CN2031530U - 光控自动滴定仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种借助于测定溶液吸光性质来测定物质含量的光控自动滴定仪。该仪器的光纤溶液浓度传感器能把吸收池溶液的吸光能力大小传感到光电转换器上，光电信号放大器上可以连接有将光电信号转换为吸光度的电路及其显示器，或滴液计量管连接有液面高度-电信号传感器等组成的测定结果自动运算显示系统，实现了不用电极的光控自动滴定及结果自动显示，分析准确、快速、操作方便。

Description

本实用新型涉及一种借助于测定溶液的物理性质来测定溶液组分含量的专用装置，特别是涉及一种利用滴定法，借助于测定溶液吸光性质来测定溶液组分含量的一种光控自动滴定仪。

目前普遍使用的自动滴定仪，包括指示电极、参比电极、滴液计量管、滴定池、溶液搅拌装置、液路控制执行部件，因而它的应用受离子选择性电极种类的限制，而且操作滴定较繁锁，要预先计算和预滴定作曲线求出终点电位，然后预置终点再进行滴定。由于靠人手来操作滴定液的滴定速度和滴定量，记录滴定液的体积并计算结果，由人眼读取滴液计量管读数，比较麻烦费时，而且目测读数误差较大。其次，滴定干扰因素较多，如温度、酸度、共存离子等因素对电极都会带来干扰。

我国实用新型专利申请说明书1987年8月5日公告的一种由光源、一个或多个光电探头及由该光源控制的能阻断滴定液流出的自动电器开关三大部分组成的申请号为86204969的《滴定实验的自动控制装置》克服了上述很多缺点，但该种滴定仪使用单光束的方案中，要将装有光源和滤光片以及光电池、光电倍增管、太阳能电池一类光电转换器的U型检测器插入待测溶液中，这就要求与溶液接触的滤光片和光电转换器耐腐蚀。由于U型检测器体积较大受杂散光的影响大，故只能将滴定池放入暗盒中。在使用双光束的方案中，以特制透光面的烧杯作为滴定池，光经过烧杯和待测溶液后照射到光电转换器上。这就要求烧杯的透光部分必须用不吸收特定波长的光波（此波长的光可能被溶液吸收）的特殊材料制成，而且要求各烧杯的直径和透光面厚度都一致，不然测定结果不准确。以上U型检测器和特制烧杯在制作工艺上都较难实施，而且此种仪器仍不能自动显示测定结果。

本实用新型的目的在于提供一种利用光控制滴定速度并检测终点自动停止滴定，甚至自动显示测定结果，一仪器多用，制作简单，操作方便的光控自动滴定仪，以减轻分析工作者的劳动强度，提高测定准确度和速度，消除人为误差。

本实用新型是这样实现的：

一种光控自动滴定仪，具有光源及单色器或单色光源、一个或多个吸收池、溶液搅拌装置、光电转换器、光电信号放大器、液路控制执行部件、滴液计量管，而且还具有光纤（即光导纤维，以下同）溶液浓度传感器，该传感器由能将会聚入输入光纤中的光源或经单色器的光、导入吸收池所装待测溶液或参比溶液中的输入光纤，和能把经过待测溶液或参比溶液后的光输出并传到光电转换器上的输出光纤，以及测定时能将输入光纤和输出光纤固定在待测溶液或参比溶液中的固定装置组成。输入光纤和输出光纤插入溶液一端的端面距一定距离相对，另一端分别与单色器和光电转换器连接。输入光纤的另一端除了能与单色器连接外，也可以直接与光源连接，其理由是光电转换器对不同波长的光有线性感应性或微机控制光电转换器，能使波长与转换信号有单值对应关系。单色器可位于光源与输入光纤或输出光纤与光电转换器之间。

