CN112041675A - 用于比色终点检测的方法和多种分析物滴定系统 - Google Patents

Abstract

提供了用于量化处理溶液中的一种或多种目标分析物浓度的系统，并且所述系统可以用于例如量化目标分析物浓度的方法中。这些系统和方法包括连续和分批自动滴定方法，其使用化学滴定来使用多波长检测器测量所述处理溶液中的所述目标分析物浓度。所述方法提供了用于多种目标分析物的有效且实用的自动滴定方法，并且可以包括分析多于一种分析物并提供用于测量多于一种目标分析物浓度的动态范围的方法。

Description

用于比色终点检测的方法和多种分析物滴定系统

技术领域

提供了用于量化处理溶液中的一种或多种目标分析物浓度的系统，并且所述系统可以用于例如量化目标分析物浓度的方法中。这些系统和方法包括连续自动滴定方法，所述方法使用化学滴定来测量处理溶液中的目标分析物浓度。所述方法提供了用于多种目标分析物的有效且实用的自动滴定方法，并且可以包括分析多于一种分析物并提供用于测量多于一种目标分析物浓度的动态范围的方法。

背景技术

滴定是用来确定溶液的组分的浓度的众所周知和实践的方法。实践了各种化学滴定，其中通常将滴定剂添加到其与其选择组分反应的溶液中。一旦全部反应组分已与已知滴定剂反应，就会发生可测量或明显的变化，指示反应完成。在一些情况下，明显的变化包含颜色变化。例如，颜色变化可在各种化学滴定之间有很大差异。

虽然已知滴定是一门科学，但其可为繁琐的过程，需要化学家或其他熟练操作人员认真实践。在一些情况下，让化学家或其他技术人员手动进行滴定可能是不切实际的，尽管可能期望得到通过滴定获得的数据。可以使用自动滴定仪，其尝试判断何时发生了完全反应并进行适当的滴定计算，来确定溶液中组分的量。但是，取决于反应，自动过程可能难以准确地确定反应终点。另外，自动系统可能需要大量时间才能完成一个过程，如果溶液需要以特定时间间隔监测，则这可能是不合期望或不可接受的。

发明内容

提供一种自动滴定系统，其包括：反应歧管，其用于将含有未知浓度的一种或多种分析物的持续流动和更新的样品流与滴定剂混合；样品泵，其用于将所述持续流动和更新的样品流泵送到所述反应歧管中；第一滴定剂泵，其用于将所述第一滴定剂泵送到所述反应歧管中以接触所述持续流动和更新的样品流；多波长检测器，其用于检测所述分析物与所述第一滴定剂之间的反应的第一滴定终点；和控制器，其与所述样品泵、所述第一滴定剂泵和所述检测器通信地耦接，其中，所述控制器控制所述样品泵以设定所述持续流动和更新的样品流的流速，控制所述第一滴定剂泵以设定所述第一滴定剂的流速，并从所述检测器接收数据以检测所述分析物与所述第一滴定剂之间的反应的所述第一滴定终点，并且确定所述第一滴定终点处的分析物浓度。

提供了一种自动滴定系统，其包括：反应歧管，其用于将含有未知浓度的分析物的样品流与第一滴定剂混合；样品泵，其用于将所述样品流泵送到所述反应歧管中；第一滴定剂泵，其用于将所述第一滴定剂泵送到所述反应歧管中以接触所述样品流；多波长检测器，其用于检测所述分析物与所述第一滴定剂之间的反应的第一滴定终点；和控制器，其与所述样品泵、所述第一滴定剂泵和所述检测器通信地耦接，其中，所述控制器控制所述样品泵以设定所述样品流的流速，控制所述第一滴定剂泵以设定所述第一滴定剂的流速，并从所述检测器接收数据以检测所述分析物与所述第一滴定剂之间的反应的所述第一滴定终点，并且确定所述第一滴定终点处的分析物浓度。

本文所述的自动滴定系统可以使所述样品流含有两种或更多种分析物。

另外，本文所述的自动滴定系统可以进一步包含第二滴定剂泵，其用于将第二滴定剂泵送到所述反应歧管中以接触所述分批样品流或所述持续流动和更新的样品流。所述多波长检测器可以进一步检测所述分析物与所述第二滴定剂之间的反应的第二滴定终点，所述控制器进一步通信地耦接到所述第二滴定剂泵，并且所述控制器进一步控制所述第二滴定剂泵以设定所述第二滴定剂的流速，并从所述检测器接收数据以检测所述分析物与所述第二滴定剂之间的所述反应的所述第二滴定终点，并且确定所述第二滴定终点处的分析物浓度。

本文所述的自动滴定系统可以使所述第二滴定剂与第二分析物反应。

本文所述的自动滴定系统可以进一步包含第三滴定剂泵，其用于将第三滴定剂泵送到所述反应歧管中以接触所述分批样品流或所述持续流动和更新的样品流。所述多波长检测器可以进一步检测所述分析物与所述第三滴定剂之间的反应的第三滴定终点，所述控制器进一步通信地耦接到所述第三滴定剂泵，并且所述控制器进一步控制所述第三滴定剂泵以设定所述第三滴定剂的流速，并从所述检测器接收数据以检测所述分析物与所述第三滴定剂之间的所述反应的所述第三滴定终点，并且确定所述第三滴定终点处的分析物浓度。

