專利名稱：用于比色滴定測(cè)量的系統(tǒng)和方法
用于比色滴定測(cè)量的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于比色滴定的系統(tǒng)和方法。
滴定是通過以下步驟來測(cè)定溶液中物質(zhì)的濃度的方法以仔細(xì)測(cè)量過 的量將已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)試劑添加到該溶液，直到定比的和已知比例的反應(yīng) 完成，如例如由顏色變化或通過電測(cè)量所顯示出的，并接著根據(jù)所添加的 已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)試劑的體積來計(jì)算所要求得的濃度。滴定分析的例子有 ^/堿滴定法，由此例如使用酸性溶液通過滴定來測(cè)定溶液中的堿的量；氧 化還原滴定法，由此一種物質(zhì)被還原而另一種被氧化；絡(luò)合滴定法，由此 使用絡(luò)合劑(complex former)通過滴定來測(cè)定金屬離子的量；以及沉淀滴 定法，由此來測(cè)定不溶性化合物的沉淀平衡。
為了例如在酸/堿滴定中檢測(cè)滴定終點(diǎn)，使用比色檢測(cè)系統(tǒng)常常是方便 的。存在范圍廣泛的市場(chǎng)上可買到的顏色指示劑，其可用來幫助在酸/i威滴 定期間測(cè)定溶液的pH。這些指示劑隨pH的變化而改變顏色。這樣的顏色 變化可被視覺上地檢測(cè)或方便地通過光度測(cè)定裝置來檢測(cè)。
是已知的。' ， " 、"又 、、、、
美國(guó)專利3 723 062公開了使用指示劑來進(jìn)行比色滴定的方法和設(shè)備， 該指示劑在滴定終點(diǎn)處從一種有色形式變化到另 一種有色形式。該設(shè)備包 括光源，該光源設(shè)置成引導(dǎo)光通過滴定溶液并通過一對(duì)過濾器，以提供在 對(duì)應(yīng)于該指示劑的兩種形式的吸收特性的兩個(gè)波長(zhǎng)處的過濾光束。兩個(gè)光 電的光檢測(cè)器提供一對(duì)信號(hào)，其中對(duì)于每一個(gè)過濾光束設(shè)置一個(gè)光檢測(cè) 器，每個(gè)信號(hào)類似地響應(yīng)于指示劑的一種形式的濃度。當(dāng)這些信號(hào)的對(duì)數(shù) 比達(dá)到預(yù)定值時(shí)，指示滴定終點(diǎn)。
美國(guó)專利5 618 495公開了一種比色滴定方法、滴定儀和比色計(jì)設(shè)備。 滴定儀用于測(cè)量在容器內(nèi)的且被磁力攪拌器攪動(dòng)的樣本溶液的吸光度，并 可包括三個(gè)發(fā)光二極管(LED), —個(gè)藍(lán)色、 一個(gè)綠色以及一個(gè)紅色，其使用透鏡通過樣本容器被聚焦。單個(gè)光電二極管^r測(cè)LED光通過樣本容器的 透射率。在本發(fā)明的一個(gè)自動(dòng)化實(shí)施方式中，LED被順序啟動(dòng)。當(dāng)每種顏 色的LED被開啟時(shí)，透射率被;險(xiǎn)測(cè)，且每種顏色的滴定曲線被建立。這些 曲線接著用于測(cè)定滴定反應(yīng)的終點(diǎn)。
進(jìn)一步地，在美國(guó)2003/0058450中描述了一種光度檢測(cè)器，該專利在 一個(gè)實(shí)施方式中公開了在套環(huán)裝置中LED與互補(bǔ)檢測(cè)器正好相對(duì)的布置。 該套環(huán)裝置適合于環(huán)繞流導(dǎo)管固定，以檢測(cè)流過其的液體中的顏色變化。
本發(fā)明的 一個(gè)目的是提供一種用于滴定流體中的顏色變化的光度檢 測(cè)的系統(tǒng)，其中可對(duì)滴定流體體積的 一段進(jìn)行精確的光度測(cè)量。
本發(fā)明的另 一 目的是提供一種用于滴定流體中的顏色變化的光度檢 測(cè)的方法，由此可對(duì)滴定流體體積的 一段進(jìn)行精確的光度測(cè)量。
