外界水分影响测量结果[21]。
2.3 氣相色谱法
气相色谱法（GC）是英国生物化学家Martin等人在研究液液分配色谱的基础上，于1952年创立的一种极有效的分离方法，它可分析和分离复杂的多组分混合物。目前由于使用了高效能的色谱柱，高灵敏度的检测器及微处理机，使得气相色谱法成为一种分析速度快、灵敏度高、应用范围广的分析方法。气相色谱法又可分为气固色谱法（GSC）和气液色谱法（GLC）：前者是用多孔性固体为固定相，分离的对象主要是一些永久性的气体和低沸点的化合物；而后者的固定相是用高沸点的有机物涂渍在惰性载体上.由于可供选择的固定液种类多，故选择性较好，应用亦广泛。
气相色谱法测量油中水分的工作原理如下：油样定量引入色谱仪后，油样在气体相（载气，一般为氮气或氢气）携带下进入色谱柱，油样中油和水分由于各自的性质不同，在色谱柱内与固定相（高分子多孔微球）的作用力大小不同，导致在色谱柱内的迁移速度不同，使油样中的油水分先后离开色谱柱得到分离。分离后的组分进入检测器，检测器将水分的浓度信号转换为电信号输给记录仪或显示器，得到色谱图。利用保留值可定性测量含水率，利用峰高或峰面积可定量含水率。 气相色谱法的测量精度较高，可以达到ppm级，是运行中变压器油中水分含量的推荐测量方法[8]，但此方法的缺点是操作较复杂，一般的技术人员难以把握，且设备要求较高[22]。
2.4 电容法
电容法以电容作为敏感元件，利用油的介电常数和水的介电常数不同，当水的含量变化时，油和水的混和物的介电常数发生变化，则相应的电容发生变化。若采用圆柱形电容器作为测量电容，则可以推导电容器的电容与水分含量的关系[23]：
C=Kε2+K（ε1-ε2）S （3）
式（3）中：
K-电容器几何尺寸相关的常数；
ε1-水的介电常数；
ε2-油的介电常数；
S-被测石油产品中的水分含量。
通过测定传感器的电容值S，便可获得被测物的含水率。由于水的介电系数约为80，而纯油的介电系数在1.86～2.24之间，两者差距较大。将电容法用于油中水分測量，仪器结构简单﹑安全可靠，成本低；但由于电容式传感器的电容量一般很小，传感器的调节电路往往受到寄生电容和环境变化的影响而难以实现高精度测量[24]，实际使用时应当采取相应的温度补偿措施。
根据检测电容方式的不同，电容法又可分为谐振法、交流电桥法、振荡法等类型。
2.5 短波法
短波法工作原理如下：无线电磁短波频率范围为3MHz～30MHz，根据电磁波的物理特性，电磁波在通过液体介质时或多或少地被介质吸收。同一频率的电磁波通过不同介质时，介质吸收的短波能量是不同的，吸收能量符合Lamber-Beer定律：I=I0e-ucL （4）
式（4）中I为穿透能量，I0为入射能量，u为吸收系数，c为介质浓度，L为介质厚度。
将公式（1）转换为：I0=IeucL （5）
对混合介质有：I0=Ie（u1c1L1+u2c2L2）
式（5）中u1、c1、L1，u2、c2、L2分别代表不同介质的吸收系数、介质浓度和介质厚度。
当测量仪用于测量油中含水量时，则分别代表水和油。当测量仪的发射器发射频率为一定频率（～4MHz）时，油对这个频率的电磁短波能量吸收系数u2很小，这里可以将其近似为0，则式（5）转换为：I0=Ieu1c1L1 （6）
对于一定频率的电磁波，水的系数u1保持不变，当传感器的尺寸一定时，则L1确定，电磁波透射的能量被管系吸收，这个能量随介质的变化很小，可近似认为恒定值。由式（6）中可得知，发射器发射能量I0只随介质浓度而变化，呈非线性曲线特征。发射器功率的变化将引起发射器内部振荡电源电流值的变化，将这个变化了的电流反馈给控制器，经调零、放大、整形后，作为标准信号，再经过智能软件处理，温度补偿等措施，实现油中含水率的测定。
短波吸收法对油中乳化水的测量精度较高，但对油中含气量、油水混合均匀度、介质温度、介质压力等环境因素要求较高，在实际使用过程中应对上述干扰因素进行抑制或补偿。
2.6 微波法
