CN103310396A

CN103310396A - 一种基于自动识别技术的教学实验样品的生产和使用链

Info

Publication number: CN103310396A
Application number: CN2013102770143A
Authority: CN
Inventors: 孙锡泉; 马兆立; 王帆; 王璐
Original assignee: Qingdao University
Current assignee: Qingdao University
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: WO2015000408A2; CN103310396B

Abstract

本发明是一种教学实验样品的生产和使用链，属于教育产业领域，特别是一种基于自动识别技术的教学实验样品的生产和使用链。基于自动识别技术的教学实验样品的生产和使用链，包括样品分析与优化环节、样品生产与运输环节、样品分配与使用环节，每份样品或者样品的包装上随机贴上包含有唯一性编码信息的标签，每份样品的定量特性数值和对应的唯一性编码信息录入定量特性数据库并建立关联。本发明提供的方法极大地提高了学生对待实验的认真程度、投入程度，督促学生负责地完成实验，提高学生的实验能力和水平。本发明提供的方法极大地降低了实验指导教师的劳动强度、提高了实验指导教师的工作效率。

Description

一种基于自动识别技术的教学实验样品的生产和使用链

技术领域

本发明是一种教学实验样品的生产和使用链，属于教育产业领域，特别是一种基于自动识别技术的教学实验样品的生产和使用链。

背景技术

实验课程在培养学生动手能力方面有着不可替代的作用。很多实验需要使用实验样品。

实验样品可以分为消耗性和重复性使用的两类，例如电工电子实验《交流参数的测定》中要用交流电压表、电流表和功率表测量交流电路中的阻抗及元件参数，交流电路所使用的元件测量完毕后经拆卸整理可继续用于下次实验，这样的可以重复多次使用的测试样品就是重复性使用的样品，而分析化学实验《混合碱中碳酸钠和氢氧化钠含量的测定》中使用的混合碱样品测定出结果后样品就被消耗掉了，这样的一次性使用的样品就是消耗性样品。

实验中要测试实验样品的各种特性，这些特性可以是样品的物理特性，也可以是化学特性、生物特性等。这些特性可以是使用数据表征的定量特性，也可以是使用语言描述的定性特性，例如电工电子实验《交流参数的测定》中要用交流电压表、电流表和功率表测量交流电路中的阻抗及元件参数，这个交流电路的阻抗及元件参数就是实验要求测定的定量特性；分析化学实验《混合碱中碳酸钠和氢氧化钠含量的测定》中测定的特性是混合碱中Na₂CO₃和NaOH的百分含量，这两个实验中的特性就是定量特性；有机分析实验中的《初步审察和灼烧试验》中的灼烧试验就是通过能否燃烧、有无黑烟、火焰颜色、有无残渣等定性现象来初步判断待测物质的种类。

实验样品定量特性的测定中经常出现的现象就是数据的借鉴或者抄袭。

一般来说，重复使用的样品都是按照统一规格购买或者装配，所测的样品特性不存在显著性差异，也就是说实验人员测出来的样品特性的结果基本一致。因此经常出现实验室内一组人员测定出样品特性数据后，其他组在这个数据基础上稍加修改，甚至不加修改就作为自己组测定样品特性的数据上交的情况。

虽然消耗性样品需要经常配制，批次之间的样品特性可能存在显著性差异，但是同批次样品的不同实验人员的定量特性测定结果应该是基本一致的。因为同一次实验基本使用同批次样品，所以也会出现上面所述的数据的借鉴或者抄袭的情况，即实验室内一组人员测定出样品特性，其他组在这个数据基础上稍加修改，甚至不加修改就作为自己组测定样品特性上交的情况。

一种改进是：实验指导教师准备几种所测定量特性的数值具有显著性差异的样品，将几种样品编号后放置在实验台上，学生实验时选择其中的一种测定，由于学生能够知道样品编号和测定该号样品的其他同学，只要用该种样品的同学中的一组人员测定出样品特性，其他使用同样样品的小组也可以在这个数据基础上稍加修改，甚至不加修改就作为自己组测定样品特性上交，还是难以避免数据的借鉴或者抄袭的现象。

更进一步的改进是：实验指导教师准备几种所测定量特性的数值具有显著性差异的样品并按照每组实验所需的量进行分装，实验开始时将分装好的样品随机发放给学生，由于学生不清楚自己拿到的是何种实验特性的样品，因此只能自己认真测定、计算结果。学生测定后将结果上报实验指导教师，实验指导教师将学生测定的样品结果和该样品的标准结果比对，确认学生实验结果的准确性。

这种情况可以避免上述的数据借鉴或者抄袭现象，但是也显著增加了实验指导教师的实验样品准备工作量。

当只需要准备一种样品时，测定定量特性的样品准备只包括样品制备、样品定量特性的测量等步骤。以《混合碱中碳酸钠和氢氧化钠含量的测定》为例，需要称取一定量的Na₂CO₃和NaOH，混合均匀，装入样品瓶，实验教师准确测定样品中的Na₂CO₃和NaOH的含量并将其作为标准值，然后将样品瓶摆放在实验台上，由学生自行取用。