又一种光控自动滴定仪，具有光源及单色器（位于光源与分光器或吸收池之间）或单色光源、分光器、一个或多个吸收池、溶液搅拌装置、光电转换器、光电信号放大器、液路控制执行部件、滴液计量管。也可不用分光器而采用光纤溶液浓度传感器，该传感器由能将会聚入输入光纤中的光源或经单色器的光导入吸收池所装待测溶液或参比溶液中的输入光纤，和能把经过待测溶液或参比溶液后的光输出并传到光电转换器上的输出光纤，以及测定时能将输入光纤和输出光纤固定在待测溶液或参比溶液中的固定装置组成。输入光纤和输出光纤插入溶液一端的端面距一定距离相对，另一端分别与单色器（或光源）和光电转换器连接。单色器可位于光源与输入光纤或输出光纤与光电转换器之间。

不管采用光纤溶液浓度传感器还是采用分光器，均在光电信号放大器上并联有吸光度转换电路及其吸光度A值或百分透光度T值显示盘，在光电信号放大器上连接有可与吸光度转换电路或液路控制执行部件连通的转换开关K。

再一种光控自动滴定仪，具有光源及单色器（位于光源与分光器或吸收池之间）或单色光源、分光器、一个或多个吸收池、溶液搅拌装置、光电转换器、光电信号放大器、液路控制执行部件、滴液计量管，也可不用分光器而采用光纤溶液浓度传感器。该传感器由能将会聚入输入光纤中的光源或经单色器的光导入吸收池所装待测溶液或参比溶液中的输入光纤，和能把经过待测溶液或参比溶液后的光输出并传到光电转换器上的输出光纤，以及测定时能将输入光纤和输出光纤固定在待测溶液或参比溶液中的固定装置组成。输入光纤和输出光纤插入溶液一端的端面距一定距离相对，另一端分别与单色器（或光源）和光电转换器连接。单色器可位于光源与输入光纤或输出光纤与光电转换器之间。

与滴液计量管连接有由液面高度——电信号传感器、线性调整放大电路、编程计算器及其编程输入键盘、结果显示器组成的能自动显示滴定液体积或待测溶液浓度变化的滴定结果自动运算显示系统。

还有一种光控自动滴定仪，具有光源及单色器（位于光源与分光器或吸收池之间）或单色光源、分光器、一个或多个吸收池、溶液搅拌装置、光电转换器、光电信号放大器、液路控制执行部件、滴液计量管。也可不用分光器而采用光纤溶液浓度传感器。该传感器由能将会聚入输入光纤中的光源或经单色器的光导入吸收池所装待测溶液或参比溶液中的输入光纤，和能把经过待测溶液或参比溶液后的光输出并传到光电转换器上的输出光纤，以及测定时能将输入光纤和输出光纤固定在待测溶液或参比溶液中的固定装置组成。输入光纤和输出光纤插入溶液一端的端面距一定距离相对，另一端分别与单色器（或光源）和光电转换器连接。单色器可位于光源与输入光纤或输出光纤与光电转换器之间。

不管采用光纤溶液浓度传感器还是采用分光器，均在光电信号放大器上并联有吸光度转换电路及其吸光度A值或百分透光度T值显示盘。在光电信号放大器上连接有可与吸光度转换电路或液路控制执行部件连通的转换开关K。

与滴液计量管连接有由液面高度——电信号传感器、线性调整放大电路、编程计算器及其编程输入键盘、结果显示器组成的能自动显示滴定液体积或待测溶液浓度变化的滴定结果自动运算显示系统。

本实用新型所述液面高度——电信号传感器最好采用液面高度——压电信号传感器或液面高度——电阻信号传感器或液面高度——光敏信号传感器或液面高度——电容信号传感器。液面高度——压电信号传感器可用压电晶体片或扩散硅型的固态力敏片等作力——电信号转换器。

采用多光束时，各输入光纤或输出光纤的粗细应相等，制作光纤的材料可以是一切导光的纤维材料，最好为导光的塑料或玻璃纤维材料。

本实用新型所述光源可为自然光或灯光。如果用灯光，则需使用稳压电源以使光源光强度保持稳定。单色器色散元件可为棱镜或光栅或干涉狭缝等，也可用滤光片作单色器。如果使用单色发光二极管、波长可调或不可调的激光二极管、波长可调或不可调的激光器，或采用一定的双光束双光路或相匹配的放大调整电路或微机，则可不用单色器。

