CN102928493A - 微型滴定实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微型滴定实验装置，包括等臂杠杆、设置在等臂杠杆一端的恒重物块、电子天平以及设置在等臂杠杆另一端的滴定装置，所述恒重物块的下部与电子天平的称重部连接，所述滴定装置包括与等臂杠杆活动连接的滴定管以及设置于所述滴定管下方的滴定容器。本发明的微型滴定实验装置，通过电子天平测定滴定液重量来确定待测溶液浓度的技术方案，由于电子天平的称重精确度高，不用像现有技术那样目测滴定液体积变化，所以既能够降低滴定液用量，又能提高实验的精确性，降低成本，减小对环境的污染。

Description

微型滴定实验装置

技术领域

本发明涉及化学分析技术领域，特别涉及一种微型滴定实验装置。

背景技术

滴定法是一种常用的化学分析方法，目前在实验室中，滴定分析一般采用的是人工滴定法，它是根据指示剂的颜色变化指示滴定终点，然后目测标准溶液消耗体积，计算分析结果，这种通过颜色变化判断滴定终点、目测体积确定标准溶液消耗量的方式，容易造成分析结果不准确的问题，同时，这种滴定法的试剂用量大，容易造成污染，同时实验成本较大。

为了减少试剂用量，降低污染及成本，人们研究出微型滴定法，利用微型滴定法进行的微型滴定实验是在尽可能保证准确度的前提下，用尽量少的试剂来获取所需的化学信息，通常其试剂用量仅为常规实验的1/10至1/1000，由于减少了试剂的用量，因此减少了实验室“三废”的排放，但是用量的减少必定会增大实验误差。

由此可见，如何提供一种微型滴定实验装置，既能降低试剂的用量，又能不加大实验误差，提高实验的准确性，这是本领域目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种微型滴定实验装置，既能降低试剂用量，又能提高实验的精确性。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：

一种微型滴定实验装置，包括等臂杠杆、设置在等臂杠杆一端的恒重物块、电子天平以及设置在等臂杠杆另一端的滴定装置，所述恒重物块的下部与电子天平的称重部连接，所述滴定装置包括与等臂杠杆活动连接的滴定管以及设置于所述滴定管下方的滴定容器。

优选地，所述滴定管外壁设有螺线管，所述滴定管内部设有一带磁铁的活塞，所述螺线管连接有电流控制器，所述电流控制器控制螺线管中电流的方向及大小。

优选地，所述螺线管设置于滴定管外壁的下部。

优选地，所述螺线管由密绕在滴定管外壁上的导线制成。

优选地，所述滴定容器还连接一电位仪，所述电位仪用于测定滴定容器中液体的电位信号；所述电位仪还连接一运算处理器，所述运算处理器根据电位仪传来的电位信号确定滴定终点。

优选地，所述运算处理器包括：

存储单元，按预设的时间段储存电位仪传来的电位信号以及电子天平的质量信号；

运算处理单元，根据电位仪传来的电位信号的变化确定滴定终点，并根据滴定终点对应的时间值查找得到相应的质量信号，然后根据所述质量信号运算出待测溶液的浓度。

优选地，所述控制器还设有显示单元，用于显示待测溶液的浓度。

优选地，所述滴定管的下端为圆锥体形。

优选地，所述滴定管的下端设有针形滴定头。

优选地，所述滴定容器中设有搅拌器。

与现有技术相比，本发明的微型滴定实验装置，通过设置等臂杠杆，在等臂杠杆的一端设置滴定装置，另一端固定恒重物块，恒重物块的下部与一电子天平的称重部连接，等臂杠杆的一端与滴定装置的滴定管固定，这样滴定管在滴定过程中的重量变化会反映到电子天平上，从而获取滴定液的滴定质量，由此可见，本发明这种通过电子天平测定滴定液重量来确定待测溶液浓度的技术方案，由于电子天平的称重精确度高，不用像现有技术那样目测滴定液体积变化，所以既能够降低滴定液用量，又能提高实验的精确性，降低成本，减小对环境的污染。

进一步地，本发明采用电位仪测定滴定容器中液体的电位变化来判定滴定终点，这种方式相比于现有技术采用观测滴定容器中液体颜色判定滴定终点的方式，不需要指示剂，终点判定误差小，而且仪器简单、操作方便、节约物料、减少废料排放，保护环境，同时提高滴定分析的效率及准确度；

进一步地，本发明中滴定管内设置带磁体的活塞，滴定管外部下方设置螺线管，螺线管通电后形成一磁场，活塞在磁场引力带动下向下移动，推动液体滴出至滴定容器中，通过控制螺线管的电流方向及大小可控制滴定的开关及速度，从而实现了滴定的自动控制，提高滴定分析实验的便利性及精确度；