当准备几种所测定量特性的数值具有显著性差异的样品时，测定定量特性的样品准备不仅包括多种样品制备及样品定量特性的测量等步骤，还有要将多种样品独立分装，随机编号，并将这些编号和对应的样品所测定量特性的数据记录备查。从实际工作来看，准备两种样品的工作量是单独准备一种样品工作量的3-4倍。由于准备多种样品导致工作量明显增加，很少有实验室采用准备多种样品这种方案。

对于消耗性样品而言，不管是准备一种还是多种样品用于测量，每个实验室准备的样品量还是很少的，小批量的样品对于生产厂家来说没有任何驱动力。

本发明针对上述问题，提供一种基于自动识别技术的规模化的教学实验样品的生产和使用链，通过提高单种教学实验样品的需求量，吸引生产厂商进入教学实验样品生产领域，从而实现教学实验样品生产的规模化、商业化。

自动识别技术包括条形码技术、磁条磁卡技术、IC卡技术、射频技术、光学字符识别、生物特征识别等技术，这些技术涉及计算机、光学、磁学、物理、机电、通信技术、生物科学等多门学科。目前自动识别技术已经广泛在商业、工业、交通运输业、邮电通信业、物资管理、物流、仓储、医疗卫生、安全检查、餐饮、旅游、票证管理以及军事装备等国民经济各行各业和人们的日常生活中得到广泛应用，例如在医院检验标本过程中自动识别技术中的条形码技术应用，但是在教学实验样品中尚无应用。

发明内容

1.一种基于自动识别技术的教学实验样品的生产和使用链，其特征是：

基于自动识别技术的教学实验样品的生产和使用链包括样品分析与优化环节、样品生产与运输环节、样品分配与使用环节；

样品分析与优化环节是这样工作的：

首先搜集整理不同学校的相同学科的教学实验室开设的相同实验课程的教学安排、实验指导书，统计相同实验项目所需的样品的品种和数量；

对相同实验项目，分别按照各实验室的不同实验指导书中规定的实验步骤进行实验，研究出该实验项目的最佳实验步骤、样品的定量特性结果的最佳范围、样品形式、样品的最佳量，采用该实验项目的最佳实验步骤、样品的定量特性结果的最佳范围、样品最佳量来设计该实验项目的标准化实验，并撰写该实验项目的标准化实验指导书，实现该实验项目的标准化、规范化；

样品生产与运输环节是这样工作的：

统计出愿意使用标准化实验指导书进行标准化实验的学校、实验室的数量以及实验学生人数，由实验学生人数和实验学生所需的样品最佳数量的乘积计算出每个实验项目的样品理论需要量，由于总会有损耗，因此样品理论需要量再乘以损耗系数计算出样品供应量；

在样品的定量特性结果的最佳范围内选取2-30个具有显著性差异的数值作为样品的预期定量特性，按照样品的预期定量特性确定样品生产时所需的数据参数，按照计算出的样品生产数据参数生产出所测定量特性有显著性差异的每种样品，测量每种样品的定量特性数据并录入数据库作为该种样品的定量特性数据的标准值，生产出的所测定量特性有显著性差异的2-30种实验样品的量之和等于样品供应量；

将样品做成适于每个实验组使用的独立包装样品，并在每份样品或者样品的包装上随机贴上包含有唯一性编码信息的标签，将每份样品的定量特性数值和对应的唯一性编码信息录入定量特性数据库并建立关联；

统计每个开设标准化实验的实验室需要的独立包装样品量，并运送该量的独立包装样品到该实验室，将相应的独立包装样品的定量特性数据库发送到该实验室，储存到样品计算机管理系统中；

样品分配与使用环节是这样工作的：

学生在实验前随机领取独立包装样品并将自己领取的样品标签上的唯一性编码信息录入进样品计算机管理系统中；

样品计算机管理系统接收到该学生发送的唯一性编码信息后在定量特性数据库中查找到该样品的所测定量特性标准值，建立该学生及其所领取样品的所测定量特性标准值的关联；

学生完成实验后向样品计算机管理系统输入学生测量的定量特性数值的结果，样品计算机管理系统将该学生所领取样品的所测定量特性标准值和学生测量的定量特性数值进行比对，评定出学生测试结果准确的情况，给出学生测量的定量特性数值的准确度。

2.根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的教学实验样品的生产和使用链，其特征是：

所述的相同实验项目是指测量同种样品的同样定量特性的实验项目，

例如，有的《分析化学实验》中有《食醋中醋酸含量的测定》、另外一些版本《分析化学实验》中则有《食醋中总酸度的测定》，实际上食醋中的酸主要是醋酸，还含有少量其它弱酸如乳酸等。这两个名称不同的实验都是以酚酞为指示剂，用NaOH标准溶液滴定，测出的是酸的总量，即总酸度，只是结果按醋酸计算。这两个实验都是测定食醋中的以醋酸计算的总酸度，因此这两个实验是相同实验项目。

3.根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的教学实验样品的生产和使用链，其特征是：

所述的定量特性，是实验项目中要求测量、测定的样品的一种或几种可以定量的性质，

例如《电工电子实验》中《伏安特性的测试》的实验就要求用逐点法测量线性电阻元件和非线性元件的伏安特性曲线，线性电阻元件和非线性元件就是用于测量的样品，伏安特性曲线就是需要测量的定量特性。