本文所述的自动滴定系统可以使所述第三滴定剂与第三分析物反应。

本文所述的自动滴定系统可以使所述多波长检测器能够检测紫外光到可见光范围内的信号。

同样，本文所述的自动滴定系统可以使所述多波长检测器为光谱仪。

本文所述的自动滴定系统可以使所述反应歧管包含处于所述滴定剂入口下游和所述检测器上游的液体混合器。

本文所述的自动滴定系统还可以进一步包含处于所述滴定剂入口上游和所述样品流入口下游的调节歧管。

本文所述的自动滴定系统可以使所述调节歧管包含液体混合器。

本文所述的自动滴定系统可以使所述调节歧管进一步包含混合回路。

本文所述的自动滴定系统可以进一步包含调节试剂泵，其用于将调节试剂泵送到所述调节歧管中以与所述持续流动和更新的样品流混合。

所述自动滴定系统可以使所述调节试剂为pH缓冲剂、反应催化剂、化学指示剂、螯合剂、表面活性剂、导电性改变用盐、离子对试剂、生物类化学物质或其组合。

本文所述的自动滴定系统可以使所述调节试剂包含碘化钾、硫酸、乙酸、淀粉指示剂、钼酸铵或其组合。

所述自动滴定系统可以使所述调节试剂泵进一步包含用于泵送第一调节试剂的第一调节试剂泵和用于泵送第二调节试剂的第二调节试剂泵。

所述自动滴定系统可以使所述第一调节试剂为金属碘化物，并且所述第二调节试剂为指示剂。

本文所述的自动滴定系统可以使所述调节试剂泵将所述调节试剂注入流动的样品流中，其中，所述控制器通信地耦接到所述调节试剂泵，并且被配置为控制所述调节试剂泵以设定注入所述分批样品流或所述持续流动和更新的样品流中的所述调节试剂的流速。

本文所述的自动滴定系统可以用于量化目标分析物的方法中。

例如，本文描述了一种用于量化样品流中目标分析物浓度的方法，其包含：以已知流速使所述样品流持续流动和持续更新通过包含歧管和多波长检测器的分析仪；通过向所述分析仪中连续添加滴定剂，并且通过在指定范围内增加或减小所述滴定剂的流速而改变所述滴定剂浓度来设定滴定剂浓度变化，以此来量化所述目标分析物浓度；以及在指定目标分析物浓度范围内检测所述样品流中所述目标分析物与所述滴定剂之间的反应的滴定终点。

此外，一种用于量化样品流中目标分析物浓度的方法可以包含：将所述样品添加到包含歧管和多波长检测器的分析仪中；通过向所述分析仪中添加滴定剂，并且通过在指定范围内增加或减小所述滴定剂的流速而改变所述滴定剂浓度来设定滴定剂浓度变化，以此来量化所述目标分析物浓度；以及在指定目标分析物浓度范围内检测所述样品流中所述目标分析物与所述滴定剂之间的反应的滴定终点；其中所述样品流包含两种或更多种分析物。

所述量化方法可以使所述样品流包含两种或多种分析物。

所述方法可以使所述样品流进一步包含第二分析物。

本文所述的方法可以进一步包含通过向所述分批样品流或所述持续流动和持续更新的样品流中连续添加第二滴定剂来量化所述第二分析物。

所述方法可以使所述样品流进一步包含第三分析物。

所述量化方法可以进一步包含通过向所述分批样品流或所述持续流动和持续更新的样品流中连续添加第三滴定剂来量化所述第三分析物。

所述方法可以使所述样品的已知流速为约1μL/分钟至约200mL/分钟。

所述方法可以使所述样品的已知流速为约5mL/分钟至约25mL/分钟。

所述方法可以进一步包含以与所述目标分析物浓度成比例的浓度向所述样品流中连续添加调节试剂。

所述量化方法可以进一步包含使用距滴定剂添加点限定距离的多波长检测器来检测所述滴定终点，并且使用所述检测器与所述滴定剂添加点之间的距离、所述滴定剂的流速和系统体积来计算所述滴定剂浓度。

本文所述的方法可以进一步包含通过控制所述滴定剂的流速来改变其浓度，其中来自所述滴定的反应产物的检测器信号与所述滴定剂浓度及时相关。

所述方法可以进一步包含将已知浓度的校准物给予到所述样品流中，检测所述校准物浓度，并且计算响应。

所述量化方法可以进一步包含使用反馈回路控制所述滴定剂浓度，所述反馈回路响应于检测所述滴定剂与所述目标分析物之间的反应的检测器。

本文所述的方法，其中所述调节试剂处理所述样品流以改进对所述目标分析物的检测。

所述方法可以通过改进检测方法的灵敏度来改进对所述目标分析物的检测。

本文所述的方法可以使所述调节试剂为pH缓冲剂、反应催化剂、化学指示剂、螯合剂、表面活性剂、导电性改变用盐、离子对试剂、生物类化学物质或其组合。

所述量化方法可以使所述调节试剂包含碘化钾、乙酸、淀粉指示剂或其组合。

本文所述的方法可以取决于是否可以在所述指定目标分析物浓度范围内检测到所述滴定终点，来增加或减少所述持续流动和持续更新的样品流的流速。

附图说明

图1是自动滴定系统的示意图，所述自动滴定系统在样品中具有两种分析物，并且在系统中具有两个滴定剂泵、四个调节试剂泵和一个多波长检测器。

图2是自动滴定系统的示意图，所述自动滴定系统在样品中具有三种分析物，并且在系统中具有三个滴定剂泵、三个调节试剂泵和一个多波长检测器。

图3A是用0.1N盐酸溶液对苛性碱进行滴定的吸光度与波长的曲线图。

图3B是用0.1N盐酸溶液对苛性碱进行滴定的吸光度与液滴数目的曲线图。

图4A示出了在大约15ppm的过酸样品上6-40ppm的每一测试浓度下的光谱。

图4B是从图4A所示的光谱计算的吸光度与波长的曲线图。

图5是吸光度与浓度的曲线图，并且示出了吸光度与浓度曲线的相同趋势。

图6是吸光度与波长的曲线图，其示出检测器提供了与标准品相似的结果。

图7A是使用硬度测试试剂盒#307对实验室17格令(grain)水进行滴定的滴定吸光度与波长的曲线图。图7B示出了相同滴定所需的液滴数目。

具体实施方式

已经开发了本文描述的自动滴定系统和方法以提供对多于一种分析物的分析。这些系统和方法的优点是使用多波长检测器检测终点，所述多波长检测器允许检测可见波长范围内的滴定终点。使用光谱仪和广谱光源使得滴定仪检测器系统能够选择预期滴定应用所需的最佳波长。可以通过对所需分子(例如淀粉-碘复合物)进行吸光度扫描来选择最佳波长。通常，具有最大吸光度的波长用于终点检测。但是，当吸光度响应超过所需响应时，最好替代地使用次要吸收峰的波长。如果需要对特定分子的减小的响应，如在分子的浓度使得主要吸收峰的最大吸光度极高的情况下，则可能超过仪器光学器件的灵敏度。然后将使用具有较低最大吸光度的峰，以便可以在较低吸光度下以较高精度测量高样品浓度。