根據(jù)本發(fā)明通過提供用于光度測(cè)量的系統(tǒng)和方法來實(shí)現(xiàn)這些目的。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了用于比色滴定的系統(tǒng)A,其包括容 器；混合設(shè)備，其布置成沿著容器縱軸的實(shí)質(zhì)部分(substantialportion)延 伸；以及分析裝置，該分析裝置包括至少一個(gè)電磁輻射源，其布置成朝著 所述容器發(fā)射電磁輻射；至少一個(gè)電磁輻射檢測(cè)器，其布置成檢測(cè)從所述 至少一個(gè)電磁輻射源發(fā)射的電磁輻射；以及套環(huán)(collar),其中容納所述 至少一個(gè)電磁輻射源和所述至少一個(gè)電磁輻射檢測(cè)器，且其適合于環(huán)繞所 述容器的一段(section)安裝并至少部分地包圍所述容器的所述段，所述 分析裝置布置成測(cè)量通過至少部分地被套環(huán)包圍的所述容器的所述段透 射的電磁輻射，所述段在實(shí)質(zhì)上垂直于容器縱軸的平面內(nèi)延伸，并定位成 使得它不被容器中的混合設(shè)備貫穿。
因此，本發(fā)明的分析裝置通過將輻射源和輻射檢測(cè)器裝配在同樣便于 按尺寸制作和成形的套環(huán)中，簡(jiǎn)化了獲得關(guān)于容器中流體的光度數(shù)據(jù)的過 程，使龐大且笨重的固定的光度計(jì)成為多余的。因此，分析裝置被裝配成 本質(zhì)上形成單個(gè)單元，從而使它容易操作。以這種方式，部件的數(shù)量也保 持最少。
通過以適合于安裝特定容器或特定類型容器的形狀來形成套環(huán)，有可能以可重現(xiàn)(reproducible)的方式將套環(huán)環(huán)繞該容器的預(yù)定部分安裝。也 有可能直接對(duì)容器中的流體進(jìn)行光度測(cè)量，而無需獲取該流體的任何樣本 用于外部分析。因此，也有可能在流體中的反應(yīng)的期間獲得關(guān)于流體的實(shí) 時(shí)光度數(shù)據(jù)。
通過使發(fā)光單元和光檢測(cè)單元都布置在同 一套環(huán)中，這些單元^皮此保 持相同的預(yù)定相互關(guān)系，由此在這方面不需要校準(zhǔn)系統(tǒng)。套環(huán)布置成提供 通過容器的一段中的液體的清楚界定的(well-defined)路徑。因此，分析 裝置能夠進(jìn)行可靠的且可重現(xiàn)的測(cè)量。
進(jìn)一步地，當(dāng)分析裝置連接到容器時(shí)，分析裝置的套環(huán)可充當(dāng)遮板 (shroud),因而提高了利用該分析裝置進(jìn)行的任何光度測(cè)量的精確性，因 為衰減被減'j 、且雜散光問題被最小化。
如果套環(huán)可從容器拆卸，則分析裝置可連續(xù)地用于對(duì)多個(gè)容器中的流 體進(jìn)行光度測(cè)量，使分析裝置更通用(versatile),因?yàn)榉治鲅b置可從一個(gè) 容器拆卸并接著重新連接到另 一個(gè)容器。
只要套環(huán)可連接到其目標(biāo)容器，套環(huán)就可以具有封閉套環(huán)的形式，或 具有部分開放的套環(huán)的形式。如果例如通過部分開放的形式使連接容易， 或由此可通過節(jié)省材料而減少與分析裝置相關(guān)的制作成本，則部分開放的 形式可能是有利的。
所述至少 一個(gè)電^茲輻射源和所述至少 一個(gè)電^茲輻射^r測(cè)器優(yōu)選地布 置在套環(huán)內(nèi)周長(zhǎng)的正好相對(duì)的側(cè)面上，面向彼此。這有助于沿著容器的所 述段的整個(gè)直徑進(jìn)行光度測(cè)量，并且還避免了由輻射源所發(fā)射的以相對(duì)于 容器壁小角度入射的輻射產(chǎn)生的干擾。
所述至少 一個(gè)電磁輻射源可以是任何適宜的這樣的輻射源，優(yōu)選地是 發(fā)光二極管(LED)。優(yōu)選LED是因?yàn)樗鼈兪切⌒偷?、可靠的、成本有?的，且能夠發(fā)射特定的窄范圍的電磁輻射。
有益地，分析裝置包括多個(gè)電磁輻射源， 一般為兩個(gè)，其中的一些或 全部具有所選定的不同發(fā)射波長(zhǎng)，以便最佳化對(duì)從一種顏色變化到另一種 顏色的滴定的終點(diǎn)檢測(cè)。因此，例如，從藍(lán)色到紅色的顏色轉(zhuǎn)變可使用紅色和藍(lán)色輻射源來檢測(cè)。因?yàn)榧t光和藍(lán)光的波長(zhǎng)完全不同，測(cè)量這兩個(gè)波 長(zhǎng)的透射率可清楚地檢測(cè)顏色轉(zhuǎn)變。