4.根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的教学实验样品的生产和使用链，其特征是：

所述的损耗系数是这样确定的：

统计某个实验项目在不同实验室不同年度的样品实际消耗量，再将统计到的每个实验室每个年度的样品实际消耗量除以样品理论需要量得到一系列的样品损耗比，选取数值最大的损耗比作为损耗系数Sj，j为实验项目序号。

5. 根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的教学实验样品的生产和使用链，其特征是：

所述的唯一性编码装载于条形码标签、二维码标签、磁卡标签、IC卡标签、射频标签等载体中，借助唯一性编码信息读取装置读取；

所述的唯一性编码信息读取装置是指条形码扫描仪、二维码扫描仪、磁卡读写器、IC卡读写器、射频芯片读写器等；

特别优选地，所述的唯一性编码装载于条形码标签载体中，借助条形码扫描仪读取。

6.根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的教学实验样品的生产和使用链，其特征是：

所述的唯一性编码是特征组合码，由6-17位数字本体码和1位数字校验码组成，排列顺序从左至右依次为：0-6位代表实验课程所属二级学科的数字码、1-4位代表实验课程的数字码、1-2位代表实验项目的数字码、4-5位实验样品顺序码和1位校验码；

特别优选地，所述的唯一性编码由6位代表实验课程所属二级学科的数字码、2位代表实验课程的数字码、2位代表实验项目的数字码、5位实验样品顺序码和1位校验码组成。

下面，进一步举例说明如何编制实验样品上的条形码。

本科化学系《分析化学实验》中《胃舒平药片中的镁铝含量测定》使用的样品是通用名为复方氢氧化铝的西药，商品名胃舒平。代表实验课程所属二级学科的数字码可以采用教育部颁布的高校专业目录中的代码，化学为070301，代表实验课程的数字码设为2位，一般分析化学排在无机化学之后，编码为02，代表实验项目的数字码设为2位，一般按照实验教材中的顺序号排列，这里定位15，实验样品顺序码是按照阿拉伯数字顺序依次排下来的，这里采用5位数字码，从00000开始，至99999结束，假设该份样品为00623。

从现有的常规方法中任意选择一种合适的校验码生成方法即可，例如：使用MSI条形码编码方法中的校验码生成方法来生成1位校验码。

依照上述的条形码生成原则，某份胃舒平样品的条形码中的数字本体码为070301021100623，使用MSI条形码编码方法，将070301021100623输入MSI条形码生成器，MSI条形码生成器将会输出该份胃舒平样品完整的条形码数字码为0703010211006233和对应的条形码图形。

上述的举例并不是限定条形码的编制方法，仅是为了举例说明实验样品上的条形码的编制方法。实际的条形码编制方法只要符合“0-6位代表实验课程所属二级学科的数字码、1-4位代表实验课程的数字码、1-2位代表实验项目的数字码、4-5位实验样品顺序码和1位校验码”的原则即可。

代表实验课程所属二级学科的数字码可以是0位，也就是不使用代表实验课程所属二级学科的数字码，这样可以减少条形码位数，能够在同样的印刷面积中印制更清楚的条形码图形。

7.根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的教学实验样品的生产和使用链，其特征是：

所述的样品生产时所需的数据参数，是指为了生产具有预期定量特性的样品，反向推导出的设计图中、生产任务书中的各项定量参数。

8. 根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的教学实验样品的生产和使用链，其特征是：

所述的样品供应量是这样计算的：

第j个实验项目所需的样品供应量的计算：

N个实验室中的第Ni个实验室有Mi名学生做第j个实验项目，所要准备的样品量Yj：

所有N个实验室在第j个实验项目上的样品供应量Yj_总：

（i从1至N）。

权利要求1中提到：“在样品的定量特性结果的最佳范围内选取2-30个具有显著性差异的数值作为样品的预期定量特性，按照样品的预期定量特性计算样品生产时所需的数据参数，按照计算出的样品生产数据参数生产出所测定量特性有显著性差异的每种样品，测量每种样品的定量特性数据并录入数据库作为该种样品的定量特性数据的标准值；生产出的所测定量特性有显著性差异的2-30种实验样品的量之和等于样品供应量；将样品做成适于每个实验组使用的独立包装样品，并在每份样品或者样品的包装上随机贴上包含有唯一性编码信息的标签，将每份样品的定量特性数值和对应的唯一性编码信息录入定量特性数据库并建立关联”。

下面以《分析化学实验》中《混合碱中氢氧化钠和碳酸钠含量测定》的混合碱样品的准备为例来进一步说明上述权利要求。

混合碱系指NaOH和Na₂CO₃或Na₂CO₃和NaHCO₃等类似的混合物，可采用双指示剂法进行分析，并测定各组分的含量。

若混合碱是由NaOH和Na₂CO₃组成，先以酚酞作指示剂，用HCl标准溶液滴至溶液褪色，这时NaOH全部被滴定，而Na₂CO₃只被滴到NaHCO₃，此时为第一终点，记下用去HCl溶液的体积V₁。然后加入甲基橙指示剂，用HCl继续滴至溶液由黄色变为橙色，此时NaHCO₃被滴至H₂CO₃，记下用去的HCl溶液的体积为V₂，此时为第二终点。显然V₂是滴定NaHCO₃所消耗的HCl溶液体积，而Na₂CO₃被滴到NaHCO₃和NaHCO₃被滴定到H₂CO₃所消耗的HCl体积是相等的。