水是一种介电质，水分子具有很强的极化特性，并具有很大的介电常数。水分子的极化反应是偶极子在电场作用下作定向移动的结果。水分子的极化特性，使它在一个低频变化的电场作用下会发生排列运動。水的介电常数值在1GHz左右非常大（约80），而在这个频率段内其他极性物质的介电常数很小，随着频率的加大，由于水分子中原子的相互作用，水的介电常数值逐渐下降，在频率达到100GHz后水的介电常数值几乎不变，利用这一发现，便可将微波测量频率调整到这一频率段内，利用在这一频率段内水所具有的较高的介电常数所引起的微波传播速度、波长、相位等的变化，通过测量这些变化参数准确地测出物质中的水分。
由于水分子的变化相位滞后于电磁波的相位，此时存在一个能量转化过程，部分电磁波的能量将会转化为热能，为了在测量过程中不引起待测物料的温度的变化，在不影响测量精度的情况下应使用较低能量的微波进行测量，必要时必须进行温度补偿。
除了物质中所含水分的多少会对微波的波长、半波宽度、振幅有影响之外，物质的密度也会对这些变化有影响，为了能准确地得到物质中水分的含量值，在进行水分测量之前必须用特殊的处理方法对待测物料的密度进行修正，排除由密度的影响带来的水分测量偏差。
微波法检测的不仅仅是物质表层的水分，还可检测物质内部的水分含量。
微波水分测量是现代水分测量方法中的一种重要方法，按测量原理，现已形成了测微波衰减和相移的自由空间型、测微波衰减和相移的传输线型、测阻抗的反射型、测微波谐振频率和品质因素的谐振器型和测微波传输时间和波形的时域反射法型五大类仪器[25]，并在众多行业中获得广泛应用。
2.7 近红外光谱法
由于近红外光谱区（780nm～2500nm）出现的分子振动光谱的倍频和组频极弱，重叠较严重，所以在分析检测工作中长期未得到应用。近30年来，由于高度强度光源、低散射光栅和固态高灵敏度探测器的出现，以及计算机技术的发展，为近红外光谱仪的开发和实用化提供了必需的基础；化学计量学的发展为复杂光谱信息的提取、分离、多成分多参数同时分析提供了可能，从而使近红外光谱技术达到实用阶段[26]。
近红外光谱法是目前常用的一种油中水分测量方法，近红外光谱法的工作原理是依据水分子对特定波长的近红外线吸收强烈的原理来测定物料水分的。它有两种基本的测量方法，透射式和反射式[15]。它的理论依据是Lamber-Beer定律，即：E=ln（I0/I）=εcd （7）
式（7）中I为出射或反射光强，I0为入射光强，ε为吸收系数，c为介质组分浓度，d为介质吸收层厚度，E为吸光度。
显然，吸光度与待测介质的浓度c成正比，不同结构的分子有着自己独特的近红外吸收光谱，有着自己特定的吸收波长，根据水在近红外区的吸收光谱可以测出介质对水的吸光度E来确定油中水的含量。 近红外光谱法测量精度高，适合微量游离水分测量，但在测量中会受到物质的颜色、表面结构以及外界光线等的影响，并且只能测量到表层物质的水分含量[13]，探头还需防止结垢污染。
2.8 γ射线法
γ射线法利用不同介质对低能γ射线的吸收不同的原理而研制的。放射性同位素放出低能的γ射线，当它穿过介质时，其强度要衰减，且衰减的大小随介质的不同而不同，即取决于介质对γ射线的质量吸收系数和介质的密度。对于多项介质，介质对γ射线的吸收而带来的γ射线强度的变化除与介质的种类有关外，还与组成介质的各种组份所占的比例有关。因此通过测量穿过介质的γ射线的强度变化来获得一些重要信息，经过对这些信息的分析、处理与计算，便可得到组成介质的各种组分的含量。在油田原油集输计量中，可精确测量管道中原油的含水率、含气率和含油率。此方法优点是：（1）量程宽；（2）非接触测量方式，适合在各种恶劣环境和条件下工作，避免了管道内结垢、结蜡对仪表工作的影响，使仪表长期工作稳定性好，安全可靠；（3）在线连续测量，易于操作，便于生产自动化管理；（4）采用高单片机进行控制，功耗低、体积小、成本低，适合大规模推广。但由于对60MeV的γ射线来说，油和水的吸收系数仅差20%，因此测量精度不高，且存在射线辐射，造价高，使用和维修困難等问题[24]。
2.9 其他方法
油中水分测量方法还有很多，如密度法[9]、电脱法[24]、电导法[27]、气体法[28]、爆破试验法[28]等，通过上述方法也可以实现油中水分的定性或定量测量。
