高锰酸钾指数的自适应滴定方法
阅读说明：本技术 高锰酸钾指数的自适应滴定方法 (Self-adaptive titration method for potassium permanganate index ) 是由 徐志伟 胡建坤 唐小燕 丁世潮 姚俊杰 徐炜 任中强 王青青 夏晓峰 刘洋 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供了高锰酸钾指数的自适应滴定方法,包括以下步骤：(A1)向水样中滴入体积V-0的高锰酸钾溶液,并搅拌,搅拌速度为ω,水样的温度为T；获得水样中滴入高锰酸钾溶液到水样颜色消散所需要的时间t；(A2)利用映射关系V＝f(V-0,T,t,ω),获得预测总滴定体积V；若总滴定体积V超过阈值V-m,进入步骤(A3)；若总滴定体积V未超过阈值V-m,进入步骤(A4)；(A3)以第一速度v-1向所述水样中滴入体积为(V-A)的高锰酸钾溶液,A为设定值,并搅拌,进入步骤(A4)；(A4)以第二速度v-2向所述水样中滴入高锰酸钾溶液,v-2＜v-1,直至滴定终点。本发明具有效率高、自动化等优点。(The invention provides a self-adaptive titration method of potassium permanganate index, which comprises the following steps: (A1) dropping volume V into water sample 0 Stirring the potassium permanganate solution at the stirring speed of omega, wherein the temperature of the water sample is T; obtaining the time t required by dripping a potassium permanganate solution into a water sample until the color of the water sample is dissipated; (A2) using the mapping relation V ═ f (V) 0 T, ω) to obtain a predicted total titration volume V; if the total titration volume V exceeds a threshold value V m Entering step (a 3); if the total titration volume V does not exceed the threshold value V m Entering step (a 4); (A3) at a first speed v 1 Dripping a potassium permanganate solution with the volume of (V-A) into the water sample, wherein A is a set value, stirring, and entering the step (A4); (A4) at a second speed v 2 (iv) dropping potassium permanganate solution into the water sample, v 2 ＜v 1 Until the end of the titration. The invention has the advantages of high efficiency, automation and the like.)
技术领域
本发明涉及水样检测，特别涉及高锰酸钾指数的自适应滴定方法。
背景技术
水质高锰酸盐指数(IMN)的手工滴定、自动滴定需要边滴边判断是否达到滴定终点，检测耗时较长。
根据国标GB11892-1989，现有的高锰酸盐指数的检测方法采用水浴加热水样，高锰酸钾进行滴定的方法。该方法需要手动操作，包含定量加入100ml水样到锥形瓶、定量加入各类化学试剂、水浴计时30min±2min、手工进行高锰酸钾滴定、肉眼判断滴定结果等工作。滴定时需保持水样温度在60～80℃，用高锰酸钾溶液滴定至水样刚出现粉红色，并保持30s不褪色认定为终点。根据滴定所消耗的高锰酸钾溶液体积计算高锰酸盐指数。
手工滴定过程依赖分析人员经验，通过肉眼判断滴定结果的稳定性方面会带来很大的系统误差，造成分析结果精度低、一致性差。此外手工分析也带来操作繁琐、耗力等缺点。
近年来，市场上陆续推出各类滴定仪，能够进行高锰酸盐指数的自动滴定、检测，减少人工操作工作量。其大多采用加热组件进行滴定时的水样保温；采用磁子搅拌器进行滴定时的水样搅拌，促进高锰酸钾与水样反应；采用ORP电极、吸光度传感器等各类检测元件进行滴定终点的检测。在样品量较多时，这类滴定仪也暴露出一些技术问题，如：
1.由于采用恒速滴定，即以固定间隔时间滴一滴的形式，逐滴进行滴定，所消耗的时间较长，分析效率低下。
2.由于其采用的是加热盘保温的方式，并未直接监测到水样温度，在不同的温湿度、通风环境下，水样温度有可能超出国标要求温度范围内，影响测量结果准确性。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种滴定效率高、自动化、准确性好的高锰酸钾指数的自适应滴定方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
高锰酸钾指数的自适应滴定方法，所述高锰酸钾指数的自适应滴定方法包括以下步骤：
(A1)向水样中滴入体积V0的高锰酸钾溶液，并搅拌，搅拌速度为ω，水样的温度为T；
获得水样中滴入高锰酸钾溶液到水样颜色消散所需要的时间t；
(A2)利用映射关系V＝f(V0，T，t，ω)，获得预测总滴定体积V；
若总滴定体积V超过阈值Vm，进入步骤(A3)；
若总滴定体积V未超过阈值Vm，进入步骤(A4)；
(A3)以第一速度v1向所述水样中滴入体积为(V-A)的高锰酸钾溶液，A为设定值，并搅拌，进入步骤(A4)；
