JP2017151071A - Titration control method and automatic titrator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、滴定制御方法および本発明の滴定制御方法を用いた自動滴定装置に関するものである。 The present invention relates to a titration control method and an automatic titration apparatus using the titration control method of the present invention.
滴定の原理は、試料中の特定の物質を化学的に測定するために、目的物質と既知の比率で反応する滴定液を用いて、前記滴定液を少量ずつ滴加し、前記試料の化学量の変化をセンサにより出力信号として検出し、前記検出した出力信号を基に、滴定の終点に到達するまでに必要とした滴定液の量から、目的物質の量を導出するものである。 The principle of titration is to use a titrant that reacts with a target substance at a known ratio in order to chemically measure a specific substance in a sample. Is detected as an output signal by a sensor, and based on the detected output signal, the amount of the target substance is derived from the amount of titrant necessary to reach the end point of the titration.
上記滴定において滴定液の滴加および終点の判断を自動的に行う自動滴定装置が実用化されている。その中で、自社で用いられている従来の滴定制御方法では、前記試料に滴定液を少量滴加し、前記出力信号の変化を測定する際に、滴定液を滴加してから、前記試料と滴定液の反応が完了したかを判断するための基準として、待ち時間および待ち感度という設定項目がある。 In the above titration, an automatic titration apparatus that automatically performs titration of a titrant and determination of an end point has been put into practical use. Among them, in the conventional titration control method used in-house, when a small amount of titrant is added to the sample and the change in the output signal is measured, the titrant is added, and then the sample is added. There are setting items such as waiting time and waiting sensitivity as a reference for judging whether the reaction of the titrant is completed.
これは、前記滴定液を滴加した際、前記出力信号の変化を測定し、設定した待ち時間の範囲において、出力信号の変動幅が設定した待ち感度の範囲以内となった場合に、前記試料と滴定液の反応が完了し出力信号が安定したと判断し、次の滴加を行う、または滴定の終了を判断する。前記待ち時間の範囲以内で前記変動幅が前記待ち感度の範囲を超えた場合、引き続き出力信号の安定待ちを行い、前記待ち時間の範囲において、前記出力信号の変動幅が前記待ち感度の範囲以内となった時点で前記試料と滴定液の反応が完了したと判断する滴定制御方法である(例えば、特許文献1参照。)。 This is because when the titrant is added dropwise, the change in the output signal is measured, and when the fluctuation range of the output signal is within the set waiting sensitivity range in the set waiting time range, the sample It is determined that the reaction of the titrant is completed and the output signal is stable, and the next titration is performed or the end of the titration is determined. When the fluctuation range exceeds the waiting sensitivity range within the waiting time range, the output signal is continuously waited for stability, and within the waiting time range, the output signal fluctuation width is within the waiting sensitivity range. This is a titration control method in which it is determined that the reaction between the sample and the titrant is completed (see, for example, Patent Document 1).
上記滴定制御を繰り返すことで、特に滴定の終点付近において前記出力信号の変化量が大きくなる場合においても出力信号が安定した時点で次の滴定液の滴加を行うことが可能である。 By repeating the titration control, it is possible to add the next titrant solution when the output signal becomes stable, especially when the amount of change in the output signal becomes large near the end point of titration.
図3に従来の滴定制御方法の動作を説明するフロー図を示す。 FIG. 3 shows a flowchart for explaining the operation of the conventional titration control method.
上記従来の滴定制御方法で滴定の終点を判断する場合、滴定の種類や試料または滴定液の濃度によって化学反応に必要とする時間が異なり、滴定速度を速めると終点の検出を誤る場合があり、一方で終点の検出を確実に行うために滴定速度を遅くすると迅速性を損なう要因となっている。 When determining the end point of titration with the above conventional titration control method, the time required for the chemical reaction differs depending on the type of titration and the concentration of the sample or titrant, and if the titration speed is increased, the end point may be detected incorrectly. On the other hand, if the titration speed is slowed down in order to surely detect the end point, it is a factor that impairs the speed.