3 展望
现代测量方法要求在不破坏待测物料原来的状态和化学性质的前提下，通过物料本身的物理、光学及化学性能来测其含水量，并且可以测乳化水或溶解水，真正的反映物料水分含量。随着测量技术的不断发展，近红外光谱法、气相色谱法将有广阔的应用前景；同时各种联用技术的开发，如傅里叶变换-红外光谱法、气相色谱-质谱法（GC-MS）、气相色谱-傅里叶变换红外光谱—质谱法（GC-FTIR-MS）等，为更高精度的油中水分测量提供广阔的应用空间。总而言之，以后油中水分测量技术将向以下几个方面发展：
a）满足工程应用实际的高精度测量技术。目前在市场上虽然有很多油中水分测量仪的实验室测量精度达到ppm级，但是受到工程应用方面各种干扰因素的影响，实际测量精度达不到标称测量精度。根据工程应用的具体干扰因素，研制满足工程应用实际的高精度油中水分測量仪非常迫切。
b）油中水分全面监测技术。要求能够同时测量游离水或乳化水、溶解水，真正的反映油中水分含量。
c）在线式测量技术。利用各种测量技术和信号处理技术，研制在线式油中水分测量仪，充分节约分析时间，确保测量及时性。
d）便携式和微型化技术。研制体积小、重量轻、对环境要求及成本低的便携式油中水分测量仪，以适应于外场使用，并弥补在线水分测量系统的不足。
4 结语
本文全面介绍了蒸馏法、卡尔·费休法、气相色谱法、电容法、短波法、微波法、光谱法、γ射线法等目前常见的油中水分测量方法，分析了各种测量方法的工作原理和技术特点，并对油中水分测量方法的发展的前景作出了展望。
参考文献
[1] GB/T8929-2006，原油含水量分测定蒸馏法[S].国家标准计量局，2006.
[2] GB260-1977，石油产品水分测定法[S].国家标准计量局，1977.
作者简介
程逾（2000-），男，高中学生。
[关键词]水污染；油中水分；测量方法；前景
中图分类号：R264 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）29-0294-02
1 引言
石油产品是国民经济的战略物资，关系到国家的安全、许多行业的生存与发展。油品在生产、运输、储存和使用过程中会进入水分，水在油品中会呈现出三种不同的形式：溶解水、游离水、乳化水。不同的油品自身都存在一定量的溶解水，微量溶解水一般没有危害的，但游离水或者乳化水是潜伏性的危害，可以称为水污染。水污染不仅会对油品本身的物理化学特性造成很大的影响，而且还会引起很多的问题例如：减少收益、增加损耗、产生腐蚀、润滑失效、引发安全事故等。针对以上存在的风险，人们采用不同的检测方法对油中水分进行检测分析，以便采取措施预防以上问题的发生。油中水分测量是控制和解决油中水污染的前提条件之一，本文就目前常见的各種油中水分测量方法作出介绍。
2 测量方法介绍
目前测量油中水分的方法较多，常见的方法有蒸馏法[1，2]、卡尔·费休法[3-6]、气相色谱法[7，8]、电容法[9，10]、短波法[11，12]、微波法[13，14]、近红外光谱法[15，16]、γ射线法[17，18]等，其中蒸馏法、卡尔·费休法、气相色谱法仅适用于实验室取样测量，其他方法不但可以在线、实时监测，而且可以用于便携式取样测量。
2.1 蒸馏法
蒸馏法基于两种互不相溶的液体二元体系的沸点低于各组分的沸点特点，在回流条件下，将试样和不溶于水的溶剂加热，样品中的水被同时蒸馏，冷凝后在接受器中连续分离，水沉降在接受器的刻度管中，溶剂则返回蒸馏烧瓶。测定其水分含量以百分数表示：
X=Vρ/G×100% （1）
式（1）中 X-试样的水分体积的百分含量；
V-在接受器中收集到水的体积，ml；
G-试样的重量，g；
ρ-试样的密度，g/ml。
此方法是石油及其产品国家标准推荐的测量方法，但测量误差较大，不适合精密测量，用于原油含水量测定时，其测量下限为1%[1]，用于石油产品水分测定时，其测量下限为0.03%[2]。该方法检测时间较长，仅适用于试验室条件测量。