這些輻射源優(yōu)選地定位成彼此相鄰。該定位意味著兩個(gè)輻射源可安裝 在分析裝置的同一個(gè)結(jié)構(gòu)子單元上。該子單元可適合于從套環(huán)拆卸，由此 兩個(gè)輻射源可更便于被拆卸，以便例如被維修、清洗或互換，從而提供不 同的發(fā)射波長(zhǎng)組合。配線也可以采用這種方式簡(jiǎn)化。該定位進(jìn)一步意味著 各個(gè)波長(zhǎng)的透射率可基本上相對(duì)于相同體積的流體進(jìn)行測(cè)量，條件是來自 兩個(gè)源的輻射都指向一個(gè)且相同的才企測(cè)器。此外，也許可以在單個(gè)芯片上
并且單獨(dú)地或組合地、選擇性地可激發(fā)地使用R、 G、 BLED配置，以產(chǎn) 生對(duì)預(yù)期測(cè)量最適當(dāng)?shù)陌l(fā)射波長(zhǎng)。
所述至少一個(gè)電磁輻射檢測(cè)器可為任何適宜的這樣的檢測(cè)器，例如光 電探測(cè)器，如光電管或光電二極管。
在若干輻射源#皮-使用并指向同一;^全測(cè)器的情況下，它們優(yōu)選地以順序 方式被啟動(dòng)，以便當(dāng)其被檢測(cè)器檢測(cè)時(shí)彼此不干擾。
系統(tǒng)的容器可為任何容器，該容器允許電磁輻射穿過其壁，且其可用 于在流體的滴定期間容納流體，例如瓶子、燒瓶、燒杯或試管，或任何其 它形狀適宜(conveniently shaped)的容器。
混合設(shè)備應(yīng)這樣布置，以便能夠充分混合容器的流體，以在比色滴定 分析期間使流體保持基本上是均質(zhì)的。為了令人滿意地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，混合 設(shè)備在這一分析期間，通過容器的實(shí)質(zhì)部分延伸，且因而通過其中的流體 延伸。混合設(shè)備可為能夠?qū)崿F(xiàn)這種令人滿意的混合的任何混合設(shè)備。優(yōu)選 地，混合設(shè)備是可旋轉(zhuǎn)的和螺旋狀的。螺旋狀混合設(shè)備可能夠沿著容器的 縱軸傳遞流體，由此防止在具有不同流體成分的容器內(nèi)形成分層。
因此，通過改善在系統(tǒng)的容器內(nèi)的流體的混合，由于流體在其整個(gè)體 積中基本上是均質(zhì)的，在滴定分析期間可測(cè)量通過一段流體的輻射透射 率，該段包括總流體體積的較小部分，并基本上在實(shí)質(zhì)上橫穿容器縱軸的 平面內(nèi)延伸。因此，橫向地測(cè)量透射率是可能的，由此通過流體的光程相 對(duì)短，并因此可檢測(cè)大量的輻射，提高了本方法的統(tǒng)計(jì)可靠性。進(jìn)一步地，分析裝置有利地布置成測(cè)量通過一段流體的透射率，使得混合設(shè)備不干擾 從輻射源到檢測(cè)器的所發(fā)射的輻射的路徑。因此，實(shí)現(xiàn)了令人滿意的混合， 同時(shí)可通過不被混合設(shè)備干擾的 一段流體來測(cè)量透射率。
如果在容器的底部進(jìn)行測(cè)量，則還可最小化來自例如混合設(shè)備所產(chǎn)生 的氣泡或渦流的干擾。因此，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，混合設(shè)備布置成通過容 器向下延伸，以便分析裝置可布置成監(jiān)測(cè)容器中在混合設(shè)備之下的 一段。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，混合設(shè)備布置成通過容器的至少一半延伸。這有 助于混合，以在容器的整個(gè)體積中獲得均質(zhì)流體。
進(jìn)一步地，混合設(shè)備可從容器拆卸。這便于混合設(shè)備和容器的清洗。
分析裝置可布置成通過容器的頸部測(cè)量透射率。這提供了通過容器的 非常短的光程，由此可保持低的發(fā)射光強(qiáng)度，同時(shí)獲得可靠的結(jié)果。
分析裝置可為任何這樣的裝置，例如分光光度計(jì)。優(yōu)選地，分析裝置 是光度計(jì)，例如上面討論的用于光度測(cè)量的分析裝置。
關(guān)于用于光度測(cè)量的分析裝置，以上已詳細(xì)討論了該分析裝置的各個(gè) 特征的優(yōu)勢(shì)。這些特征的優(yōu)勢(shì)同樣適用于才艮據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)。