(A4)以第二速度v2向所述水样中滴入高锰酸钾溶液，v2＜v1，直至滴定终点。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
针对现有技术中存在的不足，申请人提出了变速式滴定方法：根据预测总滴定体积(获得方式多样)，以较高的滴定速度接近滴定终点，再以较低的滴定速度到达滴定终点。基于上述发明构思，从而达到了：
1.滴定效率高；
根据参数(总滴定体积V、搅拌速度ω、消散时间t、混合液的温度T和体积V0)间的关系，科学地获得预测总滴定体积(获得方式多样)，以较高的第一速度v1接近滴定终点，再以较低的第二速度v2到达滴定终点，显著地提高了滴定效率；
2.自动化；
自动地检测搅拌速度ω、消散时间t、混合液的温度T和体积V0，利用这些参数获得预测总滴定体积，自动地利用颜色传感器获得消散时间，进而自动化判定是否达到滴定终点，实现了全程自动化；
3.准确性好；
监测水样温度，对水样进行闭环控温，保证滴定时水温符合国标，解决水样温度开环控制不准确问题，使得滴定数据更准确；
通过滴定过程中对水样进行颜色识别，采用滴定终点算法，准确分析出高锰酸盐指数结果，数据准确性、一致性好。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例的高锰酸钾指数的自适应滴定方法的流程图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1示意性地给出了本发明实施例的高锰酸钾指数的自适应滴定方法的流程图，如图1所示，所述高锰酸钾指数的自适应滴定方法包括以下步骤：
(A1)向水样中滴入体积V0的高锰酸钾溶液，并搅拌，搅拌速度为ω，水样的温度为T；
获得水样中滴入高锰酸钾溶液到水样颜色消散所需要的时间t；
(A2)利用映射关系V＝f(V0，T，t，ω)，获得预测总滴定体积V；
若总滴定体积V超过阈值Vm，进入步骤(A3)；
若总滴定体积V未超过阈值Vm，进入步骤(A4)；
(A3)以第一速度v1向所述水样中滴入体积为(V-A)的高锰酸钾溶液，A为设定值，并搅拌，进入步骤(A4)；
(A4)以第二速度v2向所述水样中滴入高锰酸钾溶液，v2＜v1，直至滴定终点。
为了准确地获得预测总滴定体积，提高滴定效率，进一步地，在步骤(A1)中；
若时间t≥tmin，进入步骤(A2)；
若时间t＜tmin，调整参数，所述参数包括体积V0、搅拌速度ω或水样温度T，直至时间t≥tmin，进入步骤(A2)，调整后的所述参数代入所述映射关系V＝f(V0，T，t，ω)。
为了提高准确性，进一步地，在时间tmin下，获得的预测总滴定体积V与实际总滴定体积间的偏差满足检测要求；对于检测来说，对偏差的容忍度不同，与偏差相对应地，时间tmin也不同。
为了获得映射关系，可通过实验、数据拟合等方式获得所述映射关系，采用的方式不同，获得的映射关系的表现形式有不同，精度也具有不同；所述映射关系为：V＝5.24*105V0+1.31*105ω+15.60T-1.11*10-2t-7.86*107。
为了更快地到达滴定终点，进一步地，所述设定值A和第二速度v2间的关系为：A≥10v2。
为了更好地体现本技术方案的技术优势，进一步地，所述阈值Vm和第二速度v2间的关系为：Vm≥40v2。
为了提高滴定效率，进一步地，第一速度v1和第二速度v2间的关系为：v2＜0.1v1。
为了自动地、准确地获得消散时间t，进一步地，利用颜色传感器监测水样的颜色变化，从而获得所述时间t。
为了进一步提高滴定效率和准确性，进一步地，利用实际总滴定体积去修正所述映射关系。
为了进一步提高准确性，进一步地，直接检测水样的温度，或者检测水样杯的温度，从而间接地获得水样的温度。
实施例2：
根据本发明实施例1的高锰酸钾指数的自适应滴定方法的应用例。
在该应用例中，利用底座加热水样杯，监测水样杯的温度，从而间接地获得水样温度；采用磁力搅拌，搅拌子处于水样杯内，电机设置在加热底座下侧；颜色传感器监测水样的颜色，计时器记录时间；利用泵和阀的组合向水样中滴入确定体积的高锰酸钾溶液。
本实施例的高锰酸钾指数的自适应滴定方法，包括以下步骤：
(A1)向水样中滴入体积V0的高锰酸钾溶液，并搅拌，搅拌速度为ω，被加热后的水样的温度为T，符合国标要求；
获得水样中滴入高锰酸钾溶液到水样颜色消散所需要的时间t；
若时间t≥tmin，进入步骤(A2)；在时间tmin下，获得的预测总滴定体积V与实际总滴定体积间的偏差满足检测要求；对于检测来说，对偏差的容忍度不同，与偏差相对应地，时间tmin也不同；
若时间t＜tmin，调整参数，所述参数包括体积V0、搅拌速度ω或水样温度T，直至时间t≥tmin，进入步骤(A2)，调整后的所述参数(符合国标要求)代入所述映射关系V＝f(V0，T，t，ω)；
(A2)根据(利用数据拟合)映射关系V＝5.24*105V0+1.31*105ω+15.60T-1.11*10- 2t-7.86*107，获得预测总滴定体积V；
若总滴定体积V超过阈值Vm，本实施例中Vm＝1mL，进入步骤(A3)；
若总滴定体积V未超过阈值Vm，进入步骤(A4)；
(A3)以第一速度v1连续地向所述水样中滴入体积为(V-A)的高锰酸钾溶液，设定值A＝0.5mL，并搅拌，进入步骤(A4)；
(A4)以第二速度v2＝25μL/s向所述水样中滴入高锰酸钾溶液，v2＜v1，直至滴定终点；
利用实际总滴定体积去修正所述映射关系。
实施例3：
根据本发明实施例1的高锰酸钾指数的自适应滴定方法的应用例，与实施例2不同的是：
1.温度传感器设置在水样杯内，直接获得水样的温度。
2.映射关系
V＝(-5.50*10-3V0+3.96*10-4ω+9.34*10-3T-4.16*10-10t+2.81*10-5V0 2-7.71*10-7ω2-9.88*10-5T2+7.01*10-13t2)*(V0*ω*T*t)+0.65
的拟合阶次更高，精度更高。
本专利申请技术方案的核心在于：采用变速式滴定方法，映射关系的获得是为了用于变速式滴定的。
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