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CN111693397A - 一种新型自动定容装置及自动定容方法 - Google Patents

一种新型自动定容装置及自动定容方法 Download PDF

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刘日威
刘科勇
张冠文
倪树标
陈云
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Abstract

本发明公开了一种新型自动定容装置，包括设有支架的控制器壳体，控制器壳体一端安装有电子天平，其另一端安装有加液泵、控制电路、以及用于读取重量信息并将信息显示出来的人机界面；电子天平与控制电路通信连接，人机界面、加液泵分别与控制电路连接；加液泵的进口连接有硅胶导管，其出口连接有软管，软管穿过控制器壳体并伸进支架内部，软管的自由端位于支架上方上并连接有金属套管；消解管置于电子天平上，金属套管的管口位于消解管管口的上方。本装置利用蠕动泵进行加样，通过电子天平监控加样量，通过密度和体积的换算，就能实现自动定容的效果，样品无需进行转移，不需要人工看刻度线，最大程度保证检测结果准确。

Description

一种新型自动定容装置及自动定容方法
技术领域
本发明涉及实验设备技术领域，尤其涉及一种新型自动定容装置及自动定容方法。
背景技术
目前实验室大部分无机分析样品都使用湿法消解。湿法消解的基本过程包括：选择合适的消解液、通常需要加热、有时需要加压-高压湿法消解、有时需要使用催化剂、样品充分溶解后，一般需要定容。化学分析中的定容是指用容量瓶溶解物质或稀释物质至一定浓度的溶液,由于容量瓶的体积是固定的,必须用滴管准确将溶剂加至容量瓶的刻度线。目前当用到石墨消解或微波消解，通常会选择聚四氟乙烯消解管，这种消解管耐温到200度左右，耐各种酸，但它不透明，无法标刻度，需要定容时需要人工转移到有刻度的容量瓶中，转移过程繁琐，转移过程中经常会有微量的样品残留在消解管中，造成最终结果数值偏低。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种新型自动定容装置及自动定容方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种新型自动定容装置，包括控制器壳体，所述控制器壳体一端安装有电子天平，其另一端安装有加液泵、控制电路、以及用于读取重量信息并将信息显示出来的人机界面；所述电子天平与所述控制电路通信连接，所述人机界面、所述加液泵分别与所述控制电路连接；所述控制器壳体设有支架；所述加液泵的进口连接有硅胶导管，其出口连接有软管，所述软管穿过所述控制器壳体并伸进所述支架内部，所述软管的自由端位于所述支架上方上并连接有金属套管；用于化学实验的消解管置于所述电子天平上，所述金属套管的管口位于所述消解管管口的上方。
加液泵可提供转移溶液的动力；支架用于放置软管和支撑金属套管；电子天平将消解管的重量信息传输给控制电路，并将信息传输给人机界面并显示出来；控制电路实时读取电子天平数据，并根据设定量控制加液泵转速，控制加液的量，当达到目标重量后通知加液泵的工作，完成定容工作。
所述加液泵为蠕动泵。
所述支架设置有保护环，所述保护环位于所述电子天平上方，所述消解管位于所保护环的环内。保护环由支架提供支撑力，可防止消解管倾倒。
所述硅胶导管通过直通接头与所述加液泵的进口连接；所述软管通过直通接头与所述加液泵的出口连接。
所述消解管为聚四氟乙烯管、PTEF管、PFA管、PP管或玻璃管。
所述直通接头为采用PP材质制成的接头。
所述控制器壳体底部四角分别安装有水平垫脚。水平垫脚的设置，可实现对控制器壳体进行水平校正，防止对电子天平的使用有影响。
一种新型自动定容装置的自动定容方法，包括如下步骤：
步骤一：测量并记录空消解管的重量M0；
步骤二：在消解管内加入待分析样品，然后加入消解液，放到消解仪中进行加热，进行样品消解；消解后进行赶酸处理，消解管内剩余消解产物；
步骤三：将消解管置于电子天平之上，且位于保护环之内，等待电子天平读数稳定后，读取并记录消解产物与空消解管的重量M1，并计算消解产物的重量M2，M2＝M1-M0；步骤一与步骤二所操作的样品试液做两份，一份样品试液用于外置设备测定消解产物的密度ρ2，消解产物的体积V2＝M2/ρ2；另一份样品试液进入步骤五，继续进行定容工作；
步骤四：计算需要加入液体的体积V1，其密度ρ1为已知；消解管的设定定容体积为V总，液体体积V1＝定容体积-消解产物体积＝V总-V2＝＝V总-M2/ρ2；计算最终定容后消解管的目标总重量m总，m总＝液体重量+消解产物重量+空消解管重量＝ρ1V1+M2+M0＝ρ1(V总-M2/ρ2)+M2+M0；
步骤五：在人机界面上设置需要加入液体的设定体积V1，启动蠕动泵进行加液，液体从硅胶导管进入蠕动泵内，并从软管经金属套管进入消解管内，当控制电路实时读取电子天平的数据，其重量数据达目标总重量m总后，蠕动泵停止工作，定容工作完成。
与现有技术对比，本发明的优点在于：本自动定容装置利用蠕动泵进行加样，通过电子天平监控加样量，通过密度和体积的换算，就能实现自动定容的效果，样品无需进行转移，减少样品损失，不需要人工看刻度线，减轻实验人员的工作量，最大程度保证检测结果准确。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例另一方向视角的结构示意图；
图3为本发明实施例控制电路的电路原理图。