才艮據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于比色滴定的方法，該方法包
括將顏色指示流體添加到容器；將被滴定物添加到所述容器；以及將滴 定劑添加到所述容器，同時(shí)使用混合設(shè)備混合所述滴定劑與所述被滴定物 和所述顏色指示流體，以形成基本上均質(zhì)的混合物，并同時(shí)借助于如以上 關(guān)于本發(fā)明的第 一方面所討論的分析裝置，來監(jiān)測(cè)通過所述混合物的電磁 輻射得透射率；所述混合由沿著容器縱軸的實(shí)質(zhì)部分延伸的混合設(shè)備來進(jìn) 行；以及所述分析裝置布置成測(cè)量通過至少部分地;故套環(huán)包圍的容器的一 段所透射的電磁輻射，所述段在實(shí)質(zhì)上垂直于容器縱軸的平面內(nèi)延伸，并 定位成使得它不被容器中的混合設(shè)備貫穿。
術(shù)語"被滴定物"指使用如下定義的滴定劑來滴定的樣本溶液。
術(shù)語"滴定劑"指試劑溶液，其具有已知的濃度且其用于滴定^皮滴定物。顏色指示流體可為任何這樣的流體，例如pH指示劑。根據(jù)滴定的特 定類型，可優(yōu)選使用如pH指示劑的顏色指示流體，其包括兩種或更多的
互補(bǔ)的(complimenting)顏色指示成分，例如包括溴曱酚綠和/或甲基紅的 pH指示劑，以便更好地監(jiān)測(cè)pH變化。
被滴定物可為可能需要滴定的任何流體。被滴定物可例如包含水溶液 中的酸性或堿性化合物。在一個(gè)實(shí)施方式中， 一皮滴定物可由溶解在水溶液 中的氣態(tài)流體形成。在這種情況下，被滴定物可通過將第一液態(tài)流體和第 二氣態(tài)流體分別地添加到容器中而施加到容器。在凱氏定氮法的特定情況 下，氣態(tài)的第二流體是含氨的，當(dāng)其溶解在液態(tài)的第一流體中時(shí)形成銨離 子。在優(yōu)選實(shí)施方式中，液態(tài)的第一流體是硼酸溶液。
滴定劑可為能夠在滴定分析中用作滴定劑的任何流體。在酸/石咸滴定的 情況下，滴定劑可為已知濃度的酸或堿。如果例如待滴定的被滴定物是堿 性的，例如由于其銨離子的含量，諸如鹽酸的酸可用作滴定劑。
用于比色滴定的方法可受自動(dòng)控制，以便滴定過程視通過容器透射的 輻射強(qiáng)度而定。
上面已經(jīng)詳細(xì)討論了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的各個(gè)特征的優(yōu)勢(shì)。通過在具 有這些特征的系統(tǒng)中實(shí)行才艮據(jù)本發(fā)明的第二方面的方法，這些優(yōu)勢(shì)同樣適 用于根據(jù)本發(fā)明的第二方面的方法。
現(xiàn)將參考附圖、經(jīng)由實(shí)施例，進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的系統(tǒng)的分析裝置的透視圖。 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的系統(tǒng)的透^L圖。 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的方法的流程圖。
現(xiàn)將參考圖1，更詳細(xì)地描述用于光度測(cè)量的分析裝置的當(dāng)前優(yōu)選的 實(shí)施方式。
兩個(gè)電;茲輻射源1和2以及一個(gè)電》茲輻射^r測(cè)器3可布置在套環(huán)4中。
電磁輻射源1和2優(yōu)選地為兩個(gè)發(fā)光二極管(LED )，更優(yōu)選地為一個(gè) 紅色LED和一個(gè)藍(lán)色LED。輻射源1和2可沿著套環(huán)4的內(nèi)緣;改置成彼此相鄰，例如一個(gè)在另一個(gè)之上，并面向套環(huán)4的相對(duì)側(cè)的內(nèi)緣。輻射源
1和2可在套環(huán)4中布置成安裝到普通支架(common mounting)上，所述支架優(yōu)選地可以連同輻射源1和2—起從套環(huán)4拆卸。優(yōu)選地，輻射源可順序地或4皮此獨(dú)立地凈皮啟動(dòng)和^皮關(guān)閉。