2.2 卡尔·费休法
卡尔·费休法能够准确的测量样品中微量水分，以其优越的准确度和重复性，已被应用于石油、化工、电力等行业产品中的微量水分含量的测定。卡尔·费休法测量水分主要有两种方法，容量法和库仑法。使用的试剂主要是卡尔·费休试剂，其主要由碘、二氧化硫、吡啶（或其它有机碱性物质）、甲醇组成，两种方法的化学反应方程式如下：
I2+SO2+3C5H5N+H2O→2C5H5N·HI+C5H5N·SO3
C5H5N·SO3+CH3·OH→C5H5N·HSO3CH3
容量法只发生上面两个方程式的反应，样品中的水分与卡尔·费休试剂发生定量反应，根据卡尔·费休试剂的消耗量即可计算出样品水分的含量，这就是容量法的测量原理，反应试剂中碘、二氧化硫、吡啶、甲醇的物质的量比值刚好是1：1：3：1即可。
在库仑法中试剂中已经没有碘存在（反应前必须在卡尔·费休试剂中加入适量的纯水，使试剂处于过水状态，此时溶液呈淡黄色），溶液中有HI存在，反应中消耗的碘由阳极电解HI产生，因此除了上述反应外，在电解的阳极上将发生HI被还原为I2，即发生下列反应：
阳极：I--2e→I2
阴极：I2+2e→2I- 2H++2e→H2↑
电解产生的碘与试剂本身存在的SO2、C5H5N、CH3OH和样品中的水分持续反应，直至反应到达终点，这时可进行下一次反应，如此反应可以反复进行，直到卡尔·费休试剂中的SO2被消耗完全，因此卡尔·费休库仑法中，卡尔·费休试剂中SO2、C5H5N、CH3OH均过量。试样中含水率可以按式（2）计算：
X=Q/（10.7222ρV） （2）
式（2）中：X-试样中的水分含量，ppm；
Q-试样消耗电量，mc；
ρ-试样的密度，g/mL；
V-试样的体积，mL；
10.7222-试样常数，mc/g。
卡尔·费休法的测量精度较高，可以达到ppm级，该法被国际标准化组织（ISO）和我国推荐为油中微量水分的标准测量方法[3-6]。该法需要取样测试，不适合在线连续监测；卡尔·费休试剂有毒[19]，操作时要注意安全防护；卡尔·费休法对试剂的新鲜度要求较高，要注意避光保存[20]；对操作人员要求较高，操作时最好一次取样，要防止外界水分影响测量结果[21]。
2.3 氣相色谱法
气相色谱法（GC）是英国生物化学家Martin等人在研究液液分配色谱的基础上，于1952年创立的一种极有效的分离方法，它可分析和分离复杂的多组分混合物。目前由于使用了高效能的色谱柱，高灵敏度的检测器及微处理机，使得气相色谱法成为一种分析速度快、灵敏度高、应用范围广的分析方法。气相色谱法又可分为气固色谱法（GSC）和气液色谱法（GLC）：前者是用多孔性固体为固定相，分离的对象主要是一些永久性的气体和低沸点的化合物；而后者的固定相是用高沸点的有机物涂渍在惰性载体上.由于可供选择的固定液种类多，故选择性较好，应用亦广泛。
气相色谱法测量油中水分的工作原理如下：油样定量引入色谱仪后，油样在气体相（载气，一般为氮气或氢气）携带下进入色谱柱，油样中油和水分由于各自的性质不同，在色谱柱内与固定相（高分子多孔微球）的作用力大小不同，导致在色谱柱内的迁移速度不同，使油样中的油水分先后离开色谱柱得到分离。分离后的组分进入检测器，检测器将水分的浓度信号转换为电信号输给记录仪或显示器，得到色谱图。利用保留值可定性测量含水率，利用峰高或峰面积可定量含水率。 气相色谱法的测量精度较高，可以达到ppm级，是运行中变压器油中水分含量的推荐测量方法[8]，但此方法的缺点是操作较复杂，一般的技术人员难以把握，且设备要求较高[22]。
2.4 电容法
电容法以电容作为敏感元件，利用油的介电常数和水的介电常数不同，当水的含量变化时，油和水的混和物的介电常数发生变化，则相应的电容发生变化。若采用圆柱形电容器作为测量电容，则可以推导电容器的电容与水分含量的关系[23]：
C=Kε2+K（ε1-ε2）S （3）
式（3）中：
K-电容器几何尺寸相关的常数；
ε1-水的介电常数；
ε2-油的介电常数；
S-被测石油产品中的水分含量。