此系统配置还可以增加动态范围，因为在不改变检测器系统的情况下，可以使用主要吸收峰测量较低浓度的分析物，并且可以使用次要峰测量较高浓度的分析物。这样，可以在仪器的范围内测量较高浓度的分析物和较低浓度的分析物两者。此系统还允许仪器使用相同的检测器系统对待测分子进行不同吸收峰下不同的滴定。

另外，一系列滴定剂泵可以将滴定剂注入样品流中以与多于一种分析物反应，并同时检测多种分析物的浓度。能够添加分析具有多于一种分析物的样品所需的所有试剂的单个仪器能够使用单个光谱仪作为检测器来进行所有测试。相反，由于表明已经达到了滴定终点的光谱响应不同，通常需要多个检测器。

提供一种自动滴定系统，其包括：反应歧管，其用于将含有未知浓度的一种或多种分析物的持续流动和更新的样品流与滴定剂混合；样品泵，其用于将所述持续流动和更新的样品流泵送到所述反应歧管中；第一滴定剂泵，其用于将所述第一滴定剂泵送到所述反应歧管中以接触所述持续流动和更新的样品流；多波长检测器，其用于检测所述分析物与所述第一滴定剂之间的反应的第一滴定终点；和控制器，其与所述样品泵、所述第一滴定剂泵和所述检测器通信地耦接，其中，所述控制器控制所述样品泵以设定所述持续流动和更新的样品流的流速，控制所述第一滴定剂泵以设定所述第一滴定剂的流速，并从所述检测器接收数据以检测所述分析物与所述第一滴定剂之间的反应的所述第一滴定终点，并且确定所述第一滴定终点处的分析物浓度。

此外，提供了一种自动滴定系统，其包括：反应歧管，其用于将含有未知浓度的分析物的分批样品流与第一滴定剂混合；样品泵，其用于将所述样品流泵送到所述反应歧管中；第一滴定剂泵，其用于将所述第一滴定剂泵送到所述反应歧管中以接触所述样品流；多波长检测器，其用于检测所述分析物与所述第一滴定剂之间的反应的第一滴定终点；和控制器，其与所述样品泵、所述第一滴定剂泵和所述检测器通信地耦接，其中，所述控制器控制所述样品泵以设定所述样品流的流速，控制所述第一滴定剂泵以设定所述第一滴定剂的流速，并从所述检测器接收数据以检测所述分析物与所述第一滴定剂之间的反应的所述第一滴定终点，并且确定所述第一滴定终点处的分析物浓度。

本文所述的自动滴定系统可以使样品流含有两种或更多种分析物。

另外，本文所述的自动滴定系统可以进一步包含第二滴定剂泵，其用于将第二滴定剂泵送到反应歧管中以接触分批样品流或持续流动和更新的样品流。多波长检测器可以进一步检测分析物与第二滴定剂之间的反应的第二滴定终点，控制器进一步通信地耦接到第二滴定剂泵，并且控制器进一步控制第二滴定剂泵以设定第二滴定剂的流速，并从检测器接收数据以检测分析物与第二滴定剂之间的反应的第二滴定终点，并且确定第二滴定终点处的分析物浓度。

本文所述的自动滴定系统可以使第二滴定剂与第二分析物反应。

本文所述的自动滴定系统可以进一步包含第三滴定剂泵，其用于将第三滴定剂泵送到反应歧管中以接触分批样品流或持续流动和更新的样品流。多波长检测器可以进一步检测分析物与第三滴定剂之间的反应的第三滴定终点，控制器进一步通信地耦接到第三滴定剂泵，并且控制器进一步控制第三滴定剂泵以设定第三滴定剂的流速，并从检测器接收数据以检测分析物与第三滴定剂之间的反应的第三滴定终点，并且确定第三滴定终点处的分析物浓度。

本文所述的自动滴定系统可以使第三滴定剂与第三分析物反应。

本文所述的自动滴定系统可以使多波长检测器能够检测紫外光到可见光范围内的信号。

同样，本文所述的自动滴定系统可以使多波长检测器为光谱仪。

本文所述的自动滴定系统可以使反应歧管包含处于滴定剂入口下游和检测器上游的液体混合器。

本文所述的自动滴定系统还可以进一步包含处于滴定剂入口上游和样品流入口下游的调节歧管。

本文所述的自动滴定系统可以使调节歧管包含液体混合器。

本文所述的自动滴定系统可以使调节歧管进一步包含混合回路。

本文所述的自动滴定系统可以进一步包含调节试剂泵，其用于将调节试剂泵送到调节歧管中以与持续流动和更新的样品流混合。

自动滴定系统可以使调节试剂为pH缓冲剂、反应催化剂、化学指示剂、螯合剂、表面活性剂、导电性改变用盐、离子对试剂、生物类化学物质或其组合。

本文所述的自动滴定系统可以使调节试剂包含碘化钾、硫酸、乙酸、淀粉指示剂、钼酸铵或其组合。

自动滴定系统可以使调节试剂泵进一步包含用于泵送第一调节试剂的第一调节试剂泵和用于泵送第二调节试剂的第二调节试剂泵。

自动滴定系统可以使第一调节试剂为金属碘化物，并且第二调节试剂为指示剂。

本文所述的自动滴定系统可以使调节试剂泵将调节试剂注入分批样品流或流动的样品流中，其中，控制器通信地耦接到调节试剂泵，并且被配置为控制调节试剂泵以设定注入持续流动和更新的样品流中的调节试剂的流速。

