维普资讯 http://www.cqvip.com 8 福建分析测试Fujian Analysis&Testing 智能光度滴定仪及其在酸碱滴定中的应用 姜能座 (福建省测试技术研究所,福州摘350003) 要:由便携式光谱测定仪(PORS一15)和数字滴定管(DAB一1)组成的智能光度滴定仪实现了滴定过程的全谱 适时监测,系统能根据三维滴定曲线自动判定滴定终点,自动给出测定结果。酸碱滴定的标准偏差为0.014mL。 关键词:光度滴定仪;三维滴定曲线;酸碱滴定 中图分类号:0657.72 文献标识码:A 文章编号:1009—8143(2008)03—0008—03 Intelligent Photometric Titration meter and its Application in Acid・-base Titration Jiang Nengzuo (Fujian Institute of Testing Technology,Fuzhou 350003,China) Abstract:The intelligent photometric titration meter consisted of portable spectrophotometer(PORS一15)and digital auto- matic buret(DAB一1)realized the online monitoring of the titration progression to bsaorption soctprum.This system can calcdme the titration terminal point and print the determination I-esults automatically by three—vision titration cul ̄e.The stndard devaiation of the acid—hase titration iS 0.014mL. Keywords:Photometic tirtration meter;Three—vision titration curve;Acid—base titration 义下的全谱监测。由于,当时数字滴定管的使用还 1 引言 滴定分析是所有化学实验中最常用的分析方 法,如溶液标定、常量成分测定等,滴定分析在分析 很少,便携式全谱直读光度计还未商品化生产,因 此仪器的自动化程度不是很高,而且体积较大,并 不能给实验室带来多大的方便,至今还很难普及应 用。智能光度滴定仪是在现代光学技术和数字计 算技术基础上发展起来的,它将光纤技术、PDA阵 列检测器和数字技术有机地结合在一起,彻底克服 实验室中不仅使用频率高而且工作量大,又容易引 进人为读数误差。分析化学一般把滴定分析分为 酸碱滴定、络合滴定、氧化还原滴定等,这些滴定的 终点都是由指示剂的颜色突变来确定,通过视觉判 了传统光度滴定仪的缺点,实现了全谱适时监测, 能自动终点判定,自动读数,自动给出结果。这样 大大降低了劳动强度,提高了工作效率,而且仪器 还是便携式的,具有很好的市场推广价值。 断由两次读数差来确定滴定体积从而计算物质的 含量。为了降低劳动强度,消除不同个体问的视觉 差异,提高工作效率和滴定的准确度,国内很早就 开始了光度滴定仪的研究,以前的光度滴定仪主要 借用传统的可见分光光度计通过加装蠕动泵和流 通池附件来监测滴定过程的颜色变化u0 J,属于非 2 智能光度滴定仪的原理和组成 2.1 智能光度滴定仪的原理 适时监测,即便使用发光二极管做光源 或采用光 纤做探头H 也只能实现双波长监测,近年研制成功 的自动光度滴定系统是采用三种颜色的LED做单 色光光源和用光电二极管做检测器 J,并非真正意 仪器采用高亮度发光二极管做光源,通过狭 缝、透镜聚光导人光纤探头,由光纤反回的光束经 平场凹面全息光栅分光后由NMOS PDA检测 (1024像素)进行全谱适时监测。滴定过程由数字 收稿日期:2008—1—28 作者简介:姜能座(1966~),男,高级工程师,从事分光光度分析和原子荧光光谱分析。E—mail:jnzcxw@sohu.corn 维普资讯 http://www.cqvip.com 姜能座:智能光度滴定仪及其在酸碱滴定中的应用 9 滴定管控制。这样,一个完整的滴定过程便可由一 张三维立体图来表现,X坐标代表波长,Y坐标表示 溶液的吸光度,z坐标为滴定体积,参见图2。 滴定过程中显色剂颜色的变化可由图2反应 1,这可通过指示剂的加入量来选择。完整的滴定 曲线三维图见图2,图2为滴定终点前后0.2mL的 光谱变化。从图中可以看出,滴定终点前(溶液为 蓝绿色)的最大吸收峰在614nm左右,滴定终点后 出来,若滴定过程显色剂的颜色是从A色变到B 色,则A到B的过度色即为滴定终点,那如何确定 滴定终点呢?众所周知,颜色A溶液在可见光谱区 必然有一最大吸收峰(A峰),同样颜色B溶液在可 (粉红色)的最大吸收峰移到482nm左右。整个滴 定过程通过谱图变化的适时监测,非常直观明了。 注:滴定体积为9.90~10.10mL,波长坐标起点为 420nm,每个刻度间隔2nm,波长坐标终点为 720nm 见光谱区也有一最大吸收峰(B峰),随着滴定的进 行,滴定体积的增加,溶液的颜色慢慢从A色变为 B色,吸收光谱的谱峰也由A峰逐渐变为B峰,最 大吸收峰会先从大慢慢变小后又慢慢变大,变到最 小时即为滴定终点,这个过程可由图3表示出来。 