Na₂CO₃消耗标准溶液的体积为2V₂，NaOH消耗标准溶液的体积为V₁与V₂之差，据此可求得混合碱中NaOH和Na₂CO₃的含量。

作为教学实验，要求V₁、V₂的相对误差均较小，同时两者含量又不宜过低，因此混合碱样品设定为V₁约为V₂的2倍左右。经过计算，混合碱样品NaOH和Na₂CO₃物质的量之比约为1：1，质量百分含量约为30%和70%。

考虑最简单的一种情况，配制两种不同NaOH和Na₂CO₃含量的混合碱试样，但是NaOH和Na₂CO₃的质量百分含量在30%和70%左右，设定其中一种命名为混合碱样品A，NaOH和Na₂CO₃的质量百分含量分别为29%和71%，另外一种命名为混合碱样品B，NaOH和Na₂CO₃的质量百分含量分别为31%和69%。

这两组数据具有显著性差异，可以作为样品的预期定量特性。

现假设有2000名学生需要做实验，每个包装内填装1克样品供一名实验人员使用，考虑到重做等因素，损耗系数按照前面提及的方法确定为1.2，需要两种样品的总量为2.4千克，2400个每包1克的包装。

现在设定每种样品可以各占一半，即每种样品为1.2千克，1200个每包1克的包装。实际上每种样品的比例不必一定相等，只要每一种样品的量足够多，能够满足生产最小量要求，同时样品总量达到要求即可，例如上面两种样品也可以采用一种样品生产1.0千克，1000个每包1克的包装，相应的另外一种样品为1.4千克，1400个每包1克的包装的比例。

这就是所述的“生产出的所测定量特性有显著性差异的2-30种实验样品的量之和等于样品供应量”。

本例中按照每种样品各占一半，即每种样品为1.2千克，1200个每包1克的包装进行生产。

混合碱样品A需要372克NaOH和828克Na₂CO₃，混合碱样品B需要348克NaOH和852克Na₂CO₃。

至此，按照样品的预期定量特性已经计算出样品生产时所需的数据参数：2种样品，每种1200克，1200个每包1克的包装，混合碱样品A需要372克NaOH和828克Na₂CO₃，混合碱样品B需要348克NaOH和852克Na₂CO₃。

分别称取372克NaOH和828克Na₂CO₃，混合均匀，每次称量1克，装入聚乙烯包装袋中，制得1200包混合碱样品A。

分别称取348克NaOH和852克Na₂CO₃，混合均匀，每次称量1克，装入聚乙烯包装袋中，制得1200包混合碱样品B。

从混合碱样品A、混合碱样品B中随机抽取各3包，每包平行测定3次混合碱中NaOH和Na₂CO₃含量，将测得的结果录入定量特性数据库作为该种样品的定量特性数据的标准值。

将混合碱样品A的1200个小包装上随机贴上编号不同的条形码标签，将条形码标签扫描到定量特性数据库内，将混合碱样品A的1200个小包装的条形码信息和定量特性数据库内的混合碱样品A的定量特性数据的标准值建立关联。

同样处理混合碱样品B的1200个小包装。

这就是所述的“将样品做成适于每个实验组使用的独立包装样品，并在样品或者样品的包装上贴上基于自动识别技术的包含有唯一性编码信息的标签，将每个包装内样品的定量特性数值和对应的唯一性编码信息录入定量特性数据库并建立关联”。

本发明提供的方法极大地提高了学生实验的认真程度、投入程度，督促学生负责地完成实验，提高学生的实验能力和水平；本发明提供的方法极大地降低了实验指导教师的劳动强度、提高了实验指导教师的工作效率。

具体实施方式

本发明申请以化学专业《分析化学实验》课程的样品准备为例提供一种具体实施方式。

首先搜集整理不同学校、院系的相同学科的教学实验室开设的相同实验课程的教学安排、实验指导书，统计相同实验项目所需的样品的品种和数量；

借助网络、同学等多种方式搜集了多所高校的化学专业《分析化学实验》课程，例如高校A开设有1、清点、洗涤仪器，2、天平称量练习，3、滴定操作练习，4、玻璃量器校准，5、有机酸摩尔质量的测定，6、工业纯碱含量的测定，7、铅铋合金的连续滴定，8、自来水硬度的测定，9、铁矿中铁含量的测定，10、碘量法测定铜，11、重量法测定钡，12、光度法测定铁等12个实验。