電磁輻射檢測(cè)器3可為光電探測(cè)器，更優(yōu)選地為光電管或光電二極管。輻射檢測(cè)器3可沿著套環(huán)4的內(nèi)緣布置，面向在套環(huán)4的輻射源1和2的相對(duì)側(cè)處的該同一內(nèi)緣。輻射檢測(cè)器3布置成面向輻射源1和2,優(yōu)選地盡可能遠(yuǎn)離這些輻射源1和2，同時(shí)^r測(cè)器3以及輻射源1和2仍然都沿著套環(huán)4的內(nèi)緣布置，即，福射源1和2以及檢測(cè)器3布置成正好彼此相對(duì)。輻射^r測(cè)器優(yōu)選地可拆卸地布置在所述套環(huán)4中。
套環(huán)4包圍其中可接納容器的內(nèi)開口，由此套環(huán)4可布置為環(huán)繞類似套環(huán)的容器的一^:。套環(huán)4可環(huán)繞內(nèi)開口形成封閉的形狀，使得套環(huán)為環(huán)形或圈形?？蛇x地，套環(huán)4可環(huán)繞內(nèi)開口部分地開》文，^f吏得套環(huán)4為C形。
分析裝置1、 2、 3、 4適合于環(huán)繞容器的一段安裝，所述容器例如瓶子、燒杯、燒瓶或試管，或任何其它形狀適宜的容器。分析裝置l、 2、 3、4可適合于可拆卸地環(huán)繞所述容器的所述段安裝。分析裝置可進(jìn)一步適合于測(cè)量通過所述段的輻射透射率。如果容器容納流體，優(yōu)選地容納液體，則分析裝置1、 2、 3、 4可適合于測(cè)量通過所述段內(nèi)的所述流體的輻射透射率。因此，輻射檢測(cè)器3可能夠測(cè)量通過所述段內(nèi)的所述流體的由輻射源1和2中的任一個(gè)或兩個(gè)發(fā)射的輻射的透射率。
參考圖2,現(xiàn)將更詳細(xì)地描述用于比色滴定的系統(tǒng)的當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方式。
系統(tǒng)包括容器IO、混合設(shè)備ll、分析裝置12和計(jì)算機(jī)單元17。
容器10可為例如瓶子、燒杯、燒瓶或試管，或任何其它形狀適宜的容器。容器10可例如采用倒置瓶的形式，頸部在下端而主體在上端。容器IO可由允許電磁輻射穿過容器壁的半透明或透明的材料制成。容器10可進(jìn)一步包括分別適合于允許流體傳送到容器中和從容器中傳送出來的至少一個(gè)進(jìn)口 13、 14a和14b和/或至少一個(gè)出口 15?；旌显O(shè)備11可通過容器10的至少一半，優(yōu)選通過容器10的更多部分，沿著所述容器10的縱軸延伸?；旌显O(shè)備11可為可旋轉(zhuǎn)的，和/或可從容器
10拆卸的。混合設(shè)備10可安裝在支架16中，支架16連同混合設(shè)備一起可從容器10拆卸?；旌显O(shè)備ll可進(jìn)一步具有螺旋狀形式。螺旋狀混合設(shè)備11可適合于沿著容器10的縱軸傳遞流體，由此防止在具有不同流體成分的容器中形成分層?；旌显O(shè)備可在容器10的頂部連接到所述容器10,并通過容器10的內(nèi)部向下延伸。在容器采用倒置瓶形式的情況下，混合設(shè)備11可安裝在容器10的上部主體端，由此混合設(shè)備11連同支架16 —起可在容器10的上端形成所述容器10上的蓋子。
分析裝置12可包括如上參考圖1所討論的套環(huán)4。分析裝置12可采用如下方式環(huán)繞容器10的一段安裝，該方式使得便于使用所述分析裝置12進(jìn)行通過該段的光度測(cè)量。分析裝置12可緊密地且精確地環(huán)繞容器10的該段安裝，因而確保在整個(gè)測(cè)量中都是在相同的和預(yù)期的段中進(jìn)行測(cè)量。為了使光度測(cè)量不被混合設(shè)備ll的主體千擾，分析裝置12可布置成測(cè)量通過不被混合設(shè)備11貫穿的容器10的一段的電磁輻射的透射率。如果混合設(shè)備11從容器10的上端縱向延伸，則分析裝置12可布置成測(cè)量通過在所述混合設(shè)備11之下的容器10的一段的電磁輻射的透射率。如果容器10采用倒置瓶的形式，則分析裝置12可布置成測(cè)量通過在容器10下端頸部處的容器10的一段的電磁輻射的透射率。