图中附图标记含义：1、电子天平；2、保护环；3、消解管；4、金属套管；5、支架；6、加液泵；7、控制器壳体；8、人机界面；9、硅胶导管；10、烧杯；11、水平垫脚。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例
参阅图1及图2，为一种新型自动定容装置，包括控制器壳体7，控制器壳体7一端安装有电子天平1，其另一端安装有加液泵6、控制电路、以及用于读取重量信息并将信息显示出来的人机界面8；电子天平1与控制电路通信连接，人机界面8、加液泵6分别与控制电路连接；控制器壳体7设有支架5；加液泵6的进口连接有硅胶导管9，其出口连接有软管，软管穿过控制器壳体7并伸进支架5内部，软管的自由端位于支架5上方上并连接有金属套管4；用于化学实验的消解管3置于电子天平1上，金属套管4的管口位于消解管3管口的上方。
加液泵6可提供转移溶液的动力；支架5用于放置软管和支撑金属套管4；电子天平1将消解管3的重量信息传输给控制电路，并将信息传输给人机界面8并显示出来；控制电路实时读取电子天平1数据，并根据设定量控制加液泵6转速，控制加液的量，当达到目标重量后通知加液泵6的工作，完成定容工作。
加液泵6为蠕动泵。
支架5设置有保护环2，保护环2位于电子天平1上方，消解管3位于所保护环2的环内。保护环2由支架5提供支撑力，可防止消解管3倾倒。
硅胶导管9通过直通接头与加液泵6的进口连接；软管通过直通接头与加液泵6的出口连接。
消解管3为聚四氟乙烯管、PTEF管、PFA管、PP管或玻璃管。
直通接头为采用PP材质制成的接头。
控制器壳体7底部四角分别安装有水平垫脚11。水平垫脚11的设置，可实现对控制器壳体7进行水平校正，防止对电子天平1的使用有影响。
一种新型自动定容装置的自动定容方法，包括如下步骤：
步骤一：测量并记录空消解管3的重量M0；
步骤二：在消解管3内加入待分析样品，然后加入消解液，放到消解仪中进行加热，进行样品消解；消解后进行赶酸处理，消解管3内剩余消解产物；
步骤三：将消解管3置于电子天平1之上，且位于保护环2之内，等待电子天平1读数稳定后，读取并记录消解产物与空消解管3的重量M1，并计算消解产物的重量M2，M2＝M1-M0；步骤一与步骤二所操作的样品试液做两份，一份样品试液用于外置设备测定消解产物的密度ρ2，消解产物的体积V2＝M2/ρ2；另一份样品试液进入步骤五，继续进行定容工作；
步骤四：计算需要加入液体的体积V1，其密度ρ1为已知；消解管的设定定容体积为V总，液体体积V1＝定容体积-消解产物体积＝V总-V2＝＝V总-M2/ρ2；计算最终定容后消解管的目标总重量m总，m总＝液体重量+消解产物重量+空消解管重量＝ρ1V1+M2+M0＝ρ1(V总-M2/ρ2)+M2+M0；
步骤五：在人机界面8上设置需要加入液体的设定体积V1，启动蠕动泵进行加液，液体从硅胶导管9进入蠕动泵内，并从软管经金属套管4进入消解管3内，当控制电路实时读取电子天平1的数据，其重量数据达目标总重量m总后，蠕动泵停止工作，定容工作完成。
本实施例，通过蠕动泵将烧杯10内的液体(纯净水)加入到消解管3内，电子天平1进行实时称重，将重量数据传给控制电路，控制电路根据设定量，控制蠕动泵转速，控制加液的量。电子天平1与控制电路通过RS232、RS485接口连接，RS-232标准接口(又称EIA RS-232)是常用的串行通信接口标准之一，它是由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统公司、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家于1970年共同制定，其全名是“数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。RS-485又名TIA-485-A,ANSI/TIA/EIA-485或TIA/EIA-485；RS485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。RS-485使得连接本地网络以及多支路通信链路的配置成为可能。在本实施例中，RS232与RS485，均属现有技术的通信协议，因此不展开具体描述。
本实施例中的控制电路为单片机，单片机采用NXP公司的型号为lpc1752fbd80的产品，其完整的电路原理图如图3所示。单片机所用到的计算机程序都是现有的，不涉及对计算机程序的改进。本实施例中，将样品试液用于测定消解产物密度ρ2时，用移液枪将消解产物吸出，加到精密量筒(采用金坛市晶玻实验仪器厂出产的精密量筒)中，测量体积，根据公式：重量(质量)/体积＝密度，去计算出消解产物密度ρ2。本装置使用的条件是消解产物属于不挥发的物质。
蠕动泵，为现有技术，不展开具体分析。蠕动泵由三部分组成：驱动器，泵头和软管。流体被隔离在泵管中、可快速更换泵管、流体可逆行、可以干运转。蠕动泵就像用手指夹挤一根充满流体的软管，随着手指向前滑动管内流体向前移动。蠕动泵也是这个原理只是由滚轮取代了手指。通过对泵的弹性输送软管交替进行挤压和释放来泵送流体。就像用两根手指夹挤软管一样,随着手指的移动,管内形成负压,液体随之流动。
本实施例中，将连接蠕动泵的硅胶导管9伸入烧杯10内，蠕动泵出口连接的软管穿过控制器壳体7、伸进支架5内部，再穿过金属套管4并位于消解管3上方，金属套管4一端固定在支架5上。
本装置的目的是用称重法，自动实现定容过程，最终得到是设定体积(50ml或25ml)的溶液。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (8)