进一步地，本发明设置运算处理器，对电子天平的数据及电位仪的数据进行处理、运算，自动得出待测溶液的浓度，使得处理过程更为简便、快捷，处理结果更为精确。

附图说明

图1是本发明微型滴定实验装置的结构示意图；

图2为图1中滴定管处于满液状态时的示意图；

图3为图2中滴定管处于已滴定部分液体状态时的示意图；

图4为图1中活塞与永磁体的配合示意图；

图5为图1中滴定管与螺线管的配合示意图；

图6为图1中电流控制器中电流大小控制电路的示意图。

具体实施方式

本发明的基板构思是提供一种微型滴定实验装置，通过设置等臂杠杆，在等臂杠杆的一端设置滴定装置，另一端固定恒重物块，恒重物块的下部与一电子天平的称重部连接，等臂杠杆的一端与滴定装置的滴定管固定，这样滴定管在滴定过程中的重量变化会反映到电子天平，从而获取滴定液的滴定质量。

以下结合附图及具体实施例，对本发明的微型滴定实验装置进行详细说明。

参见图1，本实施例中的微型滴定实验装置包括四个主体部分：试剂用量测定部分、滴定部分、终点测定部分、数据采集及处理部分。

其中，试剂用量测定部分采用等臂杠杆原理，其包括等臂杠杆1，等臂杠杆左侧设置电子天平2，电子天平2上放一恒重物块3，该恒重物块3与电子天平2相连且保持连接部分绷紧，等臂杠杆1右侧设有固定夹4，固定夹4用于固定滴定管5，保持天平水平；这里的固定夹结构与试管夹结构类似，此处不再赘述。电子天平的精确度可要求为0.0001g。

本实施例中试剂用量测定部分的原理如下：

在原始的分析天平中，当杠杆平衡时，砝码的质量即为被称量物的质量。当减少了物块的质量后，砝码的质量必须相应地减少才能保证天平的平衡。由此可以说，物块的质量变化通过杠杆传到了砝码这边，并在砝码示数上得以体现。本实施例的滴定部分就是基于这个道理设置的。本实施例中，滴定部分的结构如图2、图3所示，不论是处于图2中滴定前的满液状态还是处于图3中已滴定了部分液体的状态，由于等臂杠杆一端的恒重物块与电子天平连接并支撑，所以等臂杠杆均保持水平状态，滴定管中滴定液的滴定消耗质量Δm则毫无保留地通过等臂杠杆传送到电子天平，在滴定之初对电子天平执行清零操作，则到达终点时，电子天平上的示数即为滴定液消耗的质量。

其中，本实施例中的滴定部分包括一滴定装置，参见图4、图5，该滴定装置包括一滴定管5，该滴定管5内设有活塞51，活塞上固定有永磁铁52，滴定管外壁下端密绕有导线，构成了电磁学上的螺线管53，当导线通有电流时，螺线管内外产生磁场，当二者之间极性不同时便会产生引力，带动活塞向下运动推动滴定液滴下而完成滴定。需要指出的是，当选整个滴定装置为研究对象时，螺线管与磁铁之间的力为内力，所以不会对电子天平上的质量读数产生影响。螺线管外接一电流控制器54，电流控制器54控制通过导线的电流方向及电流大小，通过控制电流方向来控制滴定的开关，通过控制电流的大小控制滴速。滴定管的下端部为向下收紧的锥体形，设有一针形滴定头，滴定管可选用玻璃管。在滴定管中活塞下方的空间与外界导通，使用时，可通过拉动活塞的活塞杆而使滴定液吸入到滴定管中活塞下方的空间，依靠滴定管内滴定液的密闭环境与外压的压差，很好地承托了滴定液。电流控制器54中电流大小控制电路的示意图参见图6。

终点测定部分用于判定滴定容器内的滴定终点，本实施例中采用测定滴定容器内电位变化的方式判定滴定终点，本实施例中该部分主要由滴定容器6及电位仪7构成，电位仪7的两个探头71、72伸入到滴定容器6中，采集滴定容器6中的液体的电位信号。电位仪的结构及工作原理可参见现有技术的内容，此处不再赘述。

数据采集及处理部分用于接收并处理电子天平发来的重量信号及电位仪发来的电位信号，根据电位信号变化确定滴定终点，再根据滴定终点对应的时间点找出与该时间点对应的电子天平的质量信号，就得到滴定所用滴定液的质量，最终运算出待测溶液的浓度。本实施例中，电子天平、电位仪均与一运算处理器8连接，将电子天平获取的质量信号以及电位仪获取的电位信号送入运算处理器8进行处理。该运算处理器8包括存储单元、运算处理单元、显示单元，其中，存储单元用于按时间存储电位信号及质量信号，即每隔t时间段采集并存储一次数据信号；运算处理单元，根据电位仪传来的电位信号变化确定滴定终点，并根据滴定终点对应的时间值查找得到相应的质量信号，然后根据所述质量信号运算出待测溶液的浓度，即通过滴定液消耗的质量÷滴定液的摩尔浓度求得滴定液消耗的物质的量，以后的处理与体积滴定方法相同，最终得到待测液体的浓度；显示单元，用于显示待测液体的浓度。