所述的光电转换器可为光电池、太阳能电池、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电倍增管、光电管、紫外或红外光电器件、声光电池等。

所述的光电信号放大电路、吸光度转换电路是一般的分光光度计的电路，如电压或电流放大电路、差分放大电路、对数转换电路。

所述的液路控制执行部件可以是电磁阀、空气截流阀、压电作用阀等。

滴定结果自动运算显示系统中的线性调整放大电路是根据液面高度——电信号传感器响应特性涉及的电路，编程计算器是一般的计算器电路。

本实用新型实现了不使用电极的光控自动滴定，不仅能利用光控制滴定液的滴定速度并检测终点自动停止滴定，甚至能自动运算和显示测定结果，分析准确、快速、操作方便，减轻了分析工作者的劳动强度。能代替人眼读数，消除了人为误差，即使色盲和色弱的人也能使用该仪器进行滴定分析。本实用新型不仅能作为自动滴定仪进行常量分析，而且又能作分光光度计进行微量分析，使应用范围更加广泛。此种仪器制造简单，光导纤维溶液浓度传感器具有低廉、性能稳定、使用方便、耐酸（用玻璃光纤）耐碱（用塑料光纤）、能起分光器和比色皿的作用等优点。该滴定仪有的种类可以不要求特制烧杯透光面，无论采用单光束或双光束都能在自然光下进行滴定而不须特制暗盒，便于监测。

下面结合附图详细说明本实用新型。

附图1为本实用新型其中一种光控自动滴定仪结构原理示意图。

附图2为液面高度——压电信号传感器31一种具体结构的纵向剖面图。

附图3为光纤溶液浓度传感器32一种具体结构的纵向剖面图。

附图4为本实用新型其中一种光控自动滴定仪结构原理示意图。

附图5为本实用新型其中一种光控自动滴定仪结构原理示意图。

附图1为本实用新型的一个实施例。由光源1（图中为由直流稳压电源供电的钨丝灯）发出的一定波长范围的连续光谱经单色器2（此例以棱镜为色散元件）后会聚入与单色器2连接的光纤溶液浓度传感器32的输入光纤10中。多束（本例为两束）粗细相等的输入光纤10把多束（本例为两束）等强度的入射光，分别导入用作吸收池4的多个（本例为两个）普通烧杯所装待测溶液或参比溶液中，经待测溶液和参比溶液吸收后的光由输出光纤11传到作为光电转换器6的光电管上。

如附图3所示，光纤溶液浓度传感器32最好由输入光纤10和输出光纤11分别卡入两个平行的固定块26中，固定块26上端与二光纤结合处粘合固定，二光纤下端端面外露相对。滑杆27和带有手动圆盘30的螺杆28相互平行且两端均分别插入两个固定块26中。滑杆27插穿出固定块26外的两端有防脱件29（也可将滑杆27的一端固定在固定块26中），以防止滑杆27与固定块26脱离。螺杆28两端有能调节二固定块26之间的距离的螺纹与固定块26连接。旋动手动圆盘10，能使两个固定块26之间的距离变小（或增大），向相反方向旋动手动圆盘10，则两个固定块26之间的距离增大（或变小），这实际上是使二光纤下端外露相对的二端面之间的距离得到调节。