将多家高校的实验项目整理，有22个分析化学实验被各实验室经常选用，基本涵盖了《分析化学实验》的经典项目，定为需要进行标准化的实验项目，这22个实验是：

1、分析天平称量练习，2、滴定分析基本操作练习，3、工业纯碱总碱度测定，4、有机酸摩尔质量的测定，5、食用白醋中醋酸浓度的测定，6、硫酸铵肥料中含氮量的测定（甲醛法），7、混合碱中NaOH和Na₂CO₃含量的测定，8、自来水硬度的测定，9、铝合金中铝含量的测定，10、铋、铅含量的连续测定，11、胃舒平药片中Al₂O₃和MgO含量的测定，12、白云石中钙、镁含量的连续测定，13、H₂O₂含量的测定（高锰酸钾法），14、水样中化学耗氧量的测定（高锰酸钾法）， 15、铁矿中全铁含量的测定（无汞定铁法），16、间接碘量法测定铜合金中铜含量，17、水果中抗坏血酸（Vc）含量的测定，18、氯化物中氯含量的测定（莫尔法），19、二水合氯化钡中钡含量的测定（硫酸钡沉淀重量分析法），20、邻二氮菲吸光光度法测定铁，21、水样中六价铬的测定，22、硅酸盐水泥中SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO和MgO含量的测定。

针对相同实验项目，分别按照各实验室之间不同的的实验指导书中规定的实验步骤进行实验，研究出该实验项目的最佳实验步骤、样品的定量特性结果的最佳范围、样品形式、样品的最佳量，采用该实验项目的最佳实验步骤、样品的定量特性结果的最佳范围、样品最佳量来设计该实验项目的标准化实验，并撰写该实验项目的标准化实验指导书，实现该实验项目的标准化、规范化。

现以《自来水硬度的测定》为例来说明如何完成标准化实验指导书。

不同实验室开设《自来水硬度的测定》实验时，有些只测定总硬度，有些测定总硬度之后，继续测定镁硬度，然后用总硬度减去镁硬度计算出钙硬度。一份典型的实验指导书如下。

“实验六自来水硬度的测定

一、实验目的：

1. 了解络合滴定法的原理及其应用.

2. 掌握络合滴定法中的直接滴定法，学会用配位滴定法测定水的总硬度.

3. 掌握EDTA标准溶液的配制与标定的原理.

4. 了解标定EDTA所用指示剂的性质和使用的条件.

5. 掌握用CaCO₃标定EDTA的方法.

二、实验原理：

1、水的总硬度的测定：

水的硬度主要由于水中含有钙盐和镁盐，其他金属离子如铁、铝、锰、锌等离子也形成硬度，但一般含量甚少，测定工业用水总硬度时可忽略不计。测定水的硬度常采用配位滴定法，用乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)的标准溶液滴定水中Ca、Mg总量，然后换算为相应的硬度单位（我国采用 mmol/L或mg/L（CaCO₃）为单位表示水的硬度）.

按国际标准方法测定水的总硬度：在pH=10的NH₃—NH₄Cl缓冲溶液中，以铬黑T(EBT)为指示剂，用EDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色即为终点。干扰离子的掩蔽：

若水样中存在Fe³⁺，Al³⁺等微量杂质时，可用三乙醇胺进行掩蔽，Cu^２+、Pb^２+、Zn^２+等重金属离子可用Na₂S或KCN掩蔽.

水硬度的表示：

各国对水硬度表示的方法尚未统一，我国生活饮用水卫生标准中规定硬度（以CaCO₃计）不得超过450mg/L。除了生活饮用水，我国目前水硬度表示方法还是用mmol/L（CaCO₃）表示.

分测钙、镁硬度：

可控制pH介于12～13之间（此时，氢氧化镁沉淀），选用钙指示剂进行测定。镁硬度可由总硬度减去钙硬度求出.

2、EDTA的标定：

EDTA标准溶液常采用间接法配制，由于EDTA与金属形成1：1配合物，因此标定EDTA溶液常用的基准物是一些金属以及它们的氧化物和盐，如：Zn、ZnO、CaCO₃、Bi、Cu等.

为了减小系统误差，本实验选用CaCO₃为基准物，在pH=10的NH3—NH4Cl缓冲溶液中，以铬黑T为指示剂，进行标定（标定条件与测定条件一致）。用待标定的EDTA溶液滴至溶液由紫红色变为纯蓝色即为终点。

三、仪器与试剂

分析化学实验常用仪器、烘箱、称量瓶、电子天平、干燥器、电炉、台秤

EDTA(s)(A.R.)、CaCO₃(s)(A.R.)、HCl(1∶1)、三乙醇胺(1∶1)、NH₃—NH₄Cl缓冲溶液(pH=10)、Mg²⁺-EDTA溶液、铬黑T指示剂(0.5%)、6mol/L NaOH溶液、钙指示剂，水样.

四、实验步骤

1.0.01mol/L EDTA标准溶液的配制和标定

1)配制:

在台秤上称取2gEDTA于烧杯中，用少量水加热溶解，冷却后转入500mL聚乙烯塑料瓶中加去离子水稀释至500mL.

2)标定:

准确称取CaCO₃基准物0.25g，置于100mL烧杯中，用少量水先润湿，盖上表面皿，慢慢滴加1∶1HCl 5mL，待其全部溶解后，加去离子水50ml，微沸数分钟以除去CO₂，冷却后用少量水冲洗表面皿及烧杯内壁，定量转移入250mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀.

移取25.00mLCa^２+标准溶液于250mL锥形瓶中，（加1滴甲基红，用氨水中和至溶液由红变黄.氨性缓冲溶液若缓冲容量够，此步可省略），加入20mL水和5ml Mg²⁺-EDTA溶液，再加入10ml氨性缓冲溶液，3滴铬黑T指示剂指示剂，立即用待标定的EDTA溶液滴定至溶液由紫红色（酒红色）变为纯蓝色（紫蓝色），即为终点。平行标定三次，计算EDTA溶液的准确浓度.

