CN111537496A - 一种基于尖端放电原子发射光谱检测的滴定分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光谱分析技术领域，公开了一种基于尖端放电原子发射光谱检测的滴定分析仪。通过本发明创造，提供了一种高灵敏的和适用滴定样品范围广的新型滴定分析仪，即一方面通过在光谱法检测端设计包括有放电腔体、两尖端电极和交流电源的尖端放电装置，可以使滴定反应产生的含碳气体进入一个尖端放电微等离子体区域后被裂解并激发，从而通过检测碳元素的特征原子发射谱线相对强度来判断是否达到滴定终点，大大提高了滴定灵敏度，并可因体积小巧而适用于野外现场的滴定分析；另一方面，由于是基于碳元素的光谱检测结果来指示滴定终点，其滴定终点的判断准确性不受反应物质的颜色影响，因此相比较于现有常规方法，其适用的滴定样品范围可更广泛。
Description
技术领域
本发明属于光谱分析技术领域，所涉及的应用领域包括分析化学、环境化学、原位检测和实施室检测等，具体涉及一种高灵敏的、适用滴定样品范围广的且基于尖端放电原子发射光谱检测的滴定分析仪。
背景技术
滴定分析法是化学工作者一个十分有用的工具,在过去几十年间,各种各样的滴定法应用于化学分析中，例如普通滴定法、分光光度滴定法、电位滴定分析法和电导滴定分析法等。在这些方法中,有的测量范围受限制，有的采样困难，有的仪器操作复杂，有的待测溶液易受污染，有的对使用环境要求苛刻。在前述方法中，最常用的方法是基于指示剂指示滴定终点的普通滴定法，该方法容易操作，不需复杂仪器设备等，但也存在不足，即指示剂的变色点不易掌握和观察，滴定存在一定的误差，影响结果的准确度；另外，当样品中存在有色物质时，指示剂的变色观测受到样品中固有颜色的干扰，使滴定无法进行。因此，有必要解决现有技术中所存在的滴定灵敏度低和适用滴定样品范围有限的问题。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的滴定灵敏度低和适用滴定样品范围有限的问题，本发明目的在于提供一种高灵敏的、适用滴定样品范围广的且基于尖端放电原子发射光谱检测的滴定分析仪。
本发明所采用的技术方案为：
一种基于尖端放电原子发射光谱检测的滴定分析仪，包括滴定反应装置、反应气体导出装置、尖端放电装置和电荷耦合器件图像采集设备，其中，所述滴定反应装置用于提供滴定反应场所，所述反应气体导出装置用于从所述滴定反应装置中导出滴定反应所产生的含碳气体；
所述尖端放电装置包括有放电腔体、第一尖端电极、第二尖端电极和交流电源，其中，所述放电腔体上设有光谱信号采集通道，所述第一尖端电极的尖端和所述第二尖端电极的尖端分别位于所述放电腔体的内部空腔中，所述放电腔体的内部空腔气路连通所述反应气体导出装置的气体导出端，所述交流电源分别电连接所述第一尖端电极和所述第二尖端电极，所述光谱信号采集通道光路连通所述电荷耦合器件图像采集设备的光线输入端。
基于上述发明内容，提供了一种高灵敏的和适用滴定样品范围广的新型滴定分析仪，即一方面通过在光谱法检测端设计包括有放电腔体、两尖端电极和交流电源的尖端放电装置，可以使滴定反应产生的含碳气体进入一个尖端放电微等离子体区域后被裂解并激发，从而发射出碳元素的特征原子发射谱线，然后通过电荷耦合器件图像采集设备检测碳元素的特征原子发射谱线相对强度，可以根据该谱线相对强度的变化情况判断是否达到滴定终点，从而大大提高了滴定灵敏度，同时由于该尖端放电装置具有尺寸小巧、便携的特点，可进一步制造成具有便携式和现场检测的样机，进而用于野外现场的滴定分析；另一方面，由于是基于碳元素的光谱检测结果来指示滴定终点，其滴定终点的判断准确性不受反应物质的颜色影响，因此相比较于现有常规方法，其适用的滴定样品范围可更广泛，例如适用于对诸如染料废水或土壤溶液等特殊样品中的碳酸根或碳酸氢根进行酸碱滴定分析。
优化的，还包括计算机设备，其中，所述计算机设备通信连接所述电荷耦合器件图像采集设备。
优化的，所述滴定反应装置包括有注射泵和待滴定的样品瓶，其中，所述样品瓶包括有瓶体和带有密封隔垫的瓶盖，所述瓶盖与所述瓶体密封配合，形成一个滴定反应密封腔；
