CN117969741A - 一种基于返滴定的自动滴定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于化验分析技术领域，具体涉及一种基于返滴定的自动滴定方法，由于滴定时，通常溶液会在最后一次滴定会发生颜色突变，为了避免无法预测待滴定的溶剂浓度而导致滴定时间过长或滴定误差过大，本发明采用返滴定方法，利用滴定标准液进行滴定时，滴定标准液每次滴定体积V1以缩短从开始滴定到颜色指示剂颜色发生突变的时间为目的进行设置，而利用返滴定标准液进行滴定时，返滴定标准液每次滴定体积V2以减小滴定误差为目的进行设置，从而实现缩短滴定时间的同时保证滴定精度。由于返滴定时对应的滴定体积小于V1，可通过调整V2的数值，实现滴定精度的有效控制。

Description

一种基于返滴定的自动滴定方法

技术领域

本发明属于化验分析技术领域，具体涉及一种基于返滴定的自动滴定方法。

背景技术

滴定是指一种定量分析的手段，也是一种化学实验操作。它通过两种溶液的定量反应来确定某种溶质的含量。它是根据指示剂的颜色变化指示滴定终点，然后利用标准溶液消耗体积，计算分析结果。

目前，有多种型号的自动滴定仪，能够实现滴定过程的全部自动化，并且采用了颜色传感器代替了人工肉眼判定滴定终点颜色变化，消除了人工滴定过程中的人为判定误差，降低了滴定结果的误差。

但是，在自动滴定仪的控制程序中，每次滴定的滴定标准液体的体积都是固定的，由于无法预测待测溶剂的浓度，为了防止出现“过滴定”现象，即为了防止在达到滴定终点时，单次添加滴定标准液体的体积超过滴定终点所需要的理论滴定体积，自动滴定仪每次滴加的标准液体的体积要求尽量小，虽然减少了误差，但导致从开始滴加标准液体到滴定终点所需时间过长。

如果为了提高滴定效率，就必须提高每次滴定标准液的体积，这样会导致终点滴定的误差过大，因此通常只能采用上述减小每次滴定标准液的体积的方式进行。

但是有些类型的滴定分析，要求滴定分析的时间尽可能短。例如，在用铬黑T作指示剂时测量水质的硬度时，铬黑T作指示剂容易氧化变质，需要尽量缩短滴定时间，如果滴定时间超过3分钟，则可能因为指示剂氧化变质而无法得到较准确的滴定分析结果。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种基于返滴定的自动滴定方法，通过返滴定法，在不降低滴定分析的精准度的情况下，提高滴定分析的速度。利用本发明的方法既能减小滴定误差，又能缩短滴定分析的时间。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种自动滴定装置，包括以下步骤：

先向体积为V的待滴定的溶液中加入滴定标准液，每次滴定体积为V1，当被滴定液体的颜色发生突变时停止滴定；

然后向待滴定的溶液中加入返滴定标准液，每次滴定体积为V2，V2小于V1，当被滴定液体的颜色发生突变时停止滴定；

所述滴定标准液每次滴定体积V1以缩短颜色指示剂颜色发生变化的时间为目的进行设置即以尽快到达滴定终点为目的，所述返滴定标准液每次滴定体积V2以减小滴定误差为目的进行设置；

根据待滴定的溶液的体积以及滴定标准液、返滴定标准液的浓度、单次滴定体积和滴定次数得到待滴定的溶液中相应溶质的浓度。

本发明优选的，V2与V1的比值为1/50～1/10。为了保证滴定精度同时缩短滴定时间，将V2与V1的比值控制在1/50～1/10之间。

本发明优选的，所述V1为0.1～0.5ml。为了提高滴定标准液滴定速度，同时缩短返滴定的时间，控制V1在0.1～0.5ml。

本发明优选的，利用颜色传感器实时监测颜色指示剂的颜色变化。为了提高对滴定终点的精确识别，减小滴定误差，利用颜色传感器实时监测颜色指示剂的颜色变化，当颜色发生突变时，从而立即自动停止自动滴定仪，避免过滴定。