分析裝置12可產(chǎn)生與被透射和檢測(cè)的光成比例的信號(hào)，并將該信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)單元17,且在對(duì)應(yīng)于到達(dá)滴定終點(diǎn)的預(yù)定值處，計(jì)算機(jī)單元17可產(chǎn)生控制信號(hào)，該控制信號(hào)用于停止通過進(jìn)口 13或14a或14b之一添加滴定劑。在滴定已經(jīng)終止之后，電動(dòng)混合設(shè)備11 #皮關(guān)閉，且溶液通過容器底部處的出口 15從所述容器被排空。
根據(jù)為達(dá)到滴定終點(diǎn)而添加到溶液中的已知濃度的滴定劑的量，接著一般可在計(jì)算機(jī)單元17中確定被滴定溶液中所關(guān)心的物質(zhì)的量。
現(xiàn)將特別參考圖3的方框圖，更詳細(xì)地描述用于比色滴定的方法的當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方式。
該方法可涉及比色滴定，其中通過在混合滴定劑與被滴定物/指示流體的期間，且在由此獲得的混合物的任何顏色變化的透射率監(jiān)測(cè)期間，添加所述滴定劑，來滴定與顏色指示流體混合的^L滴定物，所述顏色變化由混合物中的指示流體所引起。
本方法可包括將顏色指示流體和流體的被滴定物添加到容器10的步
驟21,以及將流體的滴定劑逐步添加到容器10的步驟22,在此期間，使用沿著容器10的縱軸的實(shí)質(zhì)部分延伸的混合設(shè)備11，來足夠有力地混合容器10中所合并的流體，以便在添力。流體的滴定劑過程中使混合物始終保持基本上是均質(zhì)的。在此滴定劑添加即步驟22期間，可使用分析裝置12來測(cè)量通過容器10的一段的電磁輻射的透射率，該段定位成使得它不被混合設(shè)備11的主體貫穿。
在特定的實(shí)施方式中，分析裝置12可包括如上面參考圖1所討論的用于光度測(cè)量的分析裝置。如果混合設(shè)備11從容器10的上端縱向延伸，則分析裝置12可布置成測(cè)量通過在所述混合設(shè)備11之下的容器10的一段的電磁輻射的透射率。如果容器10采用如上所討論的倒置瓶的形式，則分析裝置12可布置成測(cè)量通過在容器10下端頸部處的容器10的一段的電-茲輻射的透射率。
在本發(fā)明方法的一個(gè)特定實(shí)施方式中，可通過將第一液態(tài)流體和第二氣態(tài)流體分別地添加到容器中，來將被滴定物施加到該容器中。在本發(fā)明方法的此特定實(shí)施方式中，步驟21可包括多個(gè)子步驟21a、 21b和21c。在步驟21a中，第一液態(tài)流體被添加到容器10中，此后，在步驟21b,指示流體被添加到容器10中，隨后是步驟21c，這時(shí)第二氣態(tài)流體^:添加到容器10中，并溶解在容器10中的液態(tài)流體中。
實(shí)施例
實(shí)施例1:凱氏定氮法
凱氏定氮法是用于定量測(cè)定有機(jī)物中的氮含量的標(biāo)準(zhǔn)分析方法。該分析包括終點(diǎn)pH滴定步驟。
當(dāng)存在銅鹽(cupper salt)催化劑時(shí)，在濃硫酸和碌u酸鉀混合物中加熱有機(jī)物，由此有機(jī)物被消化，且其氮轉(zhuǎn)化成硫酸銨。允許該消化液冷卻下來，此后添加過量的氫氧化鈉，以便將銨離子轉(zhuǎn)變成氨。蒸餾該氨，且將
氣態(tài)氨通過比如容器10的進(jìn)口 14a、并在所述容器10中所容納的過量硼
酸溶液的表面之下，引入到容器中，因而使氨溶解在硼酸溶液中，由此氨轉(zhuǎn)變回銨離子，且硼酸轉(zhuǎn)變成硼酸鹽離子。
容器10由透明玻璃制成并具有倒置的圓柱形瓶的形狀，頸部在下端而本體在上端。在容器10的頂部，具有可拆卸地安裝的可電動(dòng)旋轉(zhuǎn)的螺旋狀混合設(shè)備11?；旌显O(shè)備11通過容器10的三分之二，從容器10的頂部向下，沿著通過容器10的中心的所述容器的縱軸延伸，但不進(jìn)入容器10的下端頸部?？刹鹦兜剡B接的環(huán)形套環(huán)4環(huán)繞容器10的下端頸部，在該套環(huán)4中可拆卸地布置有兩個(gè)LED1、 2, —個(gè)紅色而一個(gè)藍(lán)色，彼此相鄰且一個(gè)在另一個(gè)之上；以及面向兩個(gè)LED的光電二極管3,正好與所述LED相對(duì)。LED1、 2和光電二極管3布置成使得LED1、 2所發(fā)射的光可通過容器頸部玻璃壁及其內(nèi)的任何容納物傳播，并在頸部的另一側(cè)上被光