2.自来水总硬度的测定

移取水样100.0mL于250mL锥形瓶中，加入1~2滴1：1HCl微沸数分钟以除去CO₂，冷却后，加入3mL 1∶1三乙醇胺(若水样中含有重金属离子，则加入1mL 2%Na₂S溶液掩蔽)，5mL氨性缓冲溶液，2～3滴铬黑T(EBT)指示剂，EDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色，即为终点。注意接近终点时应慢滴多摇。平行测定三次，计算水的总硬度，以mg/L（CaCO₃）表示分析结果.

3.钙硬度和镁硬度的测定

取水样100.0mL于250mL锥形瓶中，加入2mL 6mol/L的NaOH溶液，摇匀，再加入0.01g钙指示剂，摇匀后用0.005mol/L的EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。计算钙硬度。由总硬度和钙硬度求出镁硬度.

其他：略”。

经比较不同版本的实验指导书，差异主要体现在以下几处。

1、试剂浓度差异：三乙醇胺溶液浓度有1∶1、1：2、20%几种不同规格，铬黑T指示剂有0.5%溶液和1：100氯化钠固体稀释两种规格。2、试剂用量差异： EDTA溶液有1g溶解于250mL和2g溶解于500mL两种。

3、实验步骤差异：加1滴甲基红，用氨水中和至溶液由红变黄，有些指导书不需要这样做；加入1mL 2%Na₂S溶液掩蔽重金属离子，有些指导书不需要这样做。

经分析，试剂浓度虽然有差异，但是试剂加入时总量是一样的，例如三乙醇胺溶液浓度为1∶1的加入量为3mL、1：2则为5mL，加入总量基本一致。

经对比试验，三乙醇胺溶液浓度分别采用1∶1、1：2两种，结果无显著性差异，类似地，将实验中有差异的地方都进行对比实验，研究是否存在显著性差异，如果无显著性差异，则一般选择高浓度作为标准浓度，因为浓度高，则试剂总体积减少，可以降低物流成本。

对于试剂用量差异，根据理论用量估算，并用实践验证。例如EDTA溶液有1g溶解于250mL和2g溶解于500mL两种，按照正常消耗，EDTA溶液标定3次，滴定3次，每次大约25mL，合计约150mL，加上润洗30mL，滴定管需要预先灌装EDTA标准溶液50mL，合计理论消耗230mL，配制250mL，甚至因为错误导致多滴定1-2次都足够。2g溶解于500mL这种配制方法明显过量。

因此选择1g溶解于250mL的配制方案，在学生中实际使用。在实践应用中，发现EDTA溶液足够学生使用，很少有不够用的同学，不够用的一般都是错误滴定至少两次以上的。最终采纳1g溶解于250mL的配制方案。

实验步骤差异的问题上：“加1滴甲基红，用氨水中和至溶液由红变黄”这一步骤经实验验证，发现在试剂、去离子水质量达标的情况下，有无该步骤对结果无显著性差异，可以不用这一步骤。

“加入1mL 2%Na₂S溶液掩蔽重金属离子”，Na₂S气味特殊，即使通风装置全部打开，因为30人同时滴定，仍然导致实验室内味道较浓，此外自来水中重金属含量一般不足以干扰实验，故可取消这一步骤。经对比实验，无显著性差异。

此外该实验指导书中提及在标定中使用5ml Mg²⁺-EDTA溶液，主要原因是标定时如果不加入Mg²⁺，则终点变色不够敏锐，因此加入5ml Mg²⁺-EDTA溶液，终点变色敏锐，但是需要配制标定Mg²⁺-EDTA溶液，同时也要用移液管准确加入，较为繁琐。可以改为“在台秤上称取EDTA于烧杯中，用少量水加热溶解，加入少许MgCl₂，冷却后转入…”后面就不用再加Mg²⁺-EDTA溶液。

一般来说，该实验样品直接取自自来水管中的自来水，钙镁含量经常波动，如果实验指导教师也每次跟踪滴定硬度，工作量过大，模拟制备自来水样。

按照《GB 5749—2006 生活饮用水卫生标准》，部分指标限值为铝0.2mg/L；铁0.3mg/L；锰0.1mg/L；铜1.0mg/L；锌1.0mg/L；氯化物250mg/L；硫酸盐250mg/L；溶解性总固体1000mg/L；总硬度（以CaCO₃计）450mg/L。

原实验指导书，需要每次取用100mL水样，总硬度3次，镁硬度3次，总计600mL自来水，样品量过大，因此提供固体样品，学生实验前自行稀释。

设定样品的中各组分的质量比值分别为：硫酸铝 0.5；硫酸铁0.5；硫酸锰0.2；硫酸铜2.0；硫酸锌2.0；Na₂CO₃250；氯化钙200-300；硫酸镁200-300。

自来水硬度测定有两种，总硬度测定、钙镁硬度测定，钙镁硬度测定所需样品量时总硬度的2倍，所以有分别适合两种不同测定需求的包装，总硬度测定的包装为每包0.3克，钙镁硬度的包装为0.6克。

按比例称取各种组分，混合均匀，分装，每包内装入所需质量，使用时定容至500mL。

按照上述办法配制了样品，随机各取3包，分别测定总硬度和钙镁硬度，精密度和准确度表明各包之间无显著性差异，实验室内正常放置半年后精密度和准确度无显著性差异。

该样品可以同时测定总硬度和钙镁硬度。

经理论分析和实验验证，编写《自来水硬度的测定》的标准化实验指导书，如下。

“实验六自来水硬度的测定

一、实验目的：

1. 了解络合滴定法的原理及其应用.