所述注射泵的注射端和所述反应气体导出装置的气体导入端可分别在密封穿过所述瓶盖后伸入所述滴定反应密封腔中。
进一步优化的，所述反应气体导出装置包括有载气导入管，其中，所述载气导入管可在密封穿过所述瓶盖后伸入所述滴定反应密封腔中。
详细优化的，所述滴定反应装置还包括有滴定平台和可移动式滴定架，其中，所述滴定平台上设置有若干个滴定工位，所述滴定工位用于一一对应地放置所述样品瓶；
所述可移动式滴定架包括有X轴直线往复运动机构、Y轴直线往复运动机构和垂直升降机构，其中，在所述X轴直线往复运动机构的往复运动部上固定安装有所述Y轴直线往复运动机构，在所述Y轴直线往复运动机构的往复运动部上固定安装有所述垂直升降机构，在所述垂直升降机构的垂直升降部上竖直地固定安装有所述注射泵的注射端、所述反应气体导出装置的气体导入端和所述载气导入管的载气输出端；
所述X轴直线往复运动机构的运动方向与所述Y轴直线往复运动机构的运动方向在水平面上相互垂直，使得所述垂直升降机构可在各个所述滴定工位的正上方水平移动；
所述注射端、所述气体导入端和所述载气输出端分别采用针管头结构，并当所述垂直升降部下降时，可使所述针管头结构插入位于所述滴定工位上的所述样品瓶中，以及当所述垂直升降部上升时，可使所述针管头结构从位于所述滴定工位上的所述样品瓶中抽出。
优化的，在所述反应气体导出装置的气体导出端与气体导入端之间设置有气体过滤管。
优化的，所述放电腔体上还设有连通内部空腔的废气排出通道，其中，所述废气排出通道与所述光谱信号采集通道相对设置。
优化的，所述交流电源包括有型号为NGB408BL的霓虹灯电源和型号为TDGC2的接触式调压器，其中，所述霓虹灯电源的输出端电连接所述接触式调压器的输入端，所述接触式调压器的输出端分别电连接所述第一尖端电极和所述第二尖端电极。
优化的，所述光谱信号采集通道通过光纤光路连通所述电荷耦合器件图像采集设备的光线输入端。
优化的，所述电荷耦合器件图像采集设备采用型号为Maya2000Pro的微型光纤光谱仪。
本发明的有益效果为：
(1)本发明创造提供了一种高灵敏的和适用滴定样品范围广的新型滴定分析仪，即一方面通过在光谱法检测端设计包括有放电腔体、两尖端电极和交流电源的尖端放电装置，可以使滴定反应产生的含碳气体进入一个尖端放电微等离子体区域后被裂解并激发，从而发射出碳元素的特征原子发射谱线，然后通过电荷耦合器件图像采集设备检测碳元素的特征原子发射谱线相对强度，可以根据该谱线相对强度的变化情况判断是否达到滴定终点，从而大大提高了滴定灵敏度，同时由于该尖端放电装置具有尺寸小巧、便携的特点，可进一步制造成具有便携式和现场检测的样机，进而用于野外现场的滴定分析；另一方面，由于是基于碳元素的光谱检测结果来指示滴定终点，其滴定终点的判断准确性不受反应物质的颜色影响，因此相比较于现有常规方法，其适用的滴定样品范围可更广泛，例如适用于对诸如染料废水或土壤溶液等特殊样品中的碳酸根或碳酸氢根进行酸碱滴定分析；
(2)本实施例首次将具有强激发能力和空间需求小的尖端放电微等离子体作为激发源，并采用CCD检测器件作为检测元件，从而建立了一种高灵敏的、适用滴定样品范围广的且基于尖端放电原子发射光谱检测的滴定分析仪，有望用于野外现场滴定分析；
(3)所述滴定分析仪可克服传统滴定方法中指示剂指示终点时所存在颜色干扰严重的问题，并消除了滴定终点判断人为误差大等问题，可用于滴定有色及悬浊样品；
(4)所述滴定分析仪还具有判断准确性高、自动化程度高、工作效率高、使用操作简单和方便野外滴定分析等优点，便于实际应用和推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的滴定分析仪的结构示意图。
图2是本发明提供的在滴定分析仪中尖端放电装置的结构示意图。
图3是本发明提供的针对空样品与碳酸样品所得的原子发射光谱相对强度对照示例图。
图4是本发明提供的针对碳酸样品所得的局部原子发射光谱相对强度示例图。
图5是本发明提供的针对同一碳酸样品通过滴定分析测量碳酸根浓度的结果统计图。