電二極管3檢測(cè)。
在氨已經(jīng)溶解在硼酸溶液中之后，從而形成硼酸銨溶液，將溴曱酚綠和曱基紅作為pH顏色指示劑通過比如進(jìn)口 14b添加到該溶液。啟動(dòng)可電動(dòng)旋轉(zhuǎn)的混合設(shè)備ll,通過沿著容器縱軸提升液體，使得液體經(jīng)由在容器中間沿著混合設(shè)備向上移動(dòng)并在容器壁處向下移動(dòng)產(chǎn)生循環(huán)，從而完全地混合溶液。
在混合期間，通過與之前引入氨的進(jìn)口 14a分隔開的比如容器10的進(jìn)口 13,自動(dòng)滴加鹽酸(滴定劑)到溶液。鹽酸具有已知的濃度，且添加到容器中的體積被高精度地測(cè)量。在滴加鹽酸期間，套環(huán)4的LED 1、 2被順序啟動(dòng)和關(guān)閉，且LED 1、 2所發(fā)射的光通過容器頸部和其中的硼酸銨溶液透射，以便由光電二極管3檢測(cè)。由于光電二極管3不能測(cè)定所透射的光的波長(zhǎng)，LED1、 2不同時(shí)啟動(dòng)，而是重復(fù)地一個(gè)接另一個(gè)被啟動(dòng)，從而有可能檢測(cè)到通過溶液的每個(gè)波長(zhǎng)的透射率。
當(dāng)越來越多的鹽酸被添加到溶液時(shí)，溶液堿性變得越來越小。使用pH顏色指示劑跟蹤此過程，該pH顏色指示劑才艮據(jù)溶液pH來影響和改變?nèi)芤旱念伾?。使用如光電二極管3所測(cè)量的紅光和藍(lán)光通過溶液的透射率來檢測(cè)此顏色變化。光電二極管3將與被透射和檢測(cè)的光成比例的信號(hào)發(fā)送到
計(jì)算機(jī)單元17，且在對(duì)應(yīng)于到達(dá)滴定終點(diǎn)(pH7)的、紅光和藍(lán)光各自的透射率的預(yù)定值處，計(jì)算機(jī)單元17停止添加滴定劑。在滴定已經(jīng)終止之后，電動(dòng)混合設(shè)備ll被關(guān)閉，且溶液通過容器底部處的出口 15從所述容器排空。
根據(jù)為到達(dá)滴定終點(diǎn)(pH 7 )而添加到溶液中的已知濃度的鹽酸的量，測(cè)定被滴定的溶液中銨的量，且因此測(cè)定有機(jī)物中氮的量。
實(shí)施例2:其它4妄滴定
在蒸餾和滴定之前，可用其它方法處理實(shí)施例1的樣本。下面給出一些可選方案。
可用與如實(shí)施例l中差不多相同的方法檢測(cè)銨態(tài)氮，但不進(jìn)行消化和添加NaOH，并且利用鎂鹽作為催化劑。
此外，可類似于實(shí)施例1來檢測(cè)總氮，但為了將硝酸鹽轉(zhuǎn)化成含氨物質(zhì)(ammoniac),將鋅粉/銅粉添加到樣本。
進(jìn)一步地，可根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)方法檢測(cè)水中的凱氏氮。在這種情況下，使用不同的指示劑，即，甲基紅和亞甲藍(lán)的混合物，由此在紫紅色/紫色處到達(dá)終點(diǎn)。
所有這些上述三種方法都包括如實(shí)施例1中描述的蒸餾和滴定。
實(shí)施例3:食品中的二氧化硫(亞硫酸鹽)的檢測(cè)
向食品樣本添加酸。接著蒸餾酸/食品混合物，并將蒸餾氣引入到液態(tài)過氧化氫中，由此形成硫酸。類似于實(shí)施例1來進(jìn)行滴定，但使用NaOH作為滴定劑且甲基紅作為pH指示劑。當(dāng)?shù)味ɑ旌衔镒凕S時(shí)到達(dá)終點(diǎn)。
實(shí)施例4:葡萄酒中揮發(fā)性酸的檢測(cè)
從葡萄酒樣本中蒸發(fā)二氧化碳，接著蒸餾所述樣本。然后，根據(jù)實(shí)施例1來滴定液化蒸汽，但使用NaOH作為滴定劑。使用酚酞(phenolphtalein)作為指示劑，由此當(dāng)從無色轉(zhuǎn)變?yōu)榉奂t色時(shí)到達(dá)終點(diǎn)。
