[发明专利]自动滴定仪

说明书

本发明涉及一种分析化学自动测量仪器-测量滴定液体电阻设计的自动滴定仪。

滴定技术是一般化学分析室、检验部门普遍使用经典测量方法，目前多数仍用人工操作，对于大批量样品滴定既费时费人力又易出差错，自动滴定仪为这一领域的工作提供了很大方便。目前国内外已有多种型号的自动滴定仪，例如上海雷磁仪器厂的自动电位滴定仪系列，美国COLE-PARMER仪器公司自动滴定仪，奥立龙研究有限公司ORiON9600自动滴定仪，法国科梅夫仪器公司TTP2自动滴定仪，瑞士梅特勒（METTLER）公司产品等。自动滴定仪的关键技术是滴定液体积的精确快速测量，采用的原理有以下几种：（1）用步进电机带动的柱塞式结构，（2）电脉冲控制定量气体压出滴定液，（3）控制滴定液恒定流速测量滴出时间。有关的发明专利有（a）测量溶液与外加电极产生的电容（公告号2000149），（b）用天平称量滴定液法（公告号1042989），上述几种专利文献在这方面报导，多数结构复杂制造工艺有一定的难度，仪器造价高，有的则可能因测定精度低难于普及使用。

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种结构简单，自动化程度高，操作方便，测量精度高。仪器造价低，能普遍推广使用并大批量生产的仪器。

实现本发明技术方案是：

用溶液的体电阻作为溶液体积或液面高度的精确量度法。假设要测量的溶液有一定的导电性（例如电阻率在10²Ωmm²/m以下）装在形状为规则的柱型容器中，可以认为溶液的体积与柱状容器的高度成正比例，在容器的高度方向置两根平行电极，用恒流脉冲电源从电极测量溶液体积V相应的电阻R，V与R成反比关系，即V·R＝C（常数），如果已知某一标准体积V₀（可以由其他方法如天平精确称量），测得对应的电阻值R₀，求出常数C，对于同一种溶液，不同体积V可由测量相应的电阻R值而得出。

按以上方法设计一台新型的自动滴定仪，其主要结构均见原理示意图，该装置系由贮液瓶（3）、电磁阀（5、10、11）、测量杯（8）、测量电极（7）、样品杯（13）、直流马达（16）等部件组成，现将各部件设计原则及使用方法分述如下：

滴定仪测量杯（8）可以取不同的形状，从加工方便取圆柱体最好，从性能考虑，细长圆柱体电极距离近，制作困能，电阻值小误差大，扁平的测量杯电极制作和电阻值测量都有利，但仪器的微小振动产生液面的波动会增加测量误差，测量杯可由化学性能稳定，不吸附水分的材料制成，如玻璃或聚四氟乙烯。

杯内设置两根平行测量电极（7）和液面控制电极（6），电极（7）形状是圆柱，直径0.5～2mm，直径小难于保证加工均匀和装置平行，而且表面的电流密度大易沾污使测量不稳定，表面积小，测量电阻值大可以减小测量误差，选取圆柱直径大的测量电极，电阻值小误差会增加，但对加工、装配和防止沾污都有好处，电极的材料由导电性良好、化学性稳定的贵金属材料制成，例如铂（Pt）、金（Au）、铱（Ir）或电镀黄金的其他金属。

测量电阻的电源不用直流电，因为直流电对溶液产生电解作用，电极表面也很易沾污，采用频率500～5000Hz的恒流脉冲电源，脉冲电流50～500μA，太弱的电流相应较低的测量电压使测量误差加大，但太大的电流会影响电极的寿命，造成测定不稳定。

测量由单片机控制，长时间通电对电极的寿命不利，一般只取5～10秒钟测量的平均值。因为溶液的电阻值与温度的关系很大，温度增加1℃电阻值约降低2%。为了保证测量精度在0.1～0.2%，将贮液瓶（3）、电磁阀（5、10、11）、测量杯（8）置于恒温系统（9）内，温度恒定在比室温略高的35～40℃，恒温精度±0.01～0.05℃。

仪器的其余部分，滴定液经电磁阀门V2（10）块通道和V3（11）慢通道流入样品杯（13）。实际应用中，大批量样品多数已知样品的浓度范围。例如预计加入10ml滴定剂，先由单片机控制快速放出9ml，然后关闭快通道，仅由慢通道流入样品杯，这样既节省滴定时间，又保证测量精度。如果事先无法预定滴定剂的数量，便仅由慢通道从零开始将滴定剂流入样品杯。样品液中有直流电机（16）带动的磁搅拌器（15），使样品液快速均匀混合，样品液的pH值由复合式pH玻璃电极（12）测量，在等当点时给出信号关闭慢流通道阀门。溶液的pH值与温度有关。在样品杯中装有温度测量探头（14），数字显示的样品浓度和pH值都是经温度自动修正后的结果。