CN107764933A - 一种滴定装置和应用于分析仪的滴定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种应用于分析仪的滴定方法和设备，其特征在于：根据待测溶液的实时浓度，滴定装置自动选择和调整，滴定液的浓度、和/或滴定的速度，直至到达滴定终点，并计算待测指标；其中，所述滴定装置包含有两个及以上相互独立的滴定用试剂通道数量；所述各通道输送不同浓度的试剂。本发明提供的滴定方法和设备，可根据不同浓度的待测溶液进行滴定方案的调整，从而能实现快速，精确滴定的效果。
Description
技术领域
本发明涉及分析化学领域，具体地，涉及一种滴定装置和应用于分析仪的滴定方法。
背景技术
滴定分析法，又叫容量分析法，将已知准确浓度的标准溶液，滴加到被测溶液中(或者将被测溶液滴加到标准溶液中)，直到所加的标准溶液与被测物质按化学计量关系定量反应为止，然后测量标准溶液消耗的体积，根据标准溶液的浓度和所消耗的体积，算出待测物质的含量。滴定法常通过溶液颜色变化或者电位变化来判断滴定终点。它是一种简便、快速和应用广泛的定量分析方法，在常量分析中有较高的准确度。
滴定装置是提供滴定功能的部件，也是基于滴定分析法的自动分析仪(比如高锰酸盐指数分析滴定仪，COD分析滴定仪)中的核心部件，有着如下较高的技术要求:
(1)反应时的温度要求:反应的一致性要求温度较稳定，并且有些化学反应需要在合适的温度下才发生(比如高锰酸盐指数测试中草酸钠的滴定)。而随着气候变化，冬夏季差异明显，甚至开启空调和关闭空调也有差异，同样会造成环境温度和试剂温度会发生变化，影响滴定的一致性甚至反应不能正常进行。
(2)反应速度的要求:滴定是一个耗时操作，自动化仪器要求滴定时速度较快完成。
(3)样品浓度的未知性:高浓度样品为了满足速度要求，一般需要试剂滴入单位体积大，浓度高；而低浓度样品为了满足测试精度或检出限要求，则要求滴定时试剂滴入单位体积小，浓度低。这就对滴定泵速度设置和试剂浓度配置有相矛盾的需求。
由于滴定样品的浓度未知，并且由于低浓度样品的存在，这就决定了不能简单通过提高滴定试剂的浓度或者通过提高滴定试剂的输入速度来提高滴定反应速度，或者对高浓度样品滴定速度较慢；或者对低浓度样品分辨率不够，影响机器的测量下限和检出限指标，这样就不能同时对高浓度和低浓度样品做到速度最优的结果。
发明内容
本发明旨在克服上述缺陷，提供一种能够克服环境温度的影响，且能根据不同的待滴定溶液浓度进行自动选择和调整滴定试剂的速度、浓度等参数的滴定设备。
具体地，本发明提供了一种应用于分析仪的滴定方法，其特征在于：根据待滴定溶液的实时浓度，滴定装置自动选择和调整，滴定液的浓度、和/或滴定的速度，直至到达滴定终点，并计算滴定结果；
其中，上述滴定装置包含有两个及以上相互独立的滴定用试剂通道数量；
上述各通道输送不同浓度的试剂。
根据使用的需要，指示剂可以在样品中直接添加后进入检测环节，也可通过滴定装置的指示剂滴定通道进行自动滴定。
进一步地，本发明提供的一种应用于分析仪的滴定方法，还具有这样的特点：即、包括如下步骤：
步骤一、判断待滴定溶液的浓度范围；
步骤二、根据浓度范围确定第1阶段滴定试剂的浓度；根据浓度范围确定第1阶段滴定试剂的浓度；该滴定试剂浓度的确定方法，可根据浓度的范围进行设定；如浓度超过X时，选用浓度Y11的滴定试剂作为第1阶段滴定试剂，选用浓度Y12的滴定试剂作为终点滴定阶段(第2阶段)的滴定试剂；未超过时，选用浓度Y21的滴定试剂作为第1阶段滴定试剂，选用浓度Y22的滴定试剂作为终点滴定阶段(第2阶段)的滴定试剂。或者根据不同的浓度范围进行不同滴定试剂的选择。