上述附图中:1-滴定反应装置；11-注射泵；111-注射端；12-样品瓶；121-瓶体；122-瓶盖；13-滴定平台；14-可移动式滴定架；141-X轴直线往复运动机构；142-Y轴直线往复运动机构；143-垂直升降机构；2-反应气体导出装置；21-气体导处端；22-气体导入端；23-载气导入管；24-气体过滤管；3-尖端放电装置；30-放电腔体；31-第一尖端电极；32-第二尖端电极；33-交流电源；34-光谱信号采集通道；35-废气排出通道；4-电荷耦合器件图像采集设备；41-光纤；5-计算机设备。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
应当理解，尽管本文可能使用术语第一、第二等等来描述各种单元，但是这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
应当理解，在本文中若将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直相连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，在本文中若将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，表示不存在中间单元。另外，应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。
应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解，若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本文中被使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。
应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如,取决于所涉及的功能/动作,实际上可以实质上并发地执行,或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。
应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。
实施例一
如图1～2所示，本实施例提供的所述基于尖端放电原子发射光谱检测的滴定分析仪，包括滴定反应装置1、反应气体导出装置2、尖端放电装置3和电荷耦合器件图像采集设备4，其中，所述滴定反应装置1用于提供滴定反应场所，所述反应气体导出装置2用于从所述滴定反应装置1中导出滴定反应所产生的含碳气体；所述尖端放电装置3包括有放电腔体30、第一尖端电极31、第二尖端电极32和交流电源33，其中，所述放电腔体30上设有光谱信号采集通道34，所述第一尖端电极31的尖端和所述第二尖端电极32的尖端分别位于所述放电腔体30的内部空腔中，所述放电腔体30的内部空腔气路连通所述反应气体导出装置2的气体导出端21，所述交流电源33分别电连接所述第一尖端电极31和所述第二尖端电极32，所述光谱信号采集通道34光路连通所述电荷耦合器件图像采集设备4的光线输入端。
如图1～2所示，在所述滴定分析仪的具体结构中，所述滴定反应装置1用于提供滴定反应场所，以便待测样品与滴入的滴定液发生会产生含碳气体(可以但不限于为二氧化碳气体)的化学反应，直到达到滴定终点，例如当待测样品为包含碳酸根或碳酸氢根的样品溶液时，可采用已知浓度的盐酸溶液作为所述滴定液，然后通过缓慢滴入盐酸溶液，使碳酸根或碳酸氢根与盐酸反应产生二氧化碳气体，直到不再产生二氧化碳气体为止(此滴定终点可作为滴定分析测量碳酸根浓度或碳酸氢根浓度的实验终点)。所述反应气体导出装置2用于从所述滴定反应装置1中导出滴定反应所产生的含碳气体(例如前述的二氧化碳气体)，并将导出气体送入所述放电腔体30的内部空腔中。