为了提高测定的灵敏度和精确度以及迅速扫描寻找最大差别吸收光波波长，采用双光束差动控制装置，与光电转换器6连接的光电信号放大器7采用差分放大器。

本实用新型进行测定时具体使用分两步进行。第一步进行预滴定：将与光电信号放大器7相连的转换开关K与作为液路控制执行部件8的空气截流阀连通。先开启如附图1所示最好由电磁搅拌器和铁芯搅拌棒组成的溶液搅拌装置5，把两个光纤溶液浓度传感器32分别插入两个吸收池4分别装有的待测溶液（未用滴液计量管9中所装滴定液即标准溶液滴定过的待测溶液）和参比溶液（用标准溶液滴定到终点颜色的待测溶液）中，用两个光电转换器6分别接收两路光电信号，并调节入射光波长，以产生最大电信号（由吸光度显示盘13读出）的入射光波长作入射光波长。然后再将两个光纤溶液浓度传感器32同时插入上述装显示终点颜色溶液（即参比溶液）的吸收池4中，调节任一光纤溶液浓度传感器32的输入光纤10和输出光纤11相对两端面间的距离或调节二光电转换器6产生信号的大小，使滴定刚好停止（此时滴定液并不往参比溶液里滴），调节结果显示器18显示零，通过编程输入键盘17将计算公式和已知量输入编程计算器16中。第二步进行正式滴定，开启溶液搅拌装置5，先将两个光纤溶液浓度传感器32重新分别插入上述两个吸收池4所装待测溶液和参比溶液中，用作为滴液计量管9使用的酸式滴定管里装的标准溶液滴定。接近终点时，装待测溶液和参比溶液的吸收池4中两溶液吸光性质接近，经光电信号放大电路、电信号控制电路驱动与滴液计量管9连接的液路控制执行部件8，自动停止滴定。本实施例采用空气截流阀作为液路控制执行部件8，空气截流阀口直接或通过一个导管连在滴液计量管9的上口，它是通过控制滴液计量管9上口的进气量大小来控制滴定液流速和停止滴定的。

在滴液计量管9下部无刻度处一支管上通过连接管36连接有液面高度——压电信号传感器31。液面高度——压电信号传感器31最好如附图2所示由槽口相对的两个带沿边的凹形槽式的壳体19中间夹有力——电信号转换器20，使两个壳体19形成互不相通的上室和下室，壳体19的沿边面与力——电信号转换器20之间垫有密封圈21，且二壳体19沿边上有紧固件22连接二壳体19并使壳体19、密封圈21和力——电信号转换器20三者压紧。上室有一可用密封件23（此例用塞子）密封的通气孔24，下室底部有与滴液计量管9连通的通道，力——电信号转换器20上有导线25引出与线性调整放大器15相连。

如附图1和2所示，当采用空气截流阀作为液路控制执行部件8时，用塞子塞住通气孔24，将A室密封。当滴液计量管9中装入标准溶液（可用自动加液计量管）时，下室的气体被压缩并封入下室，其下室压强与滴定管中液面高度所对应的压强相等。随着滴定的进行，当滴定管中液面产生变化时则引起下室气体压强的变化，作用到力——电信号转换器20（此实施例为扩散硅型的固态力敏片）上使其产生不同的形变，力——电信号转换器20将不同的形变量转换成相应的电信号变化由与力——电信号转换器20连接的导线25导出。与力——电信号转换器20连接有线性调整放大电路15，能将力——电信号转换器20产生的信号转换为线性信号与液面高度一一对应。线性调整放大电路15中还包括有调零电路，以便滴定开始前使结果显示器18显示零。随着滴定的进行，编程计算器16接收线性调整放大电路15反映来的滴定液的体积变化信号后，按计算公式计算出结果，然后送到与编程计算器16连接的结果显示器18显示结果。

当使用空气截流阀时，由于滴液计量管9上口没有直接与大气连通，液面上的压力不等于大气压，液面上的压力并不随大气压变化而变化。由于此时A室用塞子密封，因此力——电信号转换器20上A室的压力也不随大气压变化而变化，故力——电信号转换器20的形变量就能正确反映滴液计量管9中液面的高低变化。

如果转动转换开关K，使光电信号放大器7与液路控制执行部件8断开而与吸光度转换电路12连通时，则吸光度A值显示盘13将显示吸光度A值，此时该仪器可当分光光度计使用。

附图4为本实用新型的又一个实施例。此种光控自动滴定仪，采用滤光片作单色器2，一半透射－半反射镜和一反射镜组成分光器3。单色光经半透射－半反射镜把光分裂成两束等强度光，一束经装待测溶液的吸收池4后到达作为光电转换器6的光电管上，另一束再经反射镜反射后经装参比溶液的吸收池4后到达光电管上。吸收池4为有特制透光面的烧杯，滴液计量管9为下连有一段橡皮管的碱式滴定管，液路控制执行部件8为电磁阀。在光电信号放大器7与电磁阀之间有开关电路33、方波发生电路34、压控电路35。去掉与光电信号放大器7并联的吸光度转换电路12及吸光度A值显示盘13。操作时滴液计量管9的上口和力——电信号转换器20上的A室同时放开与大气连通。其余结构特征同于实施例1。