步骤三、根据分析特性，向待测溶液中滴加指示剂或直接进行步骤四；即、有些分析过程需进行指示剂的滴定后再进行滴定(如：消解反应)，或，有些分析过程无需滴加指示剂。
步骤四、选用第1阶段滴定试剂以速度v1滴定，并实时监测溶液的颜色；
步骤五、每次滴液后判断颜色状态是否到达设定色区间；
当到达设定色区间时，进行步骤六；
当未到达设定色区间时，进行步骤四；
步骤六、选用第2阶段滴定试剂以速度v2滴定，并实时监测溶液的颜色；
上述速度v1和v2可以根据产品的特性或浓度进行设定，且v1和v2可以相同或不同；
例如：当产品的浓度被判断为高浓度时，可以定义v1的速度大于v2的速度，如v1为v2速度的1-10倍；当浓度为中等时，可以定义v1为v2速度的13倍；当浓度为低浓度时，可以定义v1与v2速度相同。
步骤七、每次滴液后,通过判断颜色变化是否突变(一种颜色变为另一种颜色)来判断滴定是否到达终点；
当到达终点，结束滴定程序，并计算滴定结果；
当未到达终点，进行步骤六。
此外，本发明还提供了另一种应用于分析仪的滴定方法，其特征在于：根据待滴定溶液的实时浓度，滴定装置自动选择和调整，滴定液的滴定通道数量，直至到达滴定终点，并计算滴定结果；
其中，上述滴定装置包含有两个及以上相互独立的滴定试剂用通道数量；
上述各通道输送相同浓度的试剂。
即、根据各阶段溶液浓度的差异，进行同时滴定通道数的设定，一般为的初始滴定时，由于溶液浓度较高选用多通道进行滴定，当滴定了一定的时间后，溶液浓度变低，则关闭大部分的通道，仅留单通道进行终点的滴定，从而能加快滴定的速度，同时不会影响滴定的准确度。
进一步地，本发明提供的应用于分析仪的滴定方法，还具有这样的特点：即、包括如下步骤：
步骤一、判断待滴定溶液的浓度范围；
步骤二、根据浓度范围确定第1阶段滴定试剂的通道数量；
根据浓度范围确定第1阶段滴定试剂的通道数量；如浓度超过X时，选用数量为N的滴定通道作为第1阶段滴定试剂；未超过时，选用数量为M的滴定通道作为第1阶段滴定试剂。或者根据不同的浓度范围进行不同滴定试剂数量的选择。
步骤三、根据分析特性，向待测溶液中滴加指示剂或直接进行步骤四；
步骤四、进行多通道滴定，并实时监测溶液的颜色；
步骤五、每次滴液后判断颜色状态是否到达设定色区间；
当到达设定色区间时，进行步骤六；
当未到达设定色区间时，进行步骤四；
步骤六、进行单通道滴定，并实时监测溶液的颜色；
步骤七、每次滴液后,通过判断颜色变化是否突变(一种颜色变为另一种颜色)来判断滴定是否到达终点；
当到达终点，结束滴定程序，并计算滴定结果；
当未到达终点，进行步骤六。
进一步地，上述两种应用于分析仪的滴定方法，还具有这样的特点：即、步骤一中判断待滴定溶液的浓度范围的方法一如下所示：
对待滴定的溶液颜色与标准比色卡进行颜色比对；
当溶液颜色超过标准比色卡色值时，判定为高浓度溶液，其他为低浓度溶液；
该色值指比色卡上对于不同颜色/或深浅色的设定值。
步骤一中判断待滴定溶液的浓度范围的方法二如下所示：
选用指定浓度的滴定试剂对待滴定溶液的样本进行快速滴定；该快速滴定指，用极快的滴加速度(如：比正常滴速提高100-300％的滴加速度)或大量通道(如：比正常滴加通道增加1-3倍量)同时进行的滴定方法，其目的是为获得一个大致的浓度范围，其滴定的终点无需严谨。
当使溶液变色的用量超过设定量时，判定为高浓度溶液，其他判定为低浓度溶液。
步骤五中判断颜色状态是否到达设定色区间的方法如下所示：
对滴定中的溶液颜色与设定色比色卡进行颜色比对；
当溶液颜色在设定色色卡一定范围内时,判定滴定溶液进入设定色区间；
进一步地，本发明提供的一种应用于分析仪的滴定方法，还具有这样的特点：即、上述到达终点时颜色发生突变的判断方法为：
设定颜色变化阈值,当前后2种颜色差异大于该阈值时,定义为颜色不同.当前后2种颜色差异小于该阈值时,定义为颜色相同.