3. 掌握EDTA标准溶液的配制与标定的原理.

4. 了解标定EDTA所用指示剂的性质和使用的条件.

5. 掌握用CaCO₃标定EDTA的方法.

二、实验原理：

1、水的总硬度的测定：

按国际标准方法测定水的总硬度：在pH=10的NH₃—NH₄Cl缓冲溶液中，以铬黑T(EBT)为指示剂，用EDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色即为终点.

干扰离子的掩蔽：

水硬度的表示：

分测钙、镁硬度：

2、EDTA的标定：

为了减小系统误差，本实验选用CaCO₃为基准物，在pH=10的NH3—NH4Cl缓冲溶液中，以铬黑T为指示剂，进行标定（标定条件与测定条件一致）。用待标定的EDTA溶液滴至溶液由紫红色变为纯蓝色即为终点.

三、仪器与试剂

EDTA(s)(A.R.)、CaCO₃(s)(A.R.)、HCl(1∶1)、三乙醇胺(1∶1)、NH₃—NH₄Cl缓冲溶液(pH=10)、铬黑T指示剂(0.5%)、6mol/L NaOH溶液、钙指示剂、水样.

四、实验步骤

1. 0.01mol/L EDTA标准溶液的配制和标定

1)配制

在台秤上称取1gEDTA于烧杯中，用少量水加热溶解，加入少许MgCl₂，冷却后转入250mL聚乙烯塑料瓶中加去离子水稀释至250mL.

2)标定:

准确称取CaCO₃基准物0.25g左右，置于100mL烧杯中，用少量水先润湿，盖上表面皿，慢慢滴加1∶1HCl 5mL，待其全部溶解后，加去离子水50ml，微沸数分钟以除去CO₂，冷却后用少量水冲洗表面皿及烧杯内壁，定量转移入250mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀.

移取25.00mLCa^２+标准溶液于250mL锥形瓶中，加入20mL水，再加入10ml氨性缓冲溶液，3滴铬黑T指示剂指示剂，立即用待标定的EDTA溶液滴定至溶液由紫红色（酒红色）变为纯蓝色（紫蓝色），即为终点。平行标定三次，计算EDTA溶液的准确浓度.

2.自来水总硬度的测定

取自来水模拟样1包，准确称取0.50-0.55克，定容至500mL，用于总硬度和钙镁硬度的测定。（当只测总硬度时，请选用总硬度专用自来水模拟样）

移取水样50.00mL于250mL锥形瓶中，加入1~2滴1：1HCl微沸数分钟以除去CO₂，冷却后，加入3mL 1∶1三乙醇胺(若水样中含有重金属离子，则加入1mL 2%Na₂S溶液掩蔽)，5mL氨性缓冲溶液，2～3滴铬黑T(EBT)指示剂，EDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色变为纯蓝色，即为终点。注意接近终点时应慢滴多摇。平行测定三次，计算水的总硬度，以mg/L（CaCO₃）表示分析结果.

3.钙硬度和镁硬度的测定

取水样50.00mL于250mL锥形瓶中，加入1mL 6mol/L的NaOH溶液，摇匀，再加入0.01g钙指示剂，摇匀后用EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。计算钙硬度。由总硬度和钙硬度求出镁硬度.

其他：略”。

其他实验项目的标准化实验指导书也可以按照类似的方式进行分析对比、实验验证、综合比较、确认最佳步骤，编写实验指导书。

将22个实验项目的标准化指导书汇集成册，拜访开设《分析化学实验》的相关高校院系、实验中心，和愿意使用标准化实验指导书的学校、院系、实验室，签署合作协议。

在每学期开始前，向签署合作协议的学校、院系、实验室统计开设的项目以及实验学生人数，由实验学生人数和每组实验学生所需的样品最佳数量的乘积计算出每个实验项目的样品理论需要量，由于总会有损耗，因此样品理论需要量再乘以损耗系数计算出样品供应量。

以《分析化学实验》中《混合碱中氢氧化钠和碳酸钠含量测定》的混合碱样品的准备、分发、测定为例来进一步说明本实施例。

例如，统计后表明《混合碱中氢氧化钠和碳酸钠含量测定》有N个实验室开设，总人数为M。对实验指导教师的统计得出该实验损耗系数为1.2。按照《混合碱中氢氧化钠和碳酸钠含量测定》的标准化实验指导书，每包样品内装1.0克样品，计算出需要生产的混合碱样品总量W为1.2×1.0×M，即1.2M克的样品。