従って、本発明の目的は、従来の滴定制御方法での滴定精度を維持し、尚且つ滴定時間の短縮を可能とする滴定制御方法および本発明の滴定制御方法を使用した自動滴定装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a titration control method capable of maintaining the titration accuracy in the conventional titration control method and shortening the titration time, and an automatic titration apparatus using the titration control method of the present invention. That is.
上記目的は、ある試料に対し、試料中の特定物質と化学的に反応を示す滴定液を少量ずつ滴加し、前記試料の化学量の変化をセンサにより出力信号として検出し、前記検出した出力信号の変化の測定を行う滴定における制御方法であり、前記滴定液の滴加毎に、滴定液を滴加した時点から出力信号が安定するまでの間で、前記滴定液の滴加時点の出力信号を基準とした際に出力信号の変化が最大となる時点を瞬間最大変化とし、前記瞬間最大変化での変化量と、前記瞬間最大変化に到達するまでの経過時間、出力信号の変化に応じて滴定液の滴加量を設定するフィードバック制御を使用した際の滴定液の滴加量に応じて、次に滴定液を滴加した際の、前記出力信号の検出時に許容する出力信号の変動幅の大きさと、前記センサによる出力信号の検出のための待ち時間の大きさを制御するようにしたことを特徴とする本発明に係る滴定制御方法および本発明の滴定制御方法を使用した自動滴定装置によって達成される。 The purpose is to add a small amount of titrant that chemically reacts with a specific substance in a sample to a certain sample, detect a change in the chemical amount of the sample as an output signal by a sensor, and detect the detected output. This is a control method in titration for measuring a change in signal. For each titration of the titrant, the output at the time of titration of the titrant is from the time when the titrant is added until the output signal becomes stable. The point at which the change in the output signal is maximum when the signal is used as the reference is the instantaneous maximum change, depending on the amount of change at the maximum instantaneous change, the elapsed time to reach the maximum instantaneous change, and the change in the output signal Fluctuation of the output signal allowed when the output signal is detected the next time the titrant is added according to the titrant's titration amount when using the feedback control to set the titrant's titration amount Width and output signal from the sensor It is achieved by an automatic titrator using a titration method of controlling titration control method and the present invention according to the present invention which is characterized in that so as to control the magnitude of the waiting time for detection.
本発明によると、前記滴定液を滴加した際の出力信号の瞬間最大変化での変化量が大きい場合には、次に滴定液を滴加した際の出力信号の検出時に許容する出力信号の変動幅を大きく設定し、前記瞬間最大変化での変化量が小さい場合には前記変動幅を小さく設定する。 According to the present invention, when the amount of change in the instantaneous maximum change of the output signal when the titrant is added is large, the output signal allowed when the output signal when the titrant is added next is detected. The fluctuation range is set large, and when the change amount at the instantaneous maximum change is small, the fluctuation range is set small.
また、前記滴定液を滴加した際の出力信号の瞬間最大変化に到達するまでの経過時間が大きい場合には、次に滴定液を滴加した際の出力信号の検出のための待ち時間を大きく設定し、前記瞬間最大変化に到達するまでの経過時間が小さい場合には前記待ち時間を小さく設定する。 In addition, when the elapsed time until reaching the instantaneous maximum change of the output signal when adding the titrant is large, the waiting time for detecting the output signal when adding the titrant is added next. When the elapsed time until reaching the instantaneous maximum change is small, the waiting time is set small.
同時に、上記フィードバック制御を使用した際、前記滴定液の滴加量が小さい場合には、滴定液を滴加した際の出力信号の検出のための待ち時間を大きく設定し、前記滴定液の滴加量が大きい場合には前記待ち時間を小さく設定する。 At the same time, if the titration amount of the titrant is small when the feedback control is used, the waiting time for detecting the output signal when the titrant is added is set large, and the titration liquid drops When the amount of addition is large, the waiting time is set small.