具体的判断判断步骤如下所示：
S1：进行一次滴液动作,并获取滴液前T和滴液后T+1的颜色，将T的颜色与T+1的颜色进行比对；
当颜色不同时，进行S2；
当颜色相同时，重新开始S1；
S2：将T+2的颜色与T+1的颜色进行比对；
当T+2的颜色同于T+1时，判断颜色发生突变,滴定达到终点；
当T+2的颜色不同于T+1时，判断T+2的颜色是否与T相同；
当T+2的颜色不同于T时，判断颜色已发生突变,滴定达到终点；
当T+2的颜色同于T时，判断颜色未突变，重新开始S1；
其中，每隔1/10000-1的滴定间隔时间为采集周期采集一次颜色采样数据。
即、综合这个滴定间隔所有采集数据形成一次颜色信号作为这次滴液动作的颜色判断信号。
进一步地，本发明提供的一种应用于分析仪的滴定方法，还具有这样的特点：即、对待滴定溶液、和/或各试剂输送通道进行加热保温处理。
和/或
根据待滴定溶液浓度的差异，对滴定速度进行加速或减速的调速处理。
另外，本发明还提供了可用于上述方法的滴定装置，其特征在于：包括滴定单元、反应瓶单元和检测单元；
上述滴定单元包括指示剂滴定机构和一个以上的滴定剂滴定机构；
上述反应瓶单元包括反应瓶本体和均质机构；该均质机构可以为磁力搅拌装置、超声震动装置、搅拌器搅拌装置等等；
上述检测单元包括光源和摄像机构；
其中，上述指示剂滴定机构和滴定剂滴定机构均包括液体输送管；
上述液体输送管的末端设置于反应瓶本体的上方或内部；
上述均质机构用于将反应瓶本体内的液体混合均匀；
上述光源和摄像机构分别对向的设置于反应瓶本体的两侧。
另外，本发明还提供了另一种滴定装置，其特征在于：包括滴定单元、反应瓶单元、检测单元和温控单元；
上述滴定单元包括指示剂滴定机构和一个以上的滴定剂滴定机构；
上述反应瓶单元包括反应瓶本体和均质机构；
上述检测单元包括光源和摄像机构；
上述温控单元包括加热机构和控温模块；
其中，上述指示剂滴定机构和滴定剂滴定机构均包括液体输送管；
上述液体输送管的末端设置于反应瓶本体的上方或内部；
上述液体输送管设置于上述加热机构内；即、液体输送管通过该加热机构，从而能使用对输入液体的加热；
上述控温模块对加热机构进行加热温度的调控；
上述均质机构用于将反应瓶本体内的液体混合均匀；
上述光源和摄像机构分别对向的设置于反应瓶本体的两侧。
进一步地，本发明提供的一种滴定装置，还具有这样的结构特点：即、还包括反应瓶保温机构；
上述反应瓶保温机构包括反应瓶保温套、加热器和控温模块；
其中，上述反应瓶保温套包围式的设置于反应瓶本体的外部，其上设有光路通道，光源和摄像机构通过该光路通道获取溶液的颜色；
上述加热器用于对反应瓶进行加热；
上述控温模块用于对加热器进行加热温度的调控。
本发明的作用和效果：
本发明提供了一种全自动分析仪器用的滴定设备，该设备可根据不同浓度的待滴定溶液进行滴定方案的调整，从而能实现快速，精确滴定的效果。
此外，本发明在对反应容器进行保温的同时。对试剂进行预热并控温，完全克服环境温度影响。
另外，本发明提供的多通道滴定方案，各通道可依据实际样品状况要求可实现按照不同浓度，或不同速度进行滴定的结果。
附图说明
附图1、本实施例所涉及的滴定装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供了一种滴定装置，用于自动样品分析仪，由滴定单元、反应瓶单元、检测单元组成；
反应瓶单元包括反应瓶106、保温套104、加热装置102、磁力搅拌装置103；