通过测定传感器的电容值S，便可获得被测物的含水率。由于水的介电系数约为80，而纯油的介电系数在1.86～2.24之间，两者差距较大。将电容法用于油中水分測量，仪器结构简单﹑安全可靠，成本低；但由于电容式传感器的电容量一般很小，传感器的调节电路往往受到寄生电容和环境变化的影响而难以实现高精度测量[24]，实际使用时应当采取相应的温度补偿措施。
根据检测电容方式的不同，电容法又可分为谐振法、交流电桥法、振荡法等类型。
2.5 短波法
短波法工作原理如下：无线电磁短波频率范围为3MHz～30MHz，根据电磁波的物理特性，电磁波在通过液体介质时或多或少地被介质吸收。同一频率的电磁波通过不同介质时，介质吸收的短波能量是不同的，吸收能量符合Lamber-Beer定律：I=I0e-ucL （4）
式（4）中I为穿透能量，I0为入射能量，u为吸收系数，c为介质浓度，L为介质厚度。
将公式（1）转换为：I0=IeucL （5）
对混合介质有：I0=Ie（u1c1L1+u2c2L2）
式（5）中u1、c1、L1，u2、c2、L2分别代表不同介质的吸收系数、介质浓度和介质厚度。
当测量仪用于测量油中含水量时，则分别代表水和油。当测量仪的发射器发射频率为一定频率（～4MHz）时，油对这个频率的电磁短波能量吸收系数u2很小，这里可以将其近似为0，则式（5）转换为：I0=Ieu1c1L1 （6）
对于一定频率的电磁波，水的系数u1保持不变，当传感器的尺寸一定时，则L1确定，电磁波透射的能量被管系吸收，这个能量随介质的变化很小，可近似认为恒定值。由式（6）中可得知，发射器发射能量I0只随介质浓度而变化，呈非线性曲线特征。发射器功率的变化将引起发射器内部振荡电源电流值的变化，将这个变化了的电流反馈给控制器，经调零、放大、整形后，作为标准信号，再经过智能软件处理，温度补偿等措施，实现油中含水率的测定。
短波吸收法对油中乳化水的测量精度较高，但对油中含气量、油水混合均匀度、介质温度、介质压力等环境因素要求较高，在实际使用过程中应对上述干扰因素进行抑制或补偿。
2.6 微波法
水是一种介电质，水分子具有很强的极化特性，并具有很大的介电常数。水分子的极化反应是偶极子在电场作用下作定向移动的结果。水分子的极化特性，使它在一个低频变化的电场作用下会发生排列运動。水的介电常数值在1GHz左右非常大（约80），而在这个频率段内其他极性物质的介电常数很小，随着频率的加大，由于水分子中原子的相互作用，水的介电常数值逐渐下降，在频率达到100GHz后水的介电常数值几乎不变，利用这一发现，便可将微波测量频率调整到这一频率段内，利用在这一频率段内水所具有的较高的介电常数所引起的微波传播速度、波长、相位等的变化，通过测量这些变化参数准确地测出物质中的水分。
由于水分子的变化相位滞后于电磁波的相位，此时存在一个能量转化过程，部分电磁波的能量将会转化为热能，为了在测量过程中不引起待测物料的温度的变化，在不影响测量精度的情况下应使用较低能量的微波进行测量，必要时必须进行温度补偿。
除了物质中所含水分的多少会对微波的波长、半波宽度、振幅有影响之外，物质的密度也会对这些变化有影响，为了能准确地得到物质中水分的含量值，在进行水分测量之前必须用特殊的处理方法对待测物料的密度进行修正，排除由密度的影响带来的水分测量偏差。
微波法检测的不仅仅是物质表层的水分，还可检测物质内部的水分含量。
微波水分测量是现代水分测量方法中的一种重要方法，按测量原理，现已形成了测微波衰减和相移的自由空间型、测微波衰减和相移的传输线型、测阻抗的反射型、测微波谐振频率和品质因素的谐振器型和测微波传输时间和波形的时域反射法型五大类仪器[25]，并在众多行业中获得广泛应用。
2.7 近红外光谱法
由于近红外光谱区（780nm～2500nm）出现的分子振动光谱的倍频和组频极弱，重叠较严重，所以在分析检测工作中长期未得到应用。近30年来，由于高度强度光源、低散射光栅和固态高灵敏度探测器的出现，以及计算机技术的发展，为近红外光谱仪的开发和实用化提供了必需的基础；化学计量学的发展为复杂光谱信息的提取、分离、多成分多参数同时分析提供了可能，从而使近红外光谱技术达到实用阶段[26]。