本发明优选的，对待滴定的溶液中的待测溶质进行滴定时，先进行PH值调节，加入颜色指示剂；

如果颜色指示剂颜色发生突变，则溶液中待测溶质的含量为零或忽略不计，以减轻滴定工作量。

本发明优选的，待滴定的溶液中相应溶质的浓度求取公式为：

c＝(V_1总*a-V_2总*b)/V(1)

V_1总＝V1·n1(2)

V_2总＝V2·n2(3)

式中，V_1总为滴定标准液的总体积，mL；V_2总为返滴定标准液的总体积，mL；n1为滴定标准液滴定次数；n2为返滴定标准液滴定次数；c为待滴定的溶液中相应溶质的浓度，mol/L；a为标准液体的浓度，mol/L；b为返滴定标准液体的浓度，mol/L。

为了说明背景技术中的问题，下面举例说明，例如：在水质硬度自动滴定仪中，采用浓度为0.01mmol/L的EDTA标准液体为滴定标准液，自动操作过程如下：

1、加入一定体积的待分析硬度指标的水样；

2、加入氨-氯化铵缓冲溶液和颜色指示剂；

3、搅拌若干秒钟；

4、停止搅拌；

5、采集检测皿中液体的颜色参数，如果为蓝色，则到达滴定终点；

6、如果颜色未发生变化，则滴加一滴EDTA标准液体；

7、搅拌若干秒钟；

8、停止搅拌；

9、采集检测皿中液体的颜色，如果为蓝色，则到达滴定终点；

如果没有到达滴定终点，则循环执行步骤6-9的操作，直至检测皿中液体的颜色变为蓝色。

由于无法预测待分析硬度指标的水的硬度值，所以无法知道这个水样大约需要多少体积的EDTA标准液体。

快到终点时，从检测皿中液体的颜色采样值开始出现明显变化到滴定终点，有时需要添加超过10滴的EDTA标准液体，有时仅仅需要2滴或3滴EDTA标准液体。

如果终点仅需2滴或3滴EDTA标准液体即可完成滴定，那么每个滴定循环中添加10滴EDTA标准液体，则肯定会出现过滴定现象，导致测量结果比真实值偏高，增大了测量偏差。

自动滴定仪为了缩短一次滴定分析所需要的时间，就需要增大每次滴定所加入的标准液体的体积。

假定待测液体需要滴加10.030mL的标准液体，才正好达到滴定终点。

假定自动滴定仪每次滴加标准液体后的搅拌时间是10秒钟。

如果每次滴加的标准液体的体积是0.01mL，则需要滴加标准液体1003次，总耗时10秒钟/次*1003次＝10030秒＝167分钟，耗时约2.78小时。每次滴加的标准液体的体积是0.01mL时的分析误差是0。

假设自动滴定仪为了缩短一次滴定分析所需要的时间，每次滴加的标准液体的体积是0.1mL，则需要滴加标准液体101次，总耗时10秒钟/次*101次＝1010秒＝16.8分钟。每次滴加的标准液体的体积是0.1mL时的分析误差是(101*0.1-10.03)/10.03*100％＝0.70％。

假设自动滴定仪为了缩短一次滴定分析所需要的时间，每次滴加的标准液体的体积是0.5mL，则需要滴加标准液体21次，总耗时10秒钟/次*21次＝210秒＝3.5分钟。每次滴加的标准液体的体积是0.5mL时的分析误差是(21*0.5-10.03)/10.03*100％＝4.68％。