所述尖端放电装置3用于通过在所述第一尖端电极31与所述第二尖端电极32之间施加高压交流电(来自所述交流电源33)，使得在两者之间的区域产生一个稳定的微等离子体区域(微等离子体是一种能在大气压条件下运行尺度在毫米量级甚至更低的等离子体，其应用具有激发能力强、体积小、能耗低、样品耗量小和操作简单等优点，因此常应用到光谱分析领域中，如被用作可靠和有效的原子发射光谱激发源，包括介质阻挡放电、电容耦合等离子体、尖端放电、溶液阴极辉光放电和液体电极等离子体等)，以便导出的含碳气体在进入该微等离子体区域后被裂解并激发，从而发射出碳元素的特征原子发射谱线(即原子光谱，其应用具有灵敏度高、选择性好、分析速度快以及能同时进行多元素定性和定量分析的优点，现已成为元素分析最常用的手段之一)。在所述尖端放电装置3的具体结构中，所述放电腔体30的外壁体由绝缘材质制成，具体尺寸可为高8mm×外径22mm×内径9mm；所述第一尖端电极31和所述第二尖端电极32可分别但不限于采用钨金属材质制成，并且两尖端电极的放电间隙优选设置在1.5～2.5mm之间，以便碳元素所激发的特征原子发射谱线具有最强的相对强度，例如设置为2.0mm；所述交流电源33可通过外接市电并配置常规的升压电路结构实现，所输出的交流电压优选在2KV以上，以便碳元素所激发的特征原子发射谱线具有最强的相对强度；所述光谱信号采集通道34用于采集碳元素的特征原子发射谱线并导出。此外，所述尖端放电装置3与常规等离子体的应用设备相比，具有更紧凑、更简单、更低的气体和能量消耗等优点，并且操作便捷，可利于构建野外分析便携仪器。
所述电荷耦合器件图像采集设备5用于检测碳元素的特征原子发射谱线相对强度，以便根据该谱线相对强度的变化情况判断是否达到滴定终点，以及通过常规的光谱分析法测量得到含碳量以及待测样品中的含碳物质含量；所述电荷耦合器件图像采集设备5可以但不限于采用型号为Maya2000Pro的微型光纤光谱仪，其是一款手持式CCD(ChargeCoupledDevice，电荷藕合器件图像传感器)光谱仪，相比较于当前商品化的光谱仪器，具有体积小巧、能耗低和气体消耗量低等优点，可满足当前分析工作者对环境、食品、生物和地矿等领域样品的原位、在线、实时和动态分析等检测需求，因此在保证检测效果的前提下，可使整个滴定分析仪体积减小，提升便携性，进而利于应用在野外等复杂环境。
下面针对待测样品为包含碳酸根的样品溶液进行酸碱滴定分析为例，详细说明其工作原理：(1)将所述样品溶液预先导入所述滴定反应装置1中；(2)用已知浓度的盐酸溶液缓慢滴定所述样品溶液，使样品溶液中的碳酸根与盐酸反应产生二氧化碳气体；(3)通过所述反应气体导出装置2将所述二氧化碳气体导出至所述放电腔体30的内部空腔中；(4)由于在所述第一尖端电极31与所述第二尖端电极32之间施加有高压交流电，使得在两者之间的区域产生了一个稳定的微等离子体区域，导致所述二氧化碳气体被裂解并激发，从而发射出碳元素的特征原子发射谱线；(5)通过所述电荷耦合器件图像采集设备5检测碳元素的特征原子发射谱线相对强度，可根据该谱线相对强度的变化情况判断是否达到滴定终点:当谱线相对强度低于预设阈值时，认为无新的二氧化碳气体产生，滴定结束；(6)通过常规的光谱分析法测量得到含碳量以及待测样品中的含碳物质含量，和/或根据盐酸溶液的消耗量和化学常识，采用常规方式逆推在样品溶液中碳酸根的浓度。如图3～4所示，碳元素的特征原子发射谱线相对强度在波长为193nm和247.8nm时极为明显，为常用的碳元素特征谱线波长，因此在滴定分析中，可针对这两波长位置的谱线相对强度情况来判断是否达到滴定终点。另外，如图5所示，针对同一碳酸样品且通过滴定分析测量碳酸根浓度的结果统计，可以发现在12次滴定分析测量结果中，相对标准偏差RSD(RelativeStandardDeviation)仅为4.1％，反映了极高的滴定灵敏度。