本発明によると、前記滴定は上記の出力信号の検出時に許容する出力信号の変動幅および出力信号の検出のための待ち時間の制御を同時に行うことを特徴とする滴定制御方法である。 According to the present invention, the titration is a titration control method characterized by simultaneously controlling the fluctuation range of the output signal allowed when the output signal is detected and the waiting time for the detection of the output signal.
本発明によると、前記滴定は主に塩素イオンの量を測定する沈殿滴定に対応するものであり、前記滴定に使用するセンサは銀電極であり、前記センサによる出力信号の変化は試薬の電気的な量の変化である。 According to the present invention, the titration mainly corresponds to precipitation titration for measuring the amount of chloride ions, the sensor used for the titration is a silver electrode, and the change in the output signal by the sensor is the electrical of the reagent. It is a change in the amount.
本発明は前記滴定制御方法および自動滴定装置によって、試料に滴定液を滴加し、出力信号の変化をセンサにより検出する際に、滴定液を滴加した際の出力信号の瞬間最大変化での変化量に応じて待ち感度を設定し、同時に前記瞬間最大変化に到達するまでの経過時間および前記滴定液の滴加量に応じて待ち時間を設定することで、常に適切な条件にて滴定液を滴加することができ、これにより従来の滴定制御方法での滴定精度を維持し、尚且つ滴定時間の短縮を達成するという効果が得られる。 In the present invention, when the titration liquid is added to the sample by the titration control method and the automatic titration apparatus and the change in the output signal is detected by the sensor, the instantaneous maximum change in the output signal when the titrant is added is detected. By setting the waiting sensitivity according to the amount of change, and simultaneously setting the waiting time according to the elapsed time until the instantaneous maximum change is reached and the amount of titrant added, the titrant As a result, the effect of maintaining the titration accuracy of the conventional titration control method and shortening the titration time can be obtained.
図1に、本発明を実施する自動滴定装置の概略を示す。自動滴定装置は大別して操作スイッチ(図示せず)および測定結果を表示または印字する機能を有する演算制御装置1(以下、本体1と称す)、本体の制御によって稼動するビュレット装置13および試料と滴定液を攪拌し滴定を実行するスターラ装置10からなる。 FIG. 1 shows an outline of an automatic titration apparatus for carrying out the present invention. The automatic titration apparatus is roughly classified into an operation switch (not shown) and a calculation control apparatus 1 (hereinafter referred to as a main body 1) having a function of displaying or printing a measurement result, a
本体1は、出力信号の安定、終点の判断、上記フィードバック制御における滴定液18の滴加量の制御などを行う制御部2、指示電極7および比較電極8からの出力信号を受け取る検出部3、出力信号の変化や滴定結果を表示、記録する表示部4および記録部5からなる。 The main body 1 includes a
ビュレット装置13は、ピストン14の上下による滴定液18の吐出および吸引のためのシリンジ15、流路の切り替えを行うための三方コック16がある。前記各部を連動させることで、滴定液容器17からシリンジ15への滴定液18の吸引およびシリンジ15から滴定ノズル11への滴定液の吐出を行う。 The
本方法では、本発明の滴定制御方法を、センサとして指示電極7に銀電極を用いた塩化ナトリウムの硝酸銀による沈殿滴定に適用するものとして説明する。 In this method, the titration control method of the present invention is described as being applied to precipitation titration with sodium nitrate of sodium chloride using a silver electrode as the indicator electrode 7 as a sensor.
図2に本発明の滴定制御方法の動作を説明するフロー図を示す。次に上記構成の自動滴定装置を使用して、図2を参考に本発明の制御方法に従って滴定を行う場合について説明する。 FIG. 2 shows a flowchart for explaining the operation of the titration control method of the present invention. Next, a case where titration is performed according to the control method of the present invention using the automatic titration apparatus having the above-described configuration will be described with reference to FIG.