该检测单元包括光源108和检测器105；
该滴定单元包括指示剂单元和滴定试剂单元；
其中，该反应瓶106内设有磁力搅拌子107，该反应瓶106的外部包设有保温套104，用于对反应瓶106进行保温，该反应瓶106的下方设有磁力搅拌装置103，通过启动该磁力搅拌装置103能带动反应瓶106内的磁力搅拌子107进行均质运动，该加热装置102用于对反应瓶106进行加热，该加热装置102通过温控装置101进行温度的调控。
该保温套104上设有两个对称的通孔，光源108和检测器105分别设置在该通孔的位置，由于该反应瓶设置于分析仪内后，通过相对密封和暗的环境进行滴定的操作，在该环境下，光源108将光打入通孔后，再通过该检测器105进行照片的拍摄，能实现图像失真的最小化，从而能精确的确定溶液的实时颜色。从而能实时判断滴定的进展，并且判断出滴定的终点。
该滴定单元包括指示剂滴定通路(109)、滴定试剂通道1(110)、滴定试剂通道2(111).....滴定试剂通道n(112),根据每台分析仪的规则以及使用检测的目标不同，该滴定试剂通道的数量和对应的试剂可以任意的按需订制。在本实施例中n为3，即、能同时启动滴定功能的管路为3路。根据使用的滴定策略的差异，每根滴定试剂通道的末端所连通的试剂浓度可以为相同或不相同。
在本实施例中，每个试剂通道的另一末端通入反应瓶106内，从而将各试剂滴入到反应瓶中。
该滴定试剂通道1(110)、滴定试剂通道2(111).....滴定试剂通道n(112)上均设有加热设备113，114和115；每个加热设备均通过其对应的温控装置116、117和118进行温度的调控。从而能够实现需加热试剂的加热和保温效果。
在本实施例中，基于上述设备，能实现两种滴定方案：
示例1：不同滴定通道连接不同浓度的试剂，依据样品浓度，实时选择不同浓度的试剂通道进行滴定，当样品浓度高时，自动选择开启高浓度试剂通道，当样品变为低浓度时，自动选择开启低浓度试剂通道。同一批测试中，用户不需要更换试剂。
具体的控制软件，其运行和控制的方法可以如下所示：
步骤一、根据溶液当前的颜色，判断待滴定溶液的浓度范围；例如：设定该溶液的颜色分为10个色值，0为无色，10为最深色。当检测单元判断当前的色值为5-10时，即为高浓度，当检测单元判断当前的色值为5以下时，即为低浓度。
步骤二、根据浓度范围确定第1阶段滴定试剂的浓度；一般来说第1阶段滴定试剂的浓度大于第2阶段滴定试剂的浓度；根据不同的初始浓度，该第1阶段滴定试剂的浓度和第2阶段滴定试剂的浓度可以进行调整。或者说，根据不同的色值范围可设定不同的滴定用试剂组合，可以对浓度范围进行区分，如：3以下一组，3-6为第二组，6-8位第三组，8以上为第四组等等。
步骤三、向待滴定溶液中滴加指示剂；(对于不需要加入指示剂的滴定反应可不添加)
步骤四、选用第1阶段滴定试剂以V1的速度进行滴定，并实时监测待滴定溶液的颜色；
步骤五、每次滴液后判断颜色状态是否到达设定色区间；
当到达设定色区间时，进行步骤六；
当未到达设定色区间时，进行步骤四；
可以根据该类样品检测的规律来进行阀值的设定，例如：此类样品传统测定时，测定目标为溶液变为无色，那么当待滴定溶液的色值达到2以下时，则判定为达到阀值。
当到达阀值时，进行步骤六；
当未到达阀值时，进行步骤四；
步骤六、选用第2阶段滴定试剂以V2的速度进行滴定，并实时监测待滴定溶液的颜色；
步骤七、每次滴液后,通过判断颜色变化是否突变(一种颜色变为另一种颜色)来判断滴定是否到达终点；