近红外光谱法是目前常用的一种油中水分测量方法，近红外光谱法的工作原理是依据水分子对特定波长的近红外线吸收强烈的原理来测定物料水分的。它有两种基本的测量方法，透射式和反射式[15]。它的理论依据是Lamber-Beer定律，即：E=ln（I0/I）=εcd （7）
式（7）中I为出射或反射光强，I0为入射光强，ε为吸收系数，c为介质组分浓度，d为介质吸收层厚度，E为吸光度。
显然，吸光度与待测介质的浓度c成正比，不同结构的分子有着自己独特的近红外吸收光谱，有着自己特定的吸收波长，根据水在近红外区的吸收光谱可以测出介质对水的吸光度E来确定油中水的含量。 近红外光谱法测量精度高，适合微量游离水分测量，但在测量中会受到物质的颜色、表面结构以及外界光线等的影响，并且只能测量到表层物质的水分含量[13]，探头还需防止结垢污染。
2.8 γ射线法
γ射线法利用不同介质对低能γ射线的吸收不同的原理而研制的。放射性同位素放出低能的γ射线，当它穿过介质时，其强度要衰减，且衰减的大小随介质的不同而不同，即取决于介质对γ射线的质量吸收系数和介质的密度。对于多项介质，介质对γ射线的吸收而带来的γ射线强度的变化除与介质的种类有关外，还与组成介质的各种组份所占的比例有关。因此通过测量穿过介质的γ射线的强度变化来获得一些重要信息，经过对这些信息的分析、处理与计算，便可得到组成介质的各种组分的含量。在油田原油集输计量中，可精确测量管道中原油的含水率、含气率和含油率。此方法优点是：（1）量程宽；（2）非接触测量方式，适合在各种恶劣环境和条件下工作，避免了管道内结垢、结蜡对仪表工作的影响，使仪表长期工作稳定性好，安全可靠；（3）在线连续测量，易于操作，便于生产自动化管理；（4）采用高单片机进行控制，功耗低、体积小、成本低，适合大规模推广。但由于对60MeV的γ射线来说，油和水的吸收系数仅差20%，因此测量精度不高，且存在射线辐射，造价高，使用和维修困難等问题[24]。
2.9 其他方法
油中水分测量方法还有很多，如密度法[9]、电脱法[24]、电导法[27]、气体法[28]、爆破试验法[28]等，通过上述方法也可以实现油中水分的定性或定量测量。
3 展望
现代测量方法要求在不破坏待测物料原来的状态和化学性质的前提下，通过物料本身的物理、光学及化学性能来测其含水量，并且可以测乳化水或溶解水，真正的反映物料水分含量。随着测量技术的不断发展，近红外光谱法、气相色谱法将有广阔的应用前景；同时各种联用技术的开发，如傅里叶变换-红外光谱法、气相色谱-质谱法（GC-MS）、气相色谱-傅里叶变换红外光谱—质谱法（GC-FTIR-MS）等，为更高精度的油中水分测量提供广阔的应用空间。总而言之，以后油中水分测量技术将向以下几个方面发展：
a）满足工程应用实际的高精度测量技术。目前在市场上虽然有很多油中水分测量仪的实验室测量精度达到ppm级，但是受到工程应用方面各种干扰因素的影响，实际测量精度达不到标称测量精度。根据工程应用的具体干扰因素，研制满足工程应用实际的高精度油中水分測量仪非常迫切。
b）油中水分全面监测技术。要求能够同时测量游离水或乳化水、溶解水，真正的反映油中水分含量。
c）在线式测量技术。利用各种测量技术和信号处理技术，研制在线式油中水分测量仪，充分节约分析时间，确保测量及时性。
d）便携式和微型化技术。研制体积小、重量轻、对环境要求及成本低的便携式油中水分测量仪，以适应于外场使用，并弥补在线水分测量系统的不足。
4 结语
本文全面介绍了蒸馏法、卡尔·费休法、气相色谱法、电容法、短波法、微波法、光谱法、γ射线法等目前常见的油中水分测量方法，分析了各种测量方法的工作原理和技术特点，并对油中水分测量方法的发展的前景作出了展望。
参考文献
[1] GB/T8929-2006，原油含水量分测定蒸馏法[S].国家标准计量局，2006.
[2] GB260-1977，石油产品水分测定法[S].国家标准计量局，1977.
作者简介
程逾（2000-），男，高中学生。