实施例3附图5为又一种光控自动滴定仪。此种滴定仪以激光二极管为单色光源14，光电管为光电转换器6，一个普通烧杯作吸收池4。测定时吸收池4所装待测溶液中插入一个光纤溶液浓度传感器32，光电管转换来的光电信号经一般光电信号放大器7放大。与吸光度转换电路12连接有百分透光度T值显示盘13。滴液计量管9不连接滴定结果自动运算显示系统。其余结构特征同于实施例1。

实施例4，一种光控自动滴定仪，在光电信号放大器7上不并联吸光度转换电路12及其吸光度A值显示盘13。在滴液计量管9下面无刻度处的支管上不连接滴定结果自动运算显示系统。输入光纤10直接与光源1连接，单色器2位于输出光纤11与光电转换器6之间。其余结构特征同于实施例1。

Claims (7)

1、一种光控自动滴定仪，具有光源1及单色器2或单色光源14、一个或多个吸收池4、溶液搅拌袋置5、光电转换器6、光电信号放大器7、液路控制执行部件8、滴液计量管9，其特征在于还具有光纤溶液浓度传感器32，该传感器32由能将会聚入输入光纤10中的光源1或经单色器2的光导入吸收池4所装待测溶液或参比溶液中的输入光纤10，和能把经过待测溶液或参比溶液后的光输出并传到光电转换器6上的输出光纤11，以及测定时能将输入光纤10和输出光纤11固定在待测溶液或参比溶液中的固定装置组成，输入光纤10和输出光纤11插入溶液一端的端面距一定距离相对，另一端分别与单色器2(或光源1)和光电转换器6连接，单色器2可位于光源1与输入光纤10或输出光纤11与光电转换器6之间。

2、一种光控自动滴定仪，具有光源1及单色器2（位于光源1与分光器3或吸收池4之间）或单色光源14、分光器3、一个或多个吸收池4、溶液搅拌装置5、光电转换器6、光电信号放大器7、液路控制执行部件8、滴液计量管9，其特征在于：

（1）、也可不用分光器3而采用光纤溶液溶度传感器32，该传感器32由能将会聚入输入光纤10中的光源1或经单色器2的光导入吸收池4所装待测溶液或参比溶液中的输入光纤10，和能把经过待测溶液和参比溶液后的光输出并传到光电转换器6上的输出光纤11，以及测定时能将输入光纤10和输入光纤11固定在待测溶液或参比溶液中的固定装置组成，输入光纤10和输出光纤11插入溶液的一端的端面距一定距离相对，另一端分别与单色器2（或光源1）和光电转换器6连接，单色器2可位于光源1与输入光纤10或输出光纤11与光电转换器6之间，

（2）、不管采用光纤溶液液度传感器32还是采用分光器3，均在光电信号放大器上并联有吸光度转换电路12及其吸光度A或百分透光度T值显示盘13，并在光电信号放大器7上连接有可与吸光度转换电路12或液路控制执行部件8连通的转换开关K。

3、一种光控自动滴定仪，具有光源1及单色器2（位于光源1与分光器3或吸收池4之间）或单色光源14、分光器3、一个或多个吸收池4、溶液搅拌装置5、光电转换器6、光电信号放大器7、液路控制执行部件8、滴液计量管9，其特征在于：

（1）、也可不用分光器3而采用光纤溶液浓度传感器32，该传感器32由能将会聚入输入光纤10中的光源1或经单色器2的光导入，吸收池4所装待测溶液或参比溶液中的输入光纤10，和能把经过待测溶液或参比溶液后的光输出并传到光电转换器6上的输出光纤11，以及测定时能将输入光纤10和输出光纤11固定在待测溶液或参比溶液中的固定装置组成，输入光纤10和输出光纤11插入溶液一端的端面距一定距离相对，另一端分别与单色器2（或光源1）和光电转换器6连接，单色器2可位于光源1与输入光纤10或输出光纤11与光电转换器6之间，