図1において、まず滴定液容器17に滴定液18として0.1N硝酸銀水溶液を入れ、ビュレット装置13を動作させ、シリンジ15、滴定ノズル11および各部をつなぐチューブを滴定液で満たす。 In FIG. 1, first, a 0.1N silver nitrate aqueous solution is put as a
次に、スターラ装置10に滴定容器6を置き、容器内に撹拌子9を配置する。前記容器に試料として、本方法では0.1Nの塩化ナトリウム水溶液をホールピペットで正確に5mL秤量し、1N硝酸約5mLと純水約50mLを加える。スターラ装置10により前記容器内に配置した撹拌子9を回転させ、前記試料と純水とを十分に撹拌する。スターラは滴定中常に回転させておく。指示電極7および比較電極8を本体1に接続し、前記各電極を容器内の試料と純水の混合液中(以下、被検溶液12と称す)に浸漬し、滴定を行う。 Next, the
上記の状態で、まず前記各電極7、8からの信号より本体1で、被検溶液12の出力信号、本方法では電位E1を検出し、この電位を保存する(ステップ1)。 In the above state, first, the output signal of the test solution 12, that is, the potential E1 in this method, is detected by the main body 1 from the signals from the electrodes 7 and 8, and this potential is stored (step 1).
電位E1を検出後、ビュレット装置13により滴定液18を所定量、滴定容器16内へ滴加する(ステップ2)。この時、滴加時点から電位の安定を判断する間で、前記滴加時点の電位を基準とした際に電位の変化が最大となった時点を瞬間最大変化と呼ぶ。前記滴定液18を滴加後、前記瞬間最大変化時点の電位P1、および滴加時点から前記瞬間最大変化時点までの経過時間R1を保存する(ステップ3、4)。予め設定された待ち感度SINTおよび待ち時間TINTから前記被検溶液12と滴定液18の反応が完了したかを判断し、前記反応が完了した時点の電位E2を検出し、保存する(ステップ5、6、7)。After detecting the potential E1, a predetermined amount of
また、フィードバック制御として、上記電位E1、電位E2から電位変化の微分値(滴定液滴加量に対する電位変化量)を求め、求めた微分値から滴定液18の次回滴加量を自動で設定する(ステップ8)。設定する値は上記本体1に予め設定された条件によって変化するが、前記微分値が大きい場合には終点が近いと判断して前記滴定液18の滴加量を小さく設定し、微分値が小さい場合には終点までに多くの滴定液を必要とすると判断して前記滴定液18の滴加量を大きく設定する。 Further, as feedback control, a differential value (potential change amount with respect to titration droplet addition amount) is obtained from the potentials E1 and E2, and the next addition amount of the
次に、電位の最大変化幅(前回保存した電位E1−瞬間最大変化時点の電位P1)の絶対値Esを予め設定された待ち感度制御式に適用することで、次に前記滴定液18を滴加して、前記被検溶液12と滴定液18の反応が完了したかを判断する際の待ち感度SINTを自動で再設定する(ステップ9)。Next, by applying the absolute value Es of the maximum potential change range (the previously stored potential E1−the potential P1 at the moment of the maximum instantaneous change) to a preset waiting sensitivity control equation, the
また、上記ステップ9と並行して、滴加時点から前記瞬間最大変化時点までの経過時間R1と、上記ステップ8で設定した滴定液18の次回滴加量とを、予め設定された待ち時間制御式に適用することで、次に滴定液18を滴加して、前記被検溶液12と滴定液18の反応が完了したかを判断する際の待ち時間TINTを、自動で再設定する(ステップ10)。In parallel with the step 9, the elapsed time R1 from the time of addition to the instant maximum change time and the next addition amount of the
このとき、上記電位変化の微分値から滴定の終点の判定を行い(ステップ11)、終点と判断した場合、滴定作業を終了する。終点でないと判断した時は、上記ステップ2へ戻り、再度滴定液18を上記ステップ8で設定した所定量、滴定容器6内へ滴加する(ステップ2)。 At this time, the end point of the titration is determined from the differential value of the potential change (step 11), and when the end point is determined, the titration operation is terminated. When it is determined that the end point is not reached, the process returns to
前記滴定液18を滴加後、前記瞬間最大変化時点の電位P2(図示せず)、および滴加時点から前記瞬間最大変化時点までの経過時間R2(図示せず)を保存する(ステップ3、4)。待ち感度SINTおよび待ち時間TINTは、上記ステップ9、10に基づき再設定されており、前記再設定された待ち感度SINTおよび待ち時間TINTから前記被検溶液12と滴定液18の反応が完了したかを判断し、前記反応が完了した時点の電位E3(図示せず)を検出し、保存する(ステップ5、6、7)。After adding the
上記電位E2、電位E3から上記電位変化の微分値を求め、求めた微分値から滴定液18の次回滴加量を再度自動で設定する(ステップ8)。 A differential value of the potential change is obtained from the potentials E2 and E3, and the next addition amount of the