当到达终点，结束滴定程序，并计算滴定结果；
当未到达终点，进行步骤六。
示例2：不同滴定通道连接相同浓度的试剂，依据样品浓度要求不同，滴定时每个通道以不同或相同的速度进行同时或者先后进行滴定。比如样品滴定初期，为加快反应速度，多个通道可同时开启，临近终点时，速度较快的通道关闭，使用速度较慢的通道达到反应终点。
具体的控制软件，其运行和控制的方法可以如下所示：
步骤一、判断待滴定溶液的浓度范围；
步骤二、根据浓度范围确定第1阶段滴定试剂的通道数量；
步骤三、向待滴定溶液中滴加指示剂；(对于不需要加入指示剂的滴定反应可不添加)
步骤四、进行多通道滴定，并实时监测待滴定溶液的颜色；
步骤五、每次滴液后判断颜色状态是否到达设定色区间；
当到达设定色区间时，进行步骤六；
当未到达设定色区间时，进行步骤四；
步骤六、进行单通道滴定，并实时监测待滴定溶液的颜色；
步骤七、每次滴液后,通过判断颜色变化是否突变(一种颜色变为另一种颜色)来判断滴定是否到达终点；
当到达终点，结束滴定程序，并计算滴定结果；
当未到达终点，进行步骤六。
Claims (10)
1.一种应用于分析仪的滴定方法，其特征在于：根据待滴定溶液的实时浓度，滴定装置自动选择和调整，滴定液的浓度、和/或滴定的速度，直至到达滴定终点，并计算滴定结果；
其中，所述滴定装置包含有两个及以上相互独立的滴定用试剂通道数量；
所述各通道输送不同浓度的试剂。
2.如权利要求1所述的一种应用于分析仪的滴定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、判断待滴定溶液的浓度范围；
步骤二、根据浓度范围确定第1阶段滴定试剂的浓度；
步骤三、根据分析特性，向待测溶液中滴加指示剂或直接进行步骤四；
步骤四、选用第1阶段滴定试剂以速度v1滴定，并实时监测溶液的颜色；
步骤五、每次滴液后判断颜色状态是否到达设定色区间；
当到达设定色区间时，进行步骤六；
当未到达设定色区间时，进行步骤四；
步骤六、选用第2阶段滴定试剂以速度v2滴定，并实时监测溶液的颜色；
步骤七、每次滴液后,通过判断颜色变化是否突变来判断滴定是否到达终点；当到达终点，结束滴定程序，并计算滴定结果；
当未到达终点，进行步骤六。
3.一种应用于分析仪的滴定方法，其特征在于：根据待滴定溶液的实时浓度，滴定装置自动选择和调整，滴定液的滴定通道数量，直至到达滴定终点，并计算滴定结果；
其中，所述滴定装置包含有两个及以上相互独立的滴定试剂用通道数量；
所述各通道输送相同浓度的试剂。
4.如权利要求3所述的一种应用于分析仪的滴定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、判断待滴定溶液的浓度范围；
步骤二、根据浓度范围确定第1阶段滴定试剂的通道数量；
步骤三、根据分析特性，向待测溶液中滴加指示剂或直接进行步骤四；
步骤四、进行多通道滴定，并实时监测溶液的颜色；
步骤五、每次滴液后判断颜色状态是否到达设定色区间；
当到达设定色区间时，进行步骤六；
当未到达设定色区间时，进行步骤四；
步骤六、进行单通道滴定，并实时监测溶液的颜色；
步骤七、每次滴液后,通过判断颜色变化是否突变来判断滴定是否到达终点；
当到达终点，结束滴定程序，并计算滴定结果；
当未到达终点，进行步骤六。
5.如权利要求2或4所述的一种应用于分析仪的滴定方法，其特征在于：
步骤一中判断待滴定溶液的浓度范围的方法一如下所示：