本文所述的自动滴定系统可以用于量化目标分析物的方法中。

例如，本文描述了一种用于量化样品流中目标分析物浓度的方法，其包含：以已知流速使样品流持续流动和持续更新通过包含歧管和多波长检测器的分析仪；通过向分析仪中连续添加滴定剂，并且通过在指定范围内增加或减小滴定剂的流速而改变滴定剂浓度来设定滴定剂浓度变化，以此来量化目标分析物浓度；以及在指定目标分析物浓度范围内检测样品流中目标分析物与滴定剂之间的反应的滴定终点。

或者，本文描述了一种用于量化分批样品流中目标分析物浓度的方法，其包含：将样品添加到包含歧管和多波长检测器的分析仪中；通过向分析仪中添加滴定剂，并且通过在指定范围内增加或减小滴定剂的流速而改变滴定剂浓度来设定滴定剂浓度变化，以此来量化目标分析物浓度；以及在指定目标分析物浓度范围内检测样品流中目标分析物与滴定剂之间的反应的滴定终点；其中样品流包含两种或更多种分析物。

量化方法可以使样品流包含两种或多种分析物。

方法可以使样品流进一步包含第二分析物。

本文所述的方法可以进一步包含通过向分批样品流或持续流动和持续更新的样品流中连续添加第二滴定剂来量化第二分析物。

方法可以使样品流进一步包含第三分析物。

量化方法可以进一步包含通过向分批样品流或持续流动和持续更新的样品流中连续添加第三滴定剂来量化第三分析物。

方法可以使样品的已知流速为约1μL/分钟至约200mL/分钟。

方法可以使样品的已知流速为约5mL/分钟至约25mL/分钟。

方法可以进一步包含以与目标分析物浓度成比例的浓度向样品流中连续添加调节试剂。

量化方法可以进一步包含使用距滴定剂添加点限定距离的多波长检测器来检测滴定终点，并且使用检测器与滴定剂添加点之间的距离、滴定剂的流速和系统体积来计算滴定剂浓度。

本文所述的方法可以进一步包含通过控制滴定剂的流速来改变其浓度，其中来自滴定的反应产物的检测器信号与滴定剂浓度及时相关。

方法可以进一步包含将已知浓度的校准物给予到样品流中，检测校准物浓度，并且计算响应。

量化方法可以进一步包含使用反馈回路控制滴定剂浓度，所述反馈回路响应于检测滴定剂与目标分析物之间的反应的检测器。

本文所述的方法，其中调节试剂处理样品流以改进对目标分析物的检测。

方法可以通过改进检测方法的灵敏度来改进对目标分析物的检测。

本文所述的方法可以使调节试剂为pH缓冲剂、反应催化剂、化学指示剂、螯合剂、表面活性剂、导电性改变用盐、离子对试剂、生物类化学物质或其组合。

量化方法可以使调节试剂包含碘化钾、乙酸、淀粉指示剂或其组合。

本文所述的方法可以取决于是否可以在指定目标分析物浓度范围内检测到滴定终点，来增加或减少持续流动和持续更新的样品流的流速。

图1是自动滴定仪100的示意图。控制器可以控制样品泵10、第一调节试剂泵12、第二调节试剂泵14、第三调节试剂泵16、第四调节试剂泵18、第一三通阀22、第二三通阀24、混合阀20、四通阀40、与阀44流体连通的第一滴定剂泵42、与阀46流体连通的第二滴定剂泵48和检测器60的参数。样品流动通过样品泵10、通过管线并通过混合阀20到达第一液体混合器30。第一调节试剂流动通过第一调节试剂泵12、通过管线并通过混合阀20到达第一液体混合器30。第二调节试剂流动通过第二调节试剂泵14、通过管线并通过混合阀20到达第一液体混合器30。第三调节试剂流动通过第三调节试剂泵16、通过管线并通过混合阀20到达第一液体混合器30。第四调节试剂流动通过第四调节试剂泵18、通过管线并通过混合阀20到达第一液体混合器30。一旦样品和第一至第四调节试剂在第一液体混合器30中混合，样品和调节试剂的混合物就变成调节过的样品，并流动通过四通阀40，其中从第一滴定剂泵42、第二滴定剂泵44中添加滴定剂，或从第一滴定剂泵42和第二滴定剂泵44两者中添加滴定剂。一旦将滴定剂添加到调节过的样品中，就会形成反应混合物，并流动通过第二液体混合器50到达检测器60。

图2是自动滴定仪200的示意图。控制器可以控制可变流速样品泵210、第一调节试剂泵236、第二调节试剂泵238、第三调节试剂泵240、第一选择器阀230、第二选择器阀232、第三选择器阀234，第一三通阀244、混合器阀242、第一液体混合器246，三通阀250、滴定剂泵260、选择器阀262、第二液体混合器270和检测器280的参数。样品流动通过样品泵210、通过管线并通过混合阀242到达第一液体混合器246。一系列调节试剂212、214、216连接到第一选择器阀230，并且接着连接到第一试剂泵236。第二系列调节试剂218、220、222连接到第二选择器阀232，并且接着连接到第二调节试剂泵238。第三系列调节试剂224、226、228连接到第三选择器阀234，并且接着连接到第三调节试剂泵240。一旦样品和一系列调节试剂在第一液体混合器246中混合，样品和调节试剂的混合物就变成调节过的样品，并流动通过第二三通阀250，其中第一滴定剂264、第二滴定剂266或第三滴定剂268流动通过第四选择器阀262和滴定剂泵260通过第二三通阀250进入样品流。然后，经调节的样品流动通过第二液体混合器270并到达检测器280。