次に、電位の最大変化幅(前回保存した電位E2−瞬間最大変化時点の電位P2)の絶対値Esを予め設定された待ち感度制御式に適用することで、次に滴定液18を滴加して、前記被検溶液12と滴定液18の反応が完了したかを判断する際の待ち感度SINTを再度自動で設定する(ステップ9)。また、上記ステップ9と並行して、滴加時点から前記瞬間最大変化時点までの経過時間R2と、上記ステップ8で設定した滴定液18の次回滴加量とを、予め設定された待ち時間制御式に適用することで、次に滴定液18を滴加して、前記被検溶液12と滴定液18の反応が完了したかを判断する際の待ち時間TINTを、再度自動で設定する(ステップ10)。Next, by applying the absolute value Es of the maximum potential change width (the previously stored potential E2−the potential P2 at the moment of the maximum instantaneous change) to a preset waiting sensitivity control equation, the
続いて、前回と同様に、滴定の終点を判断し、滴定を終了するか、上記ステップ3に戻って、上記手順に従って滴定作業を続ける(ステップ11)。以上の手順を滴定の終点を判断するか、あるいは本体1に設定された条件から滴定異常と判断し、滴定を終了するまで繰り返す。 Subsequently, as in the previous time, the end point of the titration is determined, and the titration is finished, or the process returns to step 3 and the titration operation is continued according to the above procedure (step 11). The above procedure is repeated until the end point of the titration is determined or it is determined that the titration is abnormal from the conditions set in the main body 1 and the titration is completed.
上記の滴定制御を行うことで、待ち感度について、前記電位の最大変化幅の絶対値Esが大きい場合には待ち感度SINTを大きく設定し、前記絶対値Esが小さい場合には待ち感度SINTを小さく設定する。前記の制御により、滴加時の電位の変動幅に応じて適切な待ち感度を設定することで、従来の滴定制御方法において発生の可能性があった終点検出の誤り、および滴定時間の長時間化を防ぐ、といった効果が得られる。By performing the above titration control, when the absolute value Es of the maximum change width of the potential is large, the waiting sensitivity S INT is set large, and when the absolute value Es is small, the waiting sensitivity S INT is set. Set to a smaller value. By the above control, by setting an appropriate waiting sensitivity according to the fluctuation range of the potential at the time of dropping, an end point detection error that may have occurred in the conventional titration control method, and a long titration time are required. The effect of preventing the conversion is obtained.
また、待ち時間について、瞬間最大変化時点までの経過時間Rが大きい場合は試料と滴定液との反応に時間がかかると予測し待ち時間TINTを大きく設定し、前記経過時間Rが小さい場合は反応が早いと予測し待ち時間TINTを小さく設定する。また、滴定液の滴加量が小さい場合には前記被検溶液12と滴定液18とが混合し、試料と滴定液との反応を前記各電極7、8が検出するまでに要する時間が長いと予測して待ち時間を大きく設定し、滴定液の滴加量が大きい場合には前記試料と滴定液との反応を前記各電極7、8が検出するまでに要する時間が短いと予測して待ち時間を小さく設定する。前記の制御により、試料と滴定液の反応速度に応じて適切な待ち時間を設定することで、滴定の初期段階や反応の早い滴定、滴定の終点付近や反応に時間がかかる滴定において、常に最適な待ち時間で滴定を行うことで、滴定時間の短縮を実現し、尚且つ滴定終点の確実な検出が可能となる。As for the waiting time, if the elapsed time R until the moment of maximum change is large, the reaction between the sample and the titrant is expected to take a long time, and the waiting time T INT is set large. If the elapsed time R is small, The response time is predicted to be early and the waiting time TINT is set small. Further, when the titration amount of the titrant is small, the test solution 12 and the
本方法における滴定液の滴定値と滴定時間を表1に示す。 Table 1 shows the titration value and titration time of the titrant in this method.