本实施例滴定容器中液体的搅拌采用自动化搅拌，如可采用向滴定容器中加入搅拌磁子，或是将滴定容器放于偏心旋转的转盘上，也可以向滴定容器内通入惰性气体比如氮气。

本实施例中采用电位仪判定滴定终点，在实际实施过程中，也可采用现有技术中其他的方式判定滴定终点。

在其他实施例中也可采用其他结构的滴定装置，如可采用现有技术中的一些滴定装置，并不局限于本实施例提供的滴定装置的结构。

本实施例中的微型滴定装置的操作步骤如下：

1、检验装置密闭性；

2、取下滴定管，将针形滴定头***滴定液中，吸取滴定液，用滤纸拭净滴定头外壁的液体；

3、将滴定管竖直固定于等臂杠杆右端的固定夹上；

4、将滴定容器放于滴定管下，加入待滴定的溶液，打开搅拌器；

5、电子天平示数清零，打开开关，调节滴速开始滴定，搅拌器将滴下的滴定液与待滴定的溶液搅拌混匀；

6、电位仪测定滴定容器中的电位信号，电子天平测定滴定管的质量信号；运算处理器根据这些信号进行运算处理；

7、当到达滴定终点时关闭开关，待运算处理器的示数稳定后读取测定结果。

本实施例中的微型滴定实验装置具有如下优点：

1、本实施例中的微型滴定实验装置摒弃了传统的人工读取体积数据的方式，而是采用由电子天平获取质量数据，这样既保证了微量实验结果的准确度，也由此大量减少了实验药品用量，还能将随机的人工误差，变为可修正的机器误差，较现有技术中的仪器又具有组装简单、操作简单、制作简单等诸多优点。

2、本实施例的微型滴定实验装置降低了操作的复杂度，不再需要转动活塞或挤压小球，也不存在俯视与仰视的读数误差；在现有技术的常规滴定中，不同的滴定液需要采用不同的滴定管，而本实施例所用的滴定管不需要进行酸碱区分，而且制作简单，不需要进行标定，这不仅简化了滴定装置，而且大大缩短了滴定实验的准备时间；滴定管下端的针型滴定头的设计，以使滴定试剂痕量，而达到微型实验的要求。

3、本实施例中的微型滴定实验装置设置电位仪，采用测定电位变化判定终点的方法，这种方法经实践证明具有如下优点：不需要指示剂，终点判定误差小，而且仪器简单、操作方便、节约物料、减少废料排放，保护环境，同时提高滴定分析的效率及准确度，也可以用于滴定突跃小或者有多个突跃的反应，可以用于滴定极弱的酸或碱（K＝10-10）。

4、本实施例中的微型滴定实验装置，使用计算机自动采集、处理数据，并根据数据自动进行作图找出滴定终点的电位值及其所对应的时间值，同时根据该时间值确定滴定液的消耗量，然后通过运算单元计算出待测液体的浓度从而达到实验的目的；这种数据处理方式使得分析测定过程更为简便、快捷，分析结果更为准确。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微型滴定实验装置，其特征在于，包括等臂杠杆、设置在等臂杠杆一端的恒重物块、电子天平以及设置在等臂杠杆另一端的滴定装置，所述恒重物块的下部与电子天平的称重部连接，所述滴定装置包括与等臂杠杆活动连接的滴定管以及设置于所述滴定管下方的滴定容器。

2.如权利要求1所述的微型滴定实验装置，其特征在于，所述滴定管外壁设有螺线管，所述滴定管内部设有一带磁铁的活塞，所述螺线管连接有电流控制器，所述电流控制器控制螺线管中电流的方向及大小。

3.如权利要求2所述的微型滴定实验装置，其特征在于，所述螺线管设置于滴定管外壁的下部。

4.如权利要求2所述的微型滴定实验装置，其特征在于，所述螺线管由密绕在滴定管外壁上的导线制成。

5.如权利要求1~4任一项所述的微型滴定实验装置，其特征在于，所述滴定容器还连接一电位仪，所述电位仪用于测定滴定容器中液体的电位信号；所述电位仪还连接一运算处理器，所述运算处理器根据电位仪传来的电位信号确定滴定终点。

6.如权利要求5所述的微型滴定实验装置，其特征在于，所述运算处理器包括：

存储单元，按预设的时间段储存电位仪传来的电位信号以及电子天平的质量信号；

运算处理单元，根据电位仪传来的电位信号的变化确定滴定终点，并根据滴定终点对应的时间值查找得到相应的质量信号，然后根据所述质量信号运算出待测溶液的浓度。

7.如权利要求6所述的微型滴定实验装置，其特征在于，所述控制器还设有显示单元，用于显示待测溶液的浓度。

8.如权利要求1所述的微型滴定实验装置，其特征在于，所述滴定管的下端为圆锥体形。

9.如权利要求1所述的微型滴定实验装置，其特征在于，所述滴定管的下端设有针形滴定头。

10.如权利要求1所述的微型滴定实验装置，其特征在于，所述滴定容器中设有搅拌器。

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