可以使用多种已知用于标准品滴定的试剂，并且滴定剂的充分添加将导致样品发生变化。但是，在此连续模式操作中，“滴定剂的充分添加”的决定因素对应于滴定剂添加的速率和相对于样品流动的浓度(和样品浓度)。这是因为样品持续流动通过系统，因此新制样品被连续地馈送至包含第一液体混合器30或246、选择器阀40或三通阀250和第二液体混合器50或270的歧管中。

因此，如果添加滴定剂速度太慢，其将无法与调节过的样品充分反应，并且调节过的样品可能不会发生变化。换句话说，在给定的时间内，一定量的样品将流动通过系统中的特定点。为了实现所需变化，那么需要有合适体积的滴定剂也在相同时间流过此点，这对应于足够的流速。

所述过程可以使用来自检测器的反馈机制由控制器(如可编程逻辑控制器(PLC))来自动化。

滴定剂的流速可以以随时间非线性变化的量改变。例如，流速的指数增长将通过对流速进行较小改变同时所涉及的浓度较小而开始。随着时间推移，由于浓度变大(因为流速持续增加)，流速的小变化相比于现有浓度变得不必精确，并且流速会以较大量增加。

低浓度的分析物可以通过过程早期中浓度的微小变化来准确地分辨，而高浓度的分析物可在更短的时间内滴定，因为滴定剂的添加速率会随着时间的推移而更快地增加。

例如，低浓度的过氧化物和过酸可以通过过程早期中浓度的微小变化来准确地分辨，而高浓度的过酸和/或过氧化物可在较短的时间内滴定，因为滴定剂的添加速率会随着时间的推移而更快地增加。

此方法的优点是，借助足够快的光学装置，可以非常快速地完成每个注入点的分析。因此，只需在每个点上添加少量的滴定剂即可确定流速是否足以完成完全滴定，并且仅需要少量的滴定剂即可确定终点。此过程可以由设备(例如PLC)以与替代方案所述类似的方式来自动化，其中控制器可以控制样品和滴定剂的流速，借助光学装置检测滴定，并从流速计算浓度。在此实施例中，控制器执行确定“截止”点的附加任务，在所述“截止”点以上发生滴定而在其以下不发生滴定。

用于量化样品流中的目标分析物浓度的方法包括：以可变流速使样品流持续流动和持续更新通过包含歧管和多波长检测器的分析仪；通过向分析仪中连续添加滴定剂，并且通过在指定范围内增加或减小滴定剂的流速而改变滴定剂浓度来设定滴定剂浓度变化，以此来量化目标分析物浓度；以及在指定目标分析物浓度范围内检测目标分析物与滴定剂之间的反应的滴定终点。

本文所述的方法可以进一步包含第二滴定剂流动流，其中第二滴定剂流动流中的滴定剂浓度不同于第一滴定剂流动流中的滴定剂浓度。

本文所述的方法可以使样品的可变流速为约0.1μL/分钟至约1mL/分钟。本文所述的方法可以使样品的可变流速为约0.1μL/分钟至约0.75mL/分钟、约0.1μL/分钟至约0.5mL/分钟、约0.1μL/分钟至约0.25mL/分钟、约0.1μL/分钟至约0.1mL/分钟、约0.1μL/分钟至约75μL/分钟、约0.1μL/分钟至约50μL/分钟、约0.1μL/分钟至约25μL/分钟、约0.1μL/分钟至约10μL/分钟、约1μL/分钟至约1mL/分钟、约1μL/分钟至约0.75mL/分钟、约1μL/分钟分钟至约1mL/分钟、约1μL/分钟至约25mL/分钟、约1μL/分钟至约0.1mL/分钟、约1μL/分钟至约75μL/分钟、约1μL/分钟至约50μL/分钟、约1μL/分钟至约25μL/分钟、约1μL/分钟至约10μL/分钟、约5μL/分钟至约1mL/分钟、约5μL/分钟至约0.75mL/分钟、约5μL/分钟至约1mL/分钟、约5μL/分钟至约25mL/分钟、约5μL/分钟至约0.1mL/分钟、约5μL/分钟至约75μL/分钟、约5μL/分钟至约50μL/分钟、约5μL/分钟至约25μL/分钟或约5μL/分钟至约10μL/分钟。

本文所述的方法可以使样品的可变流速为约1mL/分钟至约200mL/分钟。

本文所述的方法可以使样品的可变流速为约1mL/分钟至约175mL/分钟、约1mL/分钟至约150mL/分钟、约1mL/分钟至约125mL/分钟、约1mL/分钟至约100mL/分钟、约1mL/分钟至约75mL/分钟、约1mL/分钟至约50mL/分钟、约1mL/分钟至约30mL/分钟、约2mL/分钟至大约200mL/分钟、约2mL/分钟至大约175mL/分钟、约2mL/分钟至大约150mL/分钟、约2mL/分钟至约125mL/分钟、约2mL/分钟至约100mL/分钟、约2mL/分钟至约75mL/分钟、约2mL/分钟至约50mL/分钟、约2mL/分钟至约30mL/分钟、约5mL/分钟至约200mL/分钟、约5mL/分钟至约175mL/分钟、约5mL/分钟至约150mL/分钟、约5mL/分钟至约125mL/分钟、约5mL/分钟至约100mL/分钟、约5mL/分钟至约75mL/分钟、约5mL/分钟至约50mL/分钟、优选约5mL/分钟至约30mL/分钟。