1.一种新型自动定容装置，其特征在于：包括控制器壳体，所述控制器壳体一端安装有电子天平，其另一端安装有加液泵、控制电路、以及用于读取重量信息并将信息显示出来的人机界面；所述电子天平与所述控制电路通信连接，所述人机界面、所述加液泵分别与所述控制电路连接；所述控制器壳体设有支架；所述加液泵的进口连接有硅胶导管，其出口连接有软管，所述软管穿过所述控制器壳体并伸进所述支架内部，所述软管的自由端位于所述支架上方上并连接有金属套管；用于化学实验的消解管置于所述电子天平上，所述金属套管的管口位于所述消解管管口的上方。
2.根据权利要求1所述的新型自动定容装置，其特征在于：所述加液泵为蠕动泵。
3.根据权利要求2所述的新型自动定容装置，其特征在于：所述支架设置有保护环，所述保护环位于所述电子天平上方，所述消解管位于所保护环的环内。
4.根据权利要求1所述的新型自动定容装置，其特征在于：所述硅胶导管通过直通接头与所述加液泵的进口连接；所述软管通过直通接头与所述加液泵的出口连接。
5.根据权利要求1所述的新型自动定容装置，其特征在于：所述消解管为聚四氟乙烯管、PTEF管、PFA管、PP管或玻璃管。
6.根据权利要求4所述的新型自动定容装置，其特征在于：所述直通接头为采用PP材质制成的接头。
7.根据权利要求1所述的新型自动定容装置，其特征在于：所述控制器壳体底部四角分别安装有水平垫脚。
8.一种基于权利要求3所述的新型自动定容装置的自动定容方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：测量并记录空消解管的重量M0；
步骤二：在消解管内加入待分析样品，然后加入消解液，放到消解仪中进行加热，进行样品消解；消解后进行赶酸处理，消解管内剩余消解产物；
步骤三：将消解管置于电子天平之上，且位于保护环之内，等待电子天平读数稳定后，读取并记录消解产物与空消解管的重量M1，并计算消解产物的重量M2，M2＝M1-M0；步骤一与步骤二所操作的样品试液做两份，一份样品试液用于外置设备测定消解产物的密度ρ2，消解产物的体积V2＝M2/ρ2；另一份样品试液进入步骤五，继续进行定容工作；
步骤四：计算需要加入液体的体积V1，其密度ρ1为已知；消解管的设定定容体积为V总，液体体积V1＝定容体积-消解产物体积＝V总-V2＝＝V总-M2/ρ2；计算最终定容后消解管的目标总重量m总，m总＝液体重量+消解产物重量+空消解管重量＝ρ1V1+M2+M0＝ρ1(V总-M2/ρ2)+M2+M0；
步骤五：在人机界面上设置需要加入液体的设定体积V1，启动蠕动泵进行加液，液体从硅胶导管进入蠕动泵内，并从软管经金属套管进入消解管内，当控制电路实时读取电子天平的数据，其重量数据达目标总重量m总后，蠕动泵停止工作，定容工作完成。
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