由此通过前述滴定分析仪的详细结构描述，提供了一种高灵敏的和适用滴定样品范围广的新型滴定分析仪，即一方面通过在光谱法检测端设计包括有放电腔体、两尖端电极和交流电源的尖端放电装置，可以使滴定反应产生的含碳气体进入一个尖端放电微等离子体区域后被裂解并激发，从而发射出碳元素的特征原子发射谱线，然后通过电荷耦合器件图像采集设备检测碳元素的特征原子发射谱线相对强度，可以根据该谱线相对强度的变化情况判断是否达到滴定终点，从而大大提高了滴定灵敏度，同时由于该尖端放电装置具有尺寸小巧、便携的特点，可进一步制造成具有便携式和现场检测的样机，进而用于野外现场的滴定分析；另一方面，由于是基于碳元素的光谱检测结果来指示滴定终点，其滴定终点的判断准确性不受反应物质的颜色影响，因此相比较于现有常规方法，其适用的滴定样品范围可更广泛，例如适用于对诸如染料废水或土壤溶液等特殊样品中的碳酸根或碳酸氢根进行酸碱滴定分析。
优化的，还包括计算机设备5，其中，所述计算机设备5通信连接所述电荷耦合器件图像采集设备4。如图1所示，通过配置所述计算机设备5，可以实时展示检测到的碳元素的特征原子发射谱线相对强度，并自动判断是否达到滴定终点，以及进一步地通过常规的光谱分析法测量得到含碳量以及待测样品中的含碳物质含量，方便仪器的操作使用。
优化的，所述滴定反应装置1包括有注射泵11和待滴定的样品瓶12，其中，所述样品瓶12包括有瓶体121和带有密封隔垫的瓶盖122，所述瓶盖122与所述瓶体121密封配合，形成一个滴定反应密封腔；所述注射泵11的注射端111和所述反应气体导出装置2的气体导入端22可分别在密封穿过所述瓶盖122后伸入所述滴定反应密封腔中。如图1所示，所述注射泵11用于精确地控制滴定液的注入，包括控制滴定速度和滴定用量，其可以但不限于采用美国公司HarvardApparatus生产的注射泵产品实现，由此可全程匀速运动，实现无脉动输送，并且具有工作平稳、运行速度范围宽、注射流量精确和控制精度高等优点，能够保证滴定效果。所述样品瓶12用于盛装待测样品，并通过所述瓶盖122与所述瓶体121的密封配合，可以形成一个滴定反应密封腔，确保产生的含碳气体不会出现泄漏，以及不会使外界的含碳气体(例如空气中的二氧化碳气体)渗入，可保障后续判断结果的准确性；具体的，所述瓶体121可优选采用玻璃材质制成，进而方便观察滴定的进行，以及防止滴定反应前后的物质对所述样品瓶造成腐蚀现象。同时由于所述注射端111和所述气体导入端22可分别在密封穿过所述瓶盖122后伸入所述滴定反应密封腔中，可以确保滴定反应的正常进行，以及含碳气体的正常导出。此外，所述注射泵11还可以通信连接所述计算机设备5，以便所述计算机设备5在判断达到滴定终点时，控制所述注射泵11停止工作，实现自动终止滴定的目的，以及使所述计算机设备5能够根据滴定液的消耗量和化学常识，采用常规方式逆推在待测样品中的含碳量或碳酸根的浓度，自动得到滴定分析测量结果。
进一步优化的，所述反应气体导出装置2包括有载气导入管23，其中，所述载气导入管23可在密封穿过所述瓶盖122后伸入所述滴定反应密封腔中。如图1所示，通过设计所述载气导入管23，可以在滴定反应过程中导入载气(例如氩气)，以便对产生的含碳气体进行吹扫，进一步促进含碳气体的导出，使得在瓶中无遗留，保障后续判断结果的准确性。
进一步优化的，所述滴定反应装置1还包括有滴定平台13和可移动式滴定架14，其中，所述滴定平台13上设置有若干个滴定工位，所述滴定工位用于一一对应地放置所述样品瓶12；所述可移动式滴定架14包括有X轴直线往复运动机构141、Y轴直线往复运动机构142和垂直升降机构143，其中，在所述X轴直线往复运动机构141的往复运动部上固定安装有所述Y轴直线往复运动机构142，在所述Y轴直线往复运动机构142的往复运动部上固定安装有所述垂直升降机构143，在所述垂直升降机构143的垂直升降部上竖直地固定安装有所述注射泵11的注射端111、所述反应气体导出装置2的气体导入端22和所述载气导入管21的载气输出端；所述X轴直线往复运动机构141的运动方向与所述Y轴直线往复运动机构142的运动方向在水平面上相互垂直，使得所述垂直升降机构143可在各个所述滴定工位的正上方水平移动；所述注射端111、所述气体导入端22和所述载气输出端分别采用针管头结构，并当所述垂直升降部下降时，可使所述针管头结构插入位于所述滴定工位上的所述样品瓶12中，以及当所述垂直升降部上升时，可使所述针管头结构从位于所述滴定工位上的所述样品瓶12中抽出。