本文所述的方法可以使样品的可变流速为约200mL/分钟至约100L/分钟。本文所述的方法可以使样品的可变流速为约200mL/分钟至约75L/分钟、约200mL/分钟至约50L/分钟、约200mL/分钟至约25L/分钟、约200mL/分钟至约10L/分钟、约200mL/分钟至约5L/分钟、约200mL/分钟至约2L/分钟、约200mL/分钟至约1L/分钟、约500mL/分钟至大约100L/分钟、约500mL/分钟至大约75L/分钟、约500mL/分钟至大约50L/分钟、约500mL/分钟至约25L/分钟、约500mL/分钟至约10L/分钟、约500mL/分钟至约5L/分钟、约500mL/分钟至约2L/分钟、约500mL/分钟至约2L/分钟、约1L/分钟至约100L/分钟、约1L/分钟至约75L/分钟、约1L/分钟至约50L/分钟、约1L/分钟至约25L/分钟、约1L/分钟至约10L/分钟、约1L/分钟至约8L/分钟或约1L/分钟至约5L/分钟。

本文所述的方法可以使分析物浓度的检测范围在较低的样品流速下为较大范围，并且在较高的样品流速下为较小范围。

本文所述的方法进一步包含以与目标分析物浓度成比例的浓度向样品流中连续添加调节试剂。

本文所述的方法进一步包含使用距滴定剂添加点限定距离的多波长检测器来检测滴定终点，并且使用检测器与滴定剂添加点之间的距离、滴定剂的流速和系统体积来计算滴定剂浓度。

本文所述的方法进一步包含通过控制滴定剂的流速来改变其浓度，其中来自滴定的反应产物的检测器信号与滴定剂浓度及时相关。

本文所述的方法进一步包含将已知浓度的校准物给予到样品流中，检测校准物浓度，并且计算响应。

本文所述的方法可以进一步包含使用数学函数来改变滴定剂浓度，并确定特定目标分析物浓度范围内的滴定终点。

本文所述的方法可以使数学函数为线性函数、逐步函数、正弦函数、方波函数、指数函数或其组合。

本文所述的方法进一步包含使用反馈回路控制滴定剂浓度，所述反馈回路响应于检测滴定剂与目标分析物之间的反应的检测器。

本文所述的方法可以进一步包含使用指定目标分析物浓度范围内的逐步滴定剂浓度变化来测量滴定终点。

本文所述的方法可以使调节试剂处理样品流以改进对目标分析物的检测。

本文所述的方法可以通过改进检测方法的灵敏度来改进对目标分析物的检测。

本文所述的方法可以使调节试剂为pH缓冲剂、酸、反应催化剂、化学指示剂、螯合剂、表面活性剂、导电性改变用盐、离子对试剂、生物类化学物质或其组合。

本文所述的方法可以使用基于光的检测器来检测滴定终点。

在目标分析物与滴定剂完全反应时，可通过可检测到的变化来指示滴定终点。可检测的变化可以是分光光度变化。

滴定系统可用于为预期的滴定应用选择最佳波长。例如，取决于终点处分析物的类型、滴定剂和样品流的组成，可以确定检测终点处形成的特定化学物质的最佳波长。

基于光的检测器可以是光谱仪。

光谱仪可以使光通过固定的光学单元，其中光可由图像传感器检测到。

替代地，光谱仪可以将光反射到样品上并通过入口狭缝反射回去，在狭缝中光可以由图像传感器检测到。

本文所述的方法可以使调节试剂包含碘化钾、乙酸、淀粉指示剂、钼酸盐或其组合。

本文所述的方法可以取决于是否可以在指定目标分析物浓度范围内检测到滴定终点，来增加或减少持续流动和持续更新的样品流的流速。

本文所述的方法可包含使处理溶液持续流动通过包含歧管和检测器的分析仪；通过改变流速且由此在指定范围内改变滴定剂的浓度来量化目标分析物的浓度；以及在特定的目标分析物浓度范围内检测目标分析物与滴定剂之间反应的滴定终点。

可以作为调节试剂的各种试剂是本领域普通技术人员所众所周知的，并且可以应用于多种滴定系统。

对于本文所述的方法，目标分析物可包含过氧化氢、过氧乙酸、过甲酸、过氧辛酸或其组合。优选地，目标分析物包含过氧化氢、过氧酸或其组合。

对于本文所述的方法，滴定剂包含硫代硫酸盐。

对于本文所述的方法，调节试剂包含碘化钾、乙酸、淀粉指示剂、钼酸铵或其组合。

在本文所述的每种方法中，可以直接检测实际目标分析物浓度，或者可以通过检测目标分析物和滴定剂的反应产物的浓度来计算实际目标分析物浓度。

所述过程使得其可以在任何地方实施，例如在加工设施或其它不利于定期执行标准品滴定的工业或商业场所的取样点。

此外，整个过程可以在很短的时间内完成；大约2分40秒。在冲洗并准备系统以进行另一次测量之前，可以在更短的时间内确定数量；大约1分20秒。

本文所述的方法可以进一步包括校准步骤。可以在线执行校准步骤，以校准流速、测量值等。可以在每次滴定之前进行校准，以提高测量的准确性。可在预定次数的测量之后执行校准，或者可以由用户提示。可在不显著减慢分析程序的情况下执行在线校准。此类校准可以包括注入已知浓度的样品，并确认系统准确地测量了浓度。在一定程度上测量不准确；系统可以自我调整，以准确地测量已知浓度的样品。

替代地，一旦光学传感器感测到来自光源的任何辐射，就可以发出透明信号。如果颜色变化足够明显，如上文所述的蓝黑色到透明，则可以使用此类系统。但是，应注意，在使用适当的光学设备的情况下，为了使光学装置能够准确地检测出滴定终点，可能此类明显的颜色改变不是必需的。并非所有试剂都是必需的。例如，可在光学装置中包含某些光学器件的情况下省略淀粉指示符。

如本文所用，“量”是指一般可测量的量，例如质量、浓度、体积等。

已经详细描述了本发明，显而易见的是在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以进行修改和变化。

实例

提供以下非限制性实例以进一步说明本发明。

使用0.1N HCl溶液作为滴定剂，使用艺康(Ecolab)碱度测试试剂盒#301，对含有苛性碱的样品进行滴定。操作员将终点测量为10滴。光谱示出在图3A和图3B中。