从上述案例能够看出，利用自动滴定仪进行滴定时，无法同时满足减小滴定精度和缩短滴定时间的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于滴定时，通常溶液会在最后一次滴定会发生颜色突变，为了避免不清楚待滴定的溶剂浓度而导致滴定时间过长或滴定误差过大，本发明采用返滴定方法，利用滴定标准液进行滴定时，滴定标准液每次滴定体积V1以缩短从开始滴定到颜色指示剂颜色发生突变的时间为目的进行设置，而利用返滴定标准液进行滴定时，返滴定标准液每次滴定体积V2以减小滴定误差为目的进行设置，从而实现缩短滴定时间的同时保证滴定精度。

由于返滴定时对应的滴定体积小于V1，可通过调整V2的数值，实现滴定精度的有效控制。

附图说明

图1为本发明实例中试剂加入系统的结构示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本发明专利的技术特点，下面通过具体实施方式，对本发明专利进行阐述。

本发明实施例公开了一种基于返滴定的自动滴定方法，包括以下步骤：

对待滴定的溶液中的待测溶质进行滴定时，先进行PH值调节，加入颜色指示剂。

如果颜色指示剂颜色发生突变，则溶液中待测溶质的含量为零或忽略不计。

如果颜色指示剂颜色未发生突变，则先向体积为V(单位为mL)的待滴定的溶液中加入滴定标准液，每次滴定体积为V1，单位为mL，当颜色指示剂颜色发生突变时停止滴定。

然后向待滴定的溶液中加入返滴定标准液，每次滴定体积为V2，单位为mL，V2小于V1，当颜色指示剂颜色发生突变时停止滴定。

所述滴定标准液每次滴定体积V1以缩短从开始滴定到颜色指示剂颜色发生突变的时间为目的进行设置，所述返滴定标准液每次滴定体积V2以减小滴定误差为目的进行设置。

根据待滴定的溶液的体积以及滴定标准液、返滴定标准液的浓度、单次滴定体积和滴定次数得到待滴定的溶液中相应溶质的浓度。

具体的，待滴定的溶液中相应溶质的浓度求取公式为：

c＝(V_1总*a-V_2总*b)/V(1)

V_1总＝V1·n1(2)

V_2总＝V2·n2(3)

式中，V_1总为滴定标准液的总体积，mL；V_2总为返滴定标准液的总体积，mL；n1为滴定标准液滴定次数；n2为返滴定标准液滴定次数；c为待滴定的溶液中相应溶质的浓度，mol/L；a为标准液体的浓度，mol/L；b为返滴定标准液体的浓度，mol/L。

V2与V1的比值为1/50～1/10。

所述V1为0.1～0.5ml。

利用颜色传感器实时监测颜色指示剂的颜色变化。

实施例1

以测定水质硬度为例，具体实施方案：水质硬度的测定(符合GB/T 6909中的铬黑T法)。

如图1所示，具有返滴定功能的水质硬度自动滴定仪主要包含：人机界面系统、控制系统、滴定池、颜色传感器、试剂加入系统、搅拌系统等。其中试剂加入系统中包含定量加药装置，具体的定量加药装置为计量泵。