如图1所示，通过前述滴定平台13和可移动式滴定架14的结构设计，可以使用一套注射泵11和反应气体导出装置2，自动地对多个样品瓶12进行逐一滴定分析，大大提升了滴定分析的工作效率。此外，所述X轴直线往复运动机构141、所述Y轴直线往复运动机构142和所述垂直升降机构143可通信连接所述计算机设备5，以便在所述计算机设备5的控制下，驱动所述针管头结构水平移动、向下插入所述样品瓶12以及向上抽出所述样品瓶12，进一步提升自动化程度，方便操作使用。
优化的，在所述反应气体导出装置2的气体导出端21与气体导入端22之间设置有气体过滤管24。如图1所示，所述气体过滤管24用滤除会影响碳元素的特征原子发射谱线相对强度的其他杂质，例如具体采用盛装有氯化钙的干燥管，所述氯化钙的形态可为多孔块固体颗粒，从而可结合其具有强吸水效率的特点，过滤掉水汽且不影响含碳气体，如此可进一步保障后续判断结果的准确性。
优化的，所述放电腔体30上还设有连通内部空腔的废气排出通道35，其中，所述废气排出通道35与所述光谱信号采集通道34相对设置。如图2所示，通过配置所述废气排出通道35，可以回收反应生成的废气，节约资源和避免影响环境。
优化的，所述交流电源33包括有型号为NGB408BL的霓虹灯电源和型号为TDGC2的接触式调压器，其中，所述霓虹灯电源的输出端电连接所述接触式调压器的输入端，所述接触式调压器的输出端分别电连接所述第一尖端电极31和所述第二尖端电极32。所述霓虹灯电源(附图中未示出)采用全密封结构，具有防水和防潮特点，用于向两尖端电极提供高压交流电，所述接触式调压器(附图中未示出)用于使高压交流电精确匹配所要达到的电压范围(例如2KV)，由此通过前述电源结构设计，可以确保能够提供适用于尖端放电的高压交流电。
优化的，所述光谱信号采集通道34通过光纤41光路连通所述电荷耦合器件图像采集设备4的光线输入端。
综上，采用本实施例所提供的基于尖端放电原子发射光谱检测的滴定分析仪，具有如下技术效果：
(1)本实施例提供了一种高灵敏的和适用滴定样品范围广的新型滴定分析仪，即一方面通过在光谱法检测端设计包括有放电腔体、两尖端电极和交流电源的尖端放电装置，可以使滴定反应产生的含碳气体进入一个尖端放电微等离子体区域后被裂解并激发，从而发射出碳元素的特征原子发射谱线，然后通过电荷耦合器件图像采集设备检测碳元素的特征原子发射谱线相对强度，可以根据该谱线相对强度的变化情况判断是否达到滴定终点，从而大大提高了滴定灵敏度，同时由于该尖端放电装置具有尺寸小巧、便携的特点，可进一步制造成具有便携式和现场检测的样机，进而用于野外现场的滴定分析；另一方面，由于是基于碳元素的光谱检测结果来指示滴定终点，其滴定终点的判断准确性不受反应物质的颜色影响，因此相比较于现有常规方法，其适用的滴定样品范围可更广泛，例如适用于对诸如染料废水或土壤溶液等特殊样品中的碳酸根或碳酸氢根进行酸碱滴定分析；
(2)本实施例首次将具有强激发能力和空间需求小的尖端放电微等离子体作为激发源，并采用CCD检测器件作为检测元件，从而建立了一种高灵敏的、适用滴定样品范围广的且基于尖端放电原子发射光谱检测的滴定分析仪，有望用于野外现场滴定分析；
(3)所述滴定分析仪可克服传统滴定方法中指示剂指示终点时所存在颜色干扰严重的问题，并消除了滴定终点判断人为误差大等问题，可用于滴定有色及悬浊样品；
(4)所述滴定分析仪还具有判断准确性高、自动化程度高、工作效率高、使用操作简单和方便野外滴定分析等优点，便于实际应用和推广。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (10)
1.一种基于尖端放电原子发射光谱检测的滴定分析仪，其特征在于：包括滴定反应装置(1)、反应气体导出装置(2)、尖端放电装置(3)和电荷耦合器件图像采集设备(4)，其中，所述滴定反应装置(1)用于提供滴定反应场所，所述反应气体导出装置(2)用于从所述滴定反应装置(1)中导出滴定反应所产生的含碳气体；