W=1.2×1.0×M=1.2×M=1.2M（克）

每个包装内装1克，即有1.2M个包装。

发明内容中的分析指出，作为教学实验，要求V₁、V₂的相对误差均较小，同时两者含量又不宜过低，因此混合碱样品设定为V₁约为V₂的2倍左右。经过计算，混合碱样品NaOH和Na₂CO₃物质的量之比约为1：1，质量百分含量约为30%和70%。

配制两种不同NaOH和Na₂CO₃含量的混合碱试样，NaOH和Na₂CO₃的质量百分含量在30%和70%左右。

设定其中一种命名为混合碱样品A，NaOH的质量百分含量为28~29%，其他为Na₂CO₃，另外一种命名为混合碱样品B，NaOH的质量百分含量为31~32%左右，其他为Na₂CO₃。这两中样品含量的数据具有显著性差异，可以作为样品的预期定量特性。

每种样品各占一半，即每种样品为0.6M克，0.6M个每包1克的包装。混合碱样品A中NaOH质量范围则为：

0.6M×（28~29%）即0.168 M ~0.174M

即混合碱样品A中NaOH质量范围介于0.168 M克至0.174M克之间，在其中选取较为特征的数值作为NaOH的称量质量W_NaOH克，Na₂CO₃质量相应的为（0.6M-W_NaOH）克。

例如1200克混合碱样品A，计算后的质量范围介于336~348克，选340克，作为NaOH质量数值，Na₂CO₃则为860克。

同样方法确定混合碱样品B中NaOH、Na₂CO₃的质量。

分别称取W_NaOH克NaOH和0.6M-W_NaOH克Na₂CO₃，混合均匀，每次称量1克，装入聚乙烯包装袋中，制得0.6M包混合碱样品A。

同样方法制得0.6M包混合碱样品B。

从混合碱样品A、混合碱样品B中随机抽取各3包，每包平行测定3次混合碱中NaOH和Na₂CO₃含量，将测得的结果录入定量特性数据库分别作为混合碱样品A、混合碱样品B的定量特性数据的标准值。

将混合碱样品A的每个小包装上随机贴上编号不同的条形码标签，将条形码标签扫描到定量特性数据库内，将混合碱样品A的每个小包装的条形码信息和定量特性数据库内的混合碱样品A的定量特性数据的标准值建立关联。

同样处理混合碱样品B的每个小包装。

其他实验项目的样品生产也按照类似的办法生产。

统计每个开设标准化实验的实验室需要的独立包装样品量，并运送该量的独立包装样品到该实验室，将相应的独立包装样品的定量特性数据库发送到该实验室，储存于样品计算机管理系统。

例如，愿意使用标准化实验指导书的N个实验室中的第Ni个实验室的《分析化学实验》有Mi个学生实验，选择了1、分析天平称量练习，2、滴定分析基本操作练习， 5、食用白醋中醋酸浓度的测定， 7、混合碱中NaOH和Na₂CO₃含量的测定， 9、铝合金中铝含量的测定，10、铋、铅含量的连续测定， 14、水样中化学耗氧量的测定（高锰酸钾法），17、水果中抗坏血酸（Vc）含量的测定，18、氯化物中氯含量的测定（莫尔法），19、二水合氯化钡中钡含量的测定（硫酸钡沉淀重量分析法），20、邻二氮菲吸光光度法测定铁， 22、硅酸盐水泥中SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO和MgO含量的测定等12个实验。实验1、实验2、实验5、实验7、实验9、实验10、实验14、实验17、实验18、实验19、实验20、实验22的损耗系数Sj分别为1.3、1.3、1.2、1.3、1.3、1.1、1.2、1.2、1.3、1.2、1.2、1.3，对应的样品量是1.3Mi、1.3Mi、1.2Mi、1.3Mi、1.3Mi、1.1Mi、1.2Mi、1.2Mi、1.3Mi、1.2Mi、1.2Mi、1.3Mi。

按照上述数量从生产好的样品库中提出该实验室每个项目需要的样品量，所有项目的全部样品准备齐之后，在整个实验课程开始之前运输到该实验室。同时将所有项目的全部样品的条形码信息和样品所测定量特性的数据交予该实验室的实验指导教师。由该实验室的实验指导教师输入实验室的样品计算机管理系统。

样品分配与使用环节是这样工作的：

学生在实验前随机领取独立包装样品，学生将自己领取的样品标签上的条形码扫描进样品计算机管理系统。

样品计算机管理系统接收到该学生发送的条形码信息后在定量特性数据库中查找到该样品的所测定量特性标准值，建立该学生及其所领取样品的所测定量特性标准值的关联。

以上所述，仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替代，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

样品分析与优化环节是这样工作的：

样品生产与运输环节是这样工作的：

样品分配与使用环节是这样工作的：

所述的相同实验项目是指测量同种样品的同样定量特性的实验项目。

所述的定量特性，是实验项目中要求测量、测定的样品的一种或几种可以定量的性质。

所述的损耗系数是这样确定的：

5.根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的教学实验样品的生产和使用链，其特征是：

8.根据权利要求1所述的一种基于自动识别技术的教学实验样品的生产和使用链，其特征是：

所述的样品供应量是这样计算的：

第j个实验项目所需的样品供应量的计算：

所有N个实验室在第j个实验项目上的样品供应量Yj_总：

（i从1至N）。