图3B中10滴处的急剧拐点表明通过多波长检测器(例如滨松(Hamamatsu)C12666MA)测量得到滴定终点。

滨松C12666MA介接到实验室原型快速流式滴定仪，并用于通过在大约15ppm过酸样品上收集6-40ppm的每个测试浓度下的光谱来监测滴定终点。

LED源的光穿过邦纳(Banner)传感器模块下游紧邻的快速流动滴定仪的样品流。光谱示出在图4A中，并使用以下等式从样品、参考和暗信号计算出每个波长处的吸光度并在图4B中示出。

观察到，随着测试浓度增加，测得的吸光度降低。这是在三碘化物已完全还原为碘化物的终点(滴定终点)处，所测得的蓝色淀粉-三碘化物复合物向透明溶液的转变。

两个艺康自动滴定仪中目前采用的检测器使用测量680nm下的光的检测器。以上光谱表明，进行分析的最佳波长大约为550nm。接着将由C12666MA收集的550和680nm的吸光度数据与由邦纳传感器测得的滴定结果进行比较。

图5中的结果示出了吸光度与浓度曲线的相同趋势。吸光度值不相同的事实归因于以下事实：两个光学系统均未进行优化以使杂散光最小化。杂散光将非线性引入吸光度测量。

滨松C12666MA只是阵列光谱仪的一个实例，其可用于在使用所提到的仪器进行滴定过程中收集光谱数据。

通过将C12666MA收集的吸光度与认证标准品进行比较，来验证C12666MA响应的线性。使用C12666MA收集了图6中的HACH DR/检查标准品的光谱。

接着如上所述计算吸光度。

然后将样品的吸光度与所公布的波长下的认证吸光度进行比较。

将Radio Shack 276-0320白色LED用作此实验中的光源。请注意，偏差小于6％，表明认证标准品与使用C12666MA收集的数据之间有很强的一致性。如上所述，如果优化光学配置，则可以改进响应。

这些数据示出，微型光谱仪是自动滴定仪系统的可行检测器系统。然后，使用微型光谱仪可以使得终点转变不在680nm下的滴定能够用单个宽带检测器进行测量。

滨松C 12666MA用于监测光谱变化，因为使用了若干艺康现场测试试剂盒来滴定样品。上文所述的样品设置用于这些滴定。硬度测试试剂盒#307用于滴定实验室17格令水。手动滴定样品，然后在光学测试系统内滴定。测试的光谱和逐滴响应示出在图7A和7B中。

两个峰值525和620的运行结果示出了拐点在17滴处，其为操作员测量的终点。

在介绍本发明的要素或其一个或多个优选实施例时，冠词“一个(a/an)”和“所述(the/said)”打算意指存在一个或多个要素。术语“包含”、“包括”和“具有”打算为包括性的并且是指可能存在除所列要素外的额外要素。

鉴于以上内容，将看到实现了本发明的若干目的并且获得了其它有利的结果。

由于在不脱离本发明的范围的情况下可在方法中进行各种改变，因此希望在上文描述中含有的以及附图中所示的所有主题被解释为说明性的而非表示限制性的含义。

Claims (38)

1.一种自动滴定系统，其包含

反应歧管，其用于将含有未知浓度的分析物的样品流与第一滴定剂混合；

样品泵，其用于将所述样品流泵送到所述反应歧管中；

第一滴定剂泵，其用于将所述第一滴定剂泵送到所述反应歧管中以接触所述样品流；

多波长检测器，其用于检测所述分析物与所述第一滴定剂之间的反应的第一滴定终点；和

控制器，其与所述样品泵、所述第一滴定剂泵和所述检测器通信地耦接，

其中，所述控制器控制所述样品泵以设定所述样品流的流速，控制所述第一滴定剂泵以设定所述第一滴定剂的流速，并从所述检测器接收数据以检测所述分析物与所述第一滴定剂之间的反应的所述第一滴定终点，并且确定所述第一滴定终点处的分析物浓度。

2.一种自动滴定系统，其包含

反应歧管，其用于将含有未知浓度的分析物的持续流动和更新的样品流与第一滴定剂混合；

样品泵，其用于将所述持续流动和更新的样品流泵送到所述反应歧管中；

第一滴定剂泵，其用于将所述第一滴定剂泵送到所述反应歧管中以接触所述持续流动和更新的样品流；

多波长检测器，其用于检测所述分析物与所述第一滴定剂之间的反应的第一滴定终点；和

控制器，其与所述样品泵、所述第一滴定剂泵和所述检测器通信地耦接，

其中，所述控制器控制所述样品泵以设定所述持续流动和更新的样品流的流速，控制所述第一滴定剂泵以设定所述第一滴定剂的流速，并从所述检测器接收数据以检测所述分析物与所述第一滴定剂之间的反应的所述第一滴定终点，并且确定所述第一滴定终点处的分析物浓度。

3.根据权利要求1或2所述的自动滴定系统，其中，所述样品流包含两种或更多种分析物。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的自动滴定系统，其进一步包含

第二滴定剂泵，其用于将第二滴定剂泵送到所述反应歧管中以接触所述样品流；

其中，所述多波长检测器进一步检测所述分析物与所述第二滴定剂之间的反应的第二滴定终点，所述控制器进一步通信地耦接到所述第二滴定剂泵，并且所述控制器进一步控制所述第二滴定剂泵以设定所述第二滴定剂的流速，并从所述检测器接收数据以检测所述分析物与所述第二滴定剂之间的所述反应的所述第二滴定终点，并且确定所述第二滴定终点处的分析物浓度。

5.根据权利要求4所述的自动滴定系统，其中，所述第二滴定剂与第二分析物反应。

6.根据权利要求4或5所述的自动滴定系统，其进一步包含：

第三滴定剂泵，其用于将第三滴定剂泵送到所述反应歧管中以接触所述样品流；

其中，所述多波长检测器进一步检测所述分析物与所述第三滴定剂之间的反应的第三滴定终点，所述控制器进一步通信地耦接到所述第三滴定剂泵，并且所述控制器进一步控制所述第三滴定剂泵以设定所述第三滴定剂的流速，并从所述检测器接收数据以检测所述分析物与所述第三滴定剂之间的所述反应的所述第三滴定终点，并且确定所述第三滴定终点处的分析物浓度。