所述尖端放电装置(3)包括有放电腔体(30)、第一尖端电极(31)、第二尖端电极(32)和交流电源(33)，其中，所述放电腔体(30)上设有光谱信号采集通道(34)，所述第一尖端电极(31)的尖端和所述第二尖端电极(32)的尖端分别位于所述放电腔体(30)的内部空腔中，所述放电腔体(30)的内部空腔气路连通所述反应气体导出装置(2)的气体导出端(21)，所述交流电源(33)分别电连接所述第一尖端电极(31)和所述第二尖端电极(32)，所述光谱信号采集通道(34)光路连通所述电荷耦合器件图像采集设备(4)的光线输入端。
2.如权利要求1所述的滴定分析仪,其特征在于：还包括计算机设备(5)，其中，所述计算机设备(5)通信连接所述电荷耦合器件图像采集设备(4)。
3.如权利要求1所述的滴定分析仪,其特征在于：所述滴定反应装置(1)包括有注射泵(11)和待滴定的样品瓶(12)，其中，所述样品瓶(12)包括有瓶体(121)和带有密封隔垫的瓶盖(122)，所述瓶盖(122)与所述瓶体(121)密封配合，形成一个滴定反应密封腔；
所述注射泵(11)的注射端(111)和所述反应气体导出装置(2)的气体导入端(22)可分别在密封穿过所述瓶盖(122)后伸入所述滴定反应密封腔中。
4.如权利要求3所述的滴定分析仪,其特征在于：所述反应气体导出装置(2)包括有载气导入管(23)，其中，所述载气导入管(23)可在密封穿过所述瓶盖(122)后伸入所述滴定反应密封腔中。
5.如权利要求4所述的滴定分析仪,其特征在于：所述滴定反应装置(1)还包括有滴定平台(13)和可移动式滴定架(14)，其中，所述滴定平台(13)上设置有若干个滴定工位，所述滴定工位用于一一对应地放置所述样品瓶(12)；
所述可移动式滴定架(14)包括有X轴直线往复运动机构(141)、Y轴直线往复运动机构(142)和垂直升降机构(143)，其中，在所述X轴直线往复运动机构(141)的往复运动部上固定安装有所述Y轴直线往复运动机构(142)，在所述Y轴直线往复运动机构(142)的往复运动部上固定安装有所述垂直升降机构(143)，在所述垂直升降机构(143)的垂直升降部上竖直地固定安装有所述注射泵(11)的注射端(111)、所述反应气体导出装置(2)的气体导入端(22)和所述载气导入管(21)的载气输出端；
所述X轴直线往复运动机构(141)的运动方向与所述Y轴直线往复运动机构(142)的运动方向在水平面上相互垂直，使得所述垂直升降机构(143)可在各个所述滴定工位的正上方水平移动；
所述注射端(111)、所述气体导入端(22)和所述载气输出端分别采用针管头结构，并当所述垂直升降部下降时，可使所述针管头结构插入位于所述滴定工位上的所述样品瓶(12)中，以及当所述垂直升降部上升时，可使所述针管头结构从位于所述滴定工位上的所述样品瓶(12)中抽出。
6.如权利要求1所述的滴定分析仪,其特征在于：在所述反应气体导出装置(2)的气体导出端(21)与气体导入端(22)之间设置有气体过滤管(24)。
7.如权利要求1所述的滴定分析仪,其特征在于：所述放电腔体(30)上还设有连通内部空腔的废气排出通道(35)，其中，所述废气排出通道(35)与所述光谱信号采集通道(34)相对设置。
8.如权利要求1所述的滴定分析仪,其特征在于：所述交流电源(33)包括有型号为NGB408BL的霓虹灯电源和型号为TDGC2的接触式调压器，其中，所述霓虹灯电源的输出端电连接所述接触式调压器的输入端，所述接触式调压器的输出端分别电连接所述第一尖端电极(31)和所述第二尖端电极(32)。
9.如权利要求1所述的滴定分析仪,其特征在于：所述光谱信号采集通道(34)通过光纤(41)光路连通所述电荷耦合器件图像采集设备(4)的光线输入端。
10.如权利要求1所述的滴定分析仪,其特征在于：所述电荷耦合器件图像采集设备(4)采用型号为Maya2000Pro的微型光纤光谱仪。
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