（2）、与滴液计量管9连接有由液面高度——电信号传感器、线性调整放大电路15、编程计算器16及其编程输入键盘17、结果显示器18组成的能自动显示滴定液体积或待测溶液浓度变化的滴定结果自动运算显示系统，液面高度——电信号传感器最好为液面高度——压电信号传感器31。

4、根据权利要求3所述的光控自动滴定仪，其特征在于液面高度——压电信号传感器31最好通过连接管36连接在滴液计量管9下部无刻度处的支管上，该传感器31的结构最好为槽口相对的两个带沿边的凹形槽式的壳体19中间夹有力——电信号转换器20，使二个壳体19形成互不相通的上室和下室，壳体19沿边面与力——电信号转换器20之间均垫有密封圈21，且二壳体19沿边上有紧固件22连接二壳体19并使壳体19、密封圈21和力——电信号转换器20三者压紧，上室有一可用密封件23密封的通气孔24，下室底部有与滴液计量管9连通的通道，力——电信号转换器20上有导线25引出与线性调整放大器15相连。

5、一种光控自动滴定仪，具有光源1及单色器2（位于光源1与分光器3或吸收池4之间）或单色光源14、分光器3、一个或多个吸收池4、溶液搅拌装置5、光电转换器6、光电信号放大器7、液路控制执行部件8、滴液计量管9，其特征在于：

（1）、也可不用分光器3而采用光纤溶液浓度传感器32，该传感器32由能将会聚入输入光纤10中的光源1或经单色器2的光导入吸收池4所装待测溶液或参比溶液中的输入光纤10，和能把经过待测溶液或参比溶液后的光输出并传到光电转换器6上的输出光纤11，以及测定时能将输入光纤10和输出光纤11固定在待测溶液或参比溶液中的固定装置组成，输入光纤10和输出光纤11插入溶液一端的端面距一定距离相对，另一端分别与单色器2（或光源1）和光电转换器6连接，单色器2可位于光源1与输入光纤10或输出光纤11与光电转换器6之间，

（2）、不管采用光纤溶液浓度传感器32还是采用分光器3，均在光电信号放大器7上并联有吸光度转换电路12及其吸光度A值或百分透光度T值显示盘13，在光电放大器7上连接有可与吸光度转换电路12或液路控制执行部件8连通的转换开关K，

（3）、与滴液计量管9连接有由液面高度——电信号传感器、线性调整放大电路15、编程计算器16及其编程输入键盘17、结果显示器18组成的能自动显示滴定液体积或待测液浓度变化的滴定结果自动运算显示系统，液面高度——电信号传感器最好为液面高度——压电信号传感器31。

6、根据权利要求5所述的光控自动滴定仪，其特征在于液面高度——压电信号传感器31最好通过连接管36连接在滴液计量管9下部无刻度处的支管上，该传感器31的结构最好为槽口相对的两个带沿边的凹形槽式的壳体19中间夹有力——电信号转换器20，使两个壳体形成互不相通的上室和下室，壳体19沿边面与力——电信号转换器20之间均垫有密封圈21，且壳体19沿边上有紧固件22连接二壳体19并使壳体19、密封圈21和力——电信号转换器20三者压紧，上室有一可用密封件23密封的通气孔24，下室底部有与滴液计量管9连通的通道，力——电信号转换器20上有导线25引出与线性调整放大器15相连。

7、根据权利要求1－6中任何一项所述的光控自动滴定仪，其特征在于所述的光纤溶液浓度传感器32结构最好为输入光纤10和输出光纤11分别卡入两个平行的固定块26中，固定块26上端与二光纤结合处粘合固定，二光纤下端端面外露相对，滑杆27和带有手动圆盘30的螺杆28相互平行且两端均分别插入两个固定块26中，滑杆27一端固定在固定块26中或插穿出固定块26外的两端有防脱件29，螺杆28两端有能调节二固定块26之间的距离的螺纹与固定块26连接。

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