7.根据权利要求6所述的自动滴定系统，其中，所述第三滴定剂与第三分析物反应。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的自动滴定系统，其中，所述多波长检测器能够检测紫外光到可见光范围内的信号。

9.根据权利要求8所述的自动滴定系统，其中，所述多波长检测器是光谱仪。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的自动滴定系统，其中，所述反应歧管包含处于所述滴定剂入口下游和所述检测器上游的液体混合器。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的自动滴定系统，其进一步包含处于所述滴定剂入口上游和所述样品流入口下游的调节歧管。

12.根据权利要求11所述的自动滴定系统，其中，所述调节歧管包含液体混合器。

13.根据权利要求11或12所述的自动滴定系统，其中，所述调节歧管进一步包含混合回路。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的自动滴定系统，其进一步包含调节试剂泵，所述调节试剂泵用于将调节试剂泵送到所述调节歧管中以与所述样品流混合。

15.根据权利要求14所述的自动滴定系统，其中，所述调节试剂是pH缓冲剂、反应催化剂、化学指示剂、螯合剂、表面活性剂、导电性改变用盐、离子对试剂、生物类化学物质或其组合。

16.根据权利要求15所述的自动滴定系统，其中，所述调节试剂包含碘化钾、硫酸、乙酸、淀粉指示剂、钼酸铵或其组合。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的自动滴定系统，其中，所述调节试剂泵进一步包含用于泵送第一调节试剂的第一调节试剂泵和用于泵送第二调节试剂的第二调节试剂泵。

18.根据权利要求17所述的自动滴定系统，其中，所述第一调节试剂是金属碘化物，并且所述第二调节试剂是指示剂。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的自动滴定系统，其中，所述调节试剂泵将所述调节试剂注入所述样品流中，其中，所述控制器通信地耦接到所述调节试剂泵，并且被配置为控制所述调节试剂泵以设定注入所述样品流中的所述调节试剂的流速。

20.一种用于量化样品流中目标分析物浓度的方法，其包含：

将所述样品添加到包含歧管和多波长检测器的分析仪中；

通过向所述分析仪中添加滴定剂，并且通过在指定范围内增加或减小所述滴定剂的流速而改变所述滴定剂浓度来设定滴定剂浓度变化，以此来量化所述目标分析物浓度；以及

在指定目标分析物浓度范围内检测所述样品流中所述目标分析物与所述滴定剂之间的反应的滴定终点；

其中所述样品流包含两种或更多种分析物。

21.一种用于量化样品流中目标分析物浓度的方法，其包含：

以已知流速使所述样品流持续流动和持续更新通过包含歧管和多波长检测器的分析仪；

通过向所述分析仪中连续添加滴定剂，并且通过在指定范围内增加或减小所述滴定剂的流速而改变所述滴定剂浓度来设定滴定剂浓度变化，以此来量化所述目标分析物浓度；以及

在指定目标分析物浓度范围内检测所述样品流中所述目标分析物与所述滴定剂之间的反应的滴定终点。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述样品流包含两种或更多种分析物。

23.根据权利要求21中任一项所述的方法，其中，所述样品流进一步包含第二分析物。

24.根据权利要求23所述的方法，其进一步包含通过向所述样品流中连续添加第二滴定剂来量化所述第二分析物。

25.根据权利要求20至24中任一项所述的方法，其中所述样品流进一步包含第三分析物。

26.根据权利要求25所述的方法，其进一步包含通过向所述持续流动和持续更新的样品流中连续添加第三滴定剂来量化所述第三分析物。

27.根据权利要求20至26中任一项所述的方法，其中所述样品的已知流速为约1μL/分钟至约200mL/分钟。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述样品的已知流速为约5mL/分钟至约25mL/分钟。

29.根据权利要求20至28中任一项所述的方法，其进一步包含以与所述目标分析物浓度成比例的浓度向所述样品流中连续或分批添加调节试剂。

30.根据权利要求20至29中任一项所述的方法，其进一步包含：使用距滴定剂添加点限定距离的多波长检测器来检测所述滴定终点，并且使用所述检测器与所述滴定剂添加点之间的距离、所述滴定剂的流速和系统体积来计算所述滴定剂浓度。

31.根据权利要求20至30中任一项所述的方法，其进一步包含通过控制所述滴定剂的流速来改变其浓度，其中来自所述滴定的反应产物的检测器信号与所述滴定剂浓度及时相关。

32.根据权利要求20至31中任一项所述的方法，其进一步包含将已知浓度的校准物给予到所述样品流中，检测所述校准物浓度，并且计算响应。

33.根据权利要求20至32中任一项所述的方法，其进一步包含使用反馈回路控制所述滴定剂浓度，所述反馈回路响应于检测所述滴定剂与所述目标分析物之间的反应的检测器。

34.根据权利要求29至33中任一项所述的方法，其中所述调节试剂处理所述样品流以改进对所述目标分析物的检测。

35.根据权利要求34所述的方法，其中，通过改进检测方法的灵敏度来改进对所述目标分析物的所述检测。

36.根据权利要求29至35中任一项所述的方法，其中，所述调节试剂是pH缓冲剂、反应催化剂、化学指示剂、螯合剂、表面活性剂、导电性改变用盐、离子对试剂、生物类化学物质或其组合。

37.根据权利要求29至36中任一项所述的方法，其中所述调节试剂包含碘化钾、乙酸、淀粉指示剂或其组合。

38.根据权利要求21至37中任一项所述的方法，其中，取决于是否可以在所述指定目标分析物浓度范围内检测到所述滴定终点，来增加或减少所述持续流动和持续更新的样品流的流速。

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