对待滴定的溶液颜色与标准比色卡进行颜色比对；
当溶液颜色超过标准比色卡色值时，判定为高浓度溶液，其他为低浓度溶液；
步骤一中判断待滴定溶液的浓度范围的方法二如下所示：
选用指定浓度的滴定试剂对待滴定溶液的样本进行快速滴定；
当使溶液变色的用量超过设定量时，判定为高浓度溶液，其他判定为低浓度溶液。
步骤五中判断颜色状态是否到达设定色区间的方法如下所示：
对滴定中的溶液颜色与设定色比色卡进行颜色比对；
当溶液颜色在设定色色卡一定范围内时,判定滴定溶液进入设定色区间。
6.如权利要求2或4所述的一种应用于分析仪的滴定方法，其特征在于：
所述到达终点时颜色发生突变的判断方法为：
设定颜色变化阈值,当前后2种颜色差异大于该阈值时,定义为颜色不同,当前后2种颜色差异小于该阈值时,定义为颜色相同；
具体判断步骤如下所示：
S1：进行一次滴液动作,并获取滴液前T和滴液后T+1的颜色，将T的颜色与T+1的颜色进行比对；
当颜色不同时，进行S2；
当颜色相同时，重新开始S1；
S2：进行下一次滴液动作，将T+2的颜色与T+1的颜色进行比对；
当T+2的颜色同于T+1时，判断颜色发生突变,滴定达到终点；
当T+2的颜色不同于T+1时，判断T+2的颜色是否与T相同；
当T+2的颜色不同于T时，判断颜色已发生突变,滴定达到终点；
当T+2的颜色同于T时，判断颜色未突变，重新开始S1；
其中，以1/10000-1的滴定间隔时间为采样周期采集一次颜色数据。即、综合这个滴定间隔所有采集数据形成一次颜色信号作为这次滴液动作的颜色判断信号。
7.如权利要求1-6任一所述的一种应用于分析仪的滴定方法，其特征在于：对待滴定溶液、和/或各试剂输送通道进行加热保温处理。
和/或
根据待滴定溶液浓度的差异，对滴定速度进行加速或减速的调速处理。
8.一种滴定装置，其特征在于：包括滴定单元、反应瓶单元和检测单元；
所述滴定单元包括指示剂滴定机构和一个以上的滴定剂滴定机构；
所述反应瓶单元包括反应瓶本体和均质机构；
所述检测单元包括光源和摄像机构；
其中，所述指示剂滴定机构和滴定剂滴定机构均包括液体输送管；
所述液体输送管的末端设置于反应瓶本体的上方或内部；
所述均质机构用于将反应瓶本体内的液体混合均匀；
所述光源和摄像机构分别对向的设置于反应瓶本体的两侧。
9.一种滴定装置，其特征在于：包括滴定单元、反应瓶单元、检测单元和温控单元；
所述滴定单元包括指示剂滴定机构和一个以上的滴定剂滴定机构；
所述反应瓶单元包括反应瓶本体和均质机构；
所述检测单元包括光源和摄像机构；
所述温控单元包括加热机构和控温模块；
其中，所述指示剂滴定机构和滴定剂滴定机构均包括液体输送管；
所述液体输送管的末端设置于反应瓶本体的上方或内部；
所述液体输送管设置于所述加热机构内；
所述控温模块对加热机构进行加热温度的调控；
所述均质机构用于将反应瓶本体内的液体混合均匀；
所述光源和摄像机构分别对向的设置于反应瓶本体的两侧。
10.如权利要求8或9所述的一种滴定装置，其特征在于：
还包括反应瓶保温机构；
所述反应瓶保温机构包括反应瓶保温套、加热器和控温模块；
其中，所述反应瓶保温套包围式的设置于反应瓶本体的外部，其上设有光路通道，光源和摄像机构通过该光路通道获取溶液的颜色；
所述加热器用于对反应瓶进行加热；
所述控温模块用于对加热器进行加热温度的调控。
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