通过软件积分计算,就可方便地得到滴定终点的体 积。 定体积fmL) 2.2智能光度滴定仪的组成 本系统由便携式光谱测定仪(PORS一15)(北 京普析通用仪器有限责任公司)、DAB一1型数字自 动滴定管l(江苏电分析仪器厂)、便携式Pc机,vIs —图2滴定曲线三维视图 3.2酸碱滴定终点的确定 WIN应用软件、彩色喷墨打印机组成,系统框图 计算机的应用软件(软件流程图略)可以容易 见图1。通常传统的光度滴定仪的光电转换方式有 两种,一种是在分光光度计的样品室中放入滴定容 器或放入流通池,另一种则是采用光导纤维探 头 J。本系统采用浸入式、反射式光纤探头,根据 地计算出每个滴定体积下的溶液光谱曲线的吸收 峰值的波长及相应的吸光度值,若以滴定体积为横 坐标,以该体积下光谱吸收峰的吸光度为纵坐标, 即图2的S轴视图,这样就把原来的三维视图转变 需要可选择不同光程的探头。如图1。 成二维平面图,见图3 O VIS—WIN软件将自动对图 3进行拟合平滑并自动判定终点,计算机将自动显 示出图表和分析结果并由打印机输出。显然,图3 中滴定终点的体积为10.01mL。不仅如此,VIS— WIN软件设有空白滴定、溶液从有色到无色、溶液 从无色到有色等特殊情况下滴定终点的判定功能。 O.7 图1系统框图 Fig・ 1 Block diagram of system 三 、 3智能光度滴定做在酸碱滴定中的应用 3.1酸碱滴定曲线 O.2 9.9 9.94 9.98 lO.OZ lO.06 lO.1 滴定体积(V/mL) 以0.05mol/L的盐酸标准溶液滴定氢氧化钠 溶液,用甲基橙一溴甲酚绿为指示剂,滴定过程溶 液颜色从蓝绿色变为粉红色,光谱监控范围为 420nm一720nm,起始最大吸光度一般控制在小于 图3滴定曲线z轴视图 3.3酸碱滴定结果 用甲基橙一溴甲酚绿为指示剂,以0.05mol/L 的盐酸标准溶液滴定10.00mL氢氧化钠溶液 维普资讯 http://www.cqvip.com 10 福建分析测试 研究报告 (0.05mollL),滴定过程溶液颜色从蓝绿色变为粉 红色,光谱监控范围为420nm~720nm,平行滴定6 次,滴定结果见表1,其标准偏差为0.014mL,相对 标准偏差为0.14%。 表1 HC1标准溶液滴定Na0H溶液的结果(甲基橙一溴甲酚绿) 次数 HC1,mL HC1,mL 4.83 4.79 4.80 4.80 4.81 4.81 表2 HC1标准溶液滴定Na0H溶液的结果(酚酞) 次数 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 平均,x 4.81 10.0210.01 9.99 10.01 10.0010.03 标准偏差,S 相对标准偏差,S/X 0.014 平均,x 标准偏差,S 相对标准偏差,S/X 10.01 0.014 0.14 0.29 用酚酞为指示剂,以0.05mol/L的盐酸标准溶 样品溶液、滴定剂、指示剂一样,用手工滴定和智能 滴定仪滴定,其测定结果具有很好的可比性。由于 液滴定5.00mL氢氧化钠溶液(O.05mol/L),滴定过 程溶液颜色从粉红色变为无色,光谱监控范围仍为 滴定过程是由光谱仪适时监控的,实验室人员可以 ・420nm~720nm,平行滴定6次,滴定结果见表2,其 标准偏差为0.014mL,相对标准偏差为0.29%。 以上结果表明,采用智能光度滴定仪进行酸碱 滴定分析,能很好地消除了在传统目视滴定中的视 觉误差(人体正常视觉误差在0.02mL以上),且正 滴与反滴的标准偏差相一致,这在目视滴定中是难 以做到的。采用智能光度滴定仪进行酸碱滴定分 析滴定误差主要来源于数字滴定管的进样误差,减 少这种滴定误差的最好办法就是提高滴定体积,以 降低相对标准偏差。 很直观地看到滴定过程中的光谱变化,对分析结果 的可靠性能一目了然。 智能光度滴定仪采用了数字滴定管、浸入式光 纤探头、高亮度发光二极管做光源、平场凹面全息 光栅、NMOS PDA检测器等现代先进技术,实现了 适时光谱监控,具有测定结果准确、自动化程度高、 操作简便、适用性强等特点,具有很好的市场开发 前景。 参考文献 [1]杨建男,张燕华 邵明异.流通池光度滴定法应用一一络 合反应中的质子释放数测定.分析化学,1993,21(2): 228~230. 4结论 采用便携式光谱测定仪和数字滴管组成的智 能光度滴定仪体积小巧轻便,性能稳定可靠,滴定 精度高,相对标准偏差小,且适用于酸碱滴定、络合 滴定、氧化还原滴定等大多数容量分析法。由于系 统自动化程度高,操作简便,可大大降低容量分析 的劳动强度,提高工作效率,几分钟就能完成一次 滴定。滴定系统平行测定结果的重复性好,消除了 在传统目视滴定中的视觉误差和个体视力差异引 进的误差,提高了分析的准确度。事实表明,只要 [2]杨建男,刘俊,王瑞.流通池光度滴定法应用一一多元络 合物组成的快速测定.分析化学,1993,21(11):1279~ 1281. [3]黄思义.发光二极管双波长光度滴定装置.分析试验室, 1990,8(1):52~53. [4]朱建中,金云龙,薛静淇.光纤双波长光度滴定仪的研制 及其运用.分析实验室,1990,9(3):55~58. [5]方建安,方晖,杨坤玺.一种微机控制的自动光度滴定系 统.分析化学,1996,24(10):1233~1236.