應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，這里描述的優(yōu)選實(shí)施方式?jīng)Q不是限制性的，且在所附權(quán)利要求所限定的保護(hù)范圍內(nèi)存在很多可能的可選實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1. 一種用于比色滴定的系統(tǒng)，其包括容器；混合設(shè)備，其布置成沿著所述容器的縱軸的實(shí)質(zhì)部分延伸；以及分析裝置，其包括至少一個(gè)電磁輻射源，其布置成朝著所述容器發(fā)射電磁輻射；至少一個(gè)電磁輻射檢測(cè)器，其布置成檢測(cè)從所述至少一個(gè)電磁輻射源發(fā)射的電磁輻射；以及套環(huán)，其中容納所述至少一個(gè)電磁輻射源和所述至少一個(gè)電磁輻射檢測(cè)器，且其適合于環(huán)繞所述容器的一段安裝并至少部分地包圍所述容器的所述段，所述分析裝置布置成測(cè)量通過至少部分地被所述套環(huán)包圍的所述容器的所述段透射的電磁輻射，所述段在實(shí)質(zhì)上垂直于所述容器縱軸的平面內(nèi)延伸，并定位成使其不被所述容器中的所述混合設(shè)備貫穿。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述套環(huán)適合于以可拆卸的方式 環(huán)繞所述容器的所述^:安裝。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電磁輻射源是 發(fā)光二極管。
4. 如權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的裝置，包括定位成彼此相鄰的 多個(gè)電磁輻射源，且選擇所述多個(gè)電磁輻射源中的一些或全部來朝著單個(gè) 的相同的電磁輻射檢測(cè)器發(fā)射不同波長(zhǎng)范圍中的輻射。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述容器的所述段構(gòu)成所述容器 的頸部。
6. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述段位于所述容器 中的所述混合設(shè)備之下。
7. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述混合設(shè)備包括細(xì) 長(zhǎng)的可旋轉(zhuǎn)的螺旋狀混合元件。
8. —種比色滴定的方法，其包括 將顏色指示流體添加到容器中， 將被滴定物添加到所述容器中，以及將滴定劑添加到所述容器中，同時(shí)使用混合設(shè)備來混合所述滴定劑與 所述被滴定物和所述顏色指示流體，以形成基本上均質(zhì)的混合物，并且同 時(shí)借助于根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)的分析裝置，來監(jiān)測(cè)通 過所述混合物的電磁輻射透射率，所述混合步驟通過使用時(shí)沿著所述容器縱軸的實(shí)質(zhì)部分延伸的所述 混合設(shè)備來進(jìn)行，以及所述分析裝置布置成測(cè)量通過至少部分地被所述套環(huán)包圍的所述容 器的所述段透射的電f茲輻射，所述^:在實(shí)質(zhì)上垂直于所述容器縱軸的平面 內(nèi)延伸，并定位成使其不被所述容器中的所述混合設(shè)備貫穿。
全文摘要
一種用于比色滴定的系統(tǒng)，包括容器(10)；混合設(shè)備(11)，其布置成沿著所述容器(10)的縱軸的實(shí)質(zhì)部分延伸；以及分析裝置(12)，其具有套環(huán)形式的外殼，該套環(huán)適合于環(huán)繞所述容器的一段安裝并至少部分地包圍所述容器的所述段，所述段在實(shí)質(zhì)上垂直于所述容器縱軸的平面內(nèi)延伸并且不被所述容器(10)中的混合設(shè)備(11)貫穿。所述套環(huán)容納至少一個(gè)電磁輻射源和至少一個(gè)電磁輻射檢測(cè)器，所述至少一個(gè)電磁輻射源布置成朝著所述容器(10)發(fā)射電磁輻射，所述至少一個(gè)電磁輻射檢測(cè)器布置成檢測(cè)從所述至少一個(gè)電磁輻射源發(fā)射的通過所述容器(10)的電磁輻射。
文檔編號(hào)G01N21/77GK101484795SQ200780025504
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2007年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月26日
發(fā)明者湯米·佩特森 申請(qǐng)人:福斯分析有限公司