また、比較例1として、図3を参考に、従来の滴定制御方法を用いた滴定を行った。比較のため、待ち時間TINTを3秒、待ち感度SINTを3mVに固定した点以外は、本方法と同じ自動滴定装置、材料および条件にて滴定を行った。Further, as Comparative Example 1, titration using a conventional titration control method was performed with reference to FIG. For comparison, titration was performed using the same automatic titration apparatus, material and conditions as in this method except that the waiting time T INT was fixed at 3 seconds and the waiting sensitivity S INT was fixed at 3 mV.
比較例1における滴定液の滴定値と滴定時間を表1に示す。
表1に示す結果から、本発明に基づく滴定制御方法と従来の滴定制御方法である比較例1とは、滴定液滴加量の平均値はほぼ一致しており、また、繰り返し性能を示す変動係数はいずれも0.1%以下であり、終点の検出が正確に、精度よく行われていることが確認された。また、滴定時間については、本方法では1分29秒であったのに対し、比較例1では2分16秒となっており、従来の制御方法と比較して本発明の滴定制御方法によって滴定時間の短縮が可能であることが確認できた。 From the results shown in Table 1, the titration control method based on the present invention and Comparative Example 1 which is a conventional titration control method have substantially the same titration droplet addition values, and also show fluctuations indicating repeatability. The coefficients were all 0.1% or less, and it was confirmed that the end point was detected accurately and accurately. Further, the titration time was 1 minute 29 seconds in this method, whereas it was 2
以上の説明から、本発明の滴定制御方法によって、試料に滴定液を滴加し、出力信号の変化をセンサにより検出する際に、前記滴定液の滴加毎に、滴定液を滴加した際の瞬間最大変化での変化量に応じて待ち感度を設定し、同時に瞬間最大変化時点に到達するまでの経過時間および前記滴定液の滴加量に応じて待ち時間を設定することで、常に適切な条件にて滴定液を滴加することができ、これにより自社における従来の滴定制御方法での滴定精度を維持し、尚且つ滴定時間の短縮を達成するという効果が得られる。また、本発明の滴定制御方法は本方法に限定されるものではない。 From the above explanation, when the titration liquid is added to the sample by the titration control method of the present invention and the change in the output signal is detected by the sensor, the titration liquid is added every time the titration liquid is added. By setting the waiting sensitivity according to the amount of change at the momentary maximum change, and at the same time setting the waiting time according to the elapsed time until reaching the momentary maximum change point and the titration amount of the titrant, it is always appropriate The titration liquid can be added dropwise under various conditions, thereby maintaining the titration accuracy of the conventional titration control method in-house and achieving the effect of shortening the titration time. The titration control method of the present invention is not limited to this method.
1、演算制御装置(本体)
2、制御部
3、検出部
4、表示部
5、記録部
6、滴定容器
7、指示電極(銀電極)
8、比較電極
9、撹拌子
10、スターラ装置
11、滴定ノズル
12、被検溶液
13、ビュレット装置
14、ピストン
15、シリンジ
16、三方コック
17、滴定液容器
18、滴定液1. Arithmetic control device (main unit)
2, control unit 3,
8, reference electrode 9,
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CN109358040A (en) * | 2018-05-07 | 2019-02-19 | 萍乡煤科环保科技有限公司 | A kind of measuring method of Phenol for Waste Water content and the measurement device used |
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