如图1所示，试样瓶内存放的是待测水样；

标准液瓶内存放的是浓度为amol/L的EDTA标准液体；

返滴液瓶内存放的是硬度为bmol/L(以1/2Ca²⁺为基本单元)的返滴定标准液体；

缓冲剂瓶内存放的是氨-氯化铵缓冲溶液；

颜色指示剂瓶内存放的是浓度为5g/L的铬黑T指示液。

试样瓶、标准液瓶、返滴液瓶、缓冲剂瓶和颜色指示剂瓶分别通过定量加药装置与滴定池相连。

整个自动滴定的关键步骤如下：

步骤一：与试样瓶相连的定量加药装置将体积为VmL的待测水样加入到滴定池内。

步骤二：与缓冲剂瓶相连的定量加药装置将一定体积的氨-氯化铵缓冲溶液加入到滴定池内。

步骤三：与颜色指示剂瓶相连的定量加药装置将一定体积的铬黑T指示液加入到滴定池内。

步骤四：利用搅拌系统对滴定池内液体进行搅拌。

步骤五：颜色传感器对滴定池内液体的颜色进行采样，并判断是否达到滴定终点(本实施方案中滴定终点时液体的颜色为蓝色)。

如果达到滴定终点，则进入步骤七；如果没有达到滴定终点，则重复进行“步骤六、步骤四、步骤五”。

步骤六：与标准液瓶相连的定量加药装置将预设体积的EDTA标准液体加入到滴定池内。

步骤七：与返滴液瓶相连的定量加药装置将预设体积的返滴定标准液体加入到滴定池内。

步骤八：利用搅拌系统对滴定池内液体进行搅拌。

步骤九：颜色传感器对滴定池内液体的颜色进行采样，并判断液体颜色重新变为滴定终点前的颜色(本实施方案中为红色)。

如果液体颜色重新变为滴定终点前的颜色，则整个滴定分析过程结束；如果液体颜色重新没有变为滴定终点前的颜色，则重复进行“步骤七、步骤八、步骤九”。

假设整个分析过程中，滴加的EDTA标准液体的总体积为V3mL，滴加的返滴定标准液体的总体积为V4mL，则所分析的水样的硬度计算公式如下：

水样的硬度c＝(V3*a-V4*b)/V；

上式中：V3是指滴加的EDTA标准液体的总体积，mL；

V4是指滴加的返滴定标准液体的总体积，mL；

a是指EDTA标准液体的浓度，mol/L；

b是指返滴定标准液体的浓度，mol/L。

通过控制步骤六中EDTA标准液体每次滴定的预设体积，保证快速到达滴定终点；而通过控制步骤七中返滴定标准液体每次滴定的预设体积，以降低返滴定的误差。由于返滴定只针对EDTA标准液体最后一次滴定进行返滴定，因此能够实现对滴定次数的预估，实现缩短返滴定的时间的同时控制返滴定的精度。

Claims (6)

1.一种基于返滴定的自动滴定方法，其特征在于，包括以下步骤：

先向体积为V的待滴定的溶液中加入滴定标准液，每次滴定体积为V1，当颜色指示剂颜色发生突变时停止滴定；

然后向待滴定的溶液中加入返滴定标准液，每次滴定体积为V2，V2小于V1，当颜色指示剂颜色发生突变时停止滴定；

所述滴定标准液每次滴定体积V1以缩短从开始滴定到颜色指示剂颜色发生突变的时间为目的进行设置，所述返滴定标准液每次滴定体积V2以减小滴定误差为目的进行设置；

根据待滴定的溶液的体积以及滴定标准液、返滴定标准液的浓度、单次滴定体积和滴定次数得到待滴定的溶液中相应溶质的浓度。

2.根据权利要求1所述的基于返滴定的自动滴定方法，其特征在于：V2与V1的比值为1/50～1/10。

3.根据权利要求1所述的基于返滴定的自动滴定方法，其特征在于：所述V1为0.1～0.5ml。

4.根据权利要求1所述的基于返滴定的自动滴定方法，其特征在于：利用颜色传感器实时监测颜色指示剂的颜色变化。

5.根据权利要求1所述的基于返滴定的自动滴定方法，其特征在于：对待滴定的溶液中的待测溶质进行滴定时，先进行PH值调节，加入颜色指示剂；

如果颜色指示剂颜色发生变化，则溶液中待测溶质的含量为零或忽略不计。

6.根据权利要求1所述的基于返滴定的自动滴定方法，其特征在于：待滴定的溶液中相应溶质的浓度求取公式为：

c＝(V_1总*a-V_2总*b)/V(1)

V_1总＝V1·n1(2)

V_2总＝V2·n2(3)

式中，V_1总为滴定标准液的总体积，mL；V_2总为返滴定标准液的总体积，mL；n1为滴定标准液滴定次数；n2为返滴定标准液滴定次数；c为待滴定的溶液中相应溶质的浓度，mol/L；a为标准液体的浓度，mol/L；b为返滴定标准液体的浓度，mol/L。