一种自动温度补偿的实验室pH计的制作方法

一种自动温度补偿的实验室ph计
技术领域
1.本发明涉及化学实验领域，特别是涉及一种自动温度补偿的实验室ph计。


背景技术：

2.ph计，是指用来测定溶液酸碱度值的仪器。ph计是利用原电池的原理工作的，原电池的两个电极间的电动势依据能斯特定律，既与电极的自身属性有关，还与溶液里的氢离子浓度有关。原电池的电动势和氢离子浓度之间存在对应关系，氢离子浓度的负对数即为ph值。ph计是一种常见的分析仪器，广泛应用在农业、环保和工业等领域。土壤ph值是土壤重要的基本性质之一。在ph测定过程中应考虑待测溶液温度及离子强度等因素。
3.实验室ph计因为是进行精密的实验所采用的ph计，比起一般ph计测量准确性要求更为严格。在实验过程中经常要测量不同温度溶液的ph，但是溶液的温度会影响ph测量的准确性。这就涉及到了ph计的温度补偿功能，通过温度补偿可以测量溶液在其对应的温度下正确的ph值。现有的温度补偿功能只是补偿电极的斜率项(2.303rt/f)。受温度影响的还有玻璃电极标准电势，参比电极电势，液接界电势等等，它们与温度并非成严格的线性关系。同时ph电极也需要一定时间才能达到新温度下的平衡。因此，不管是手动温度补偿还是自动温度补偿,都不是很充分的。这样使得现有技术的温度补偿测量ph精准度不足。


技术实现要素：

4.有鉴于现有技术的上述的一部分缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种自动温度补偿的实验室ph计，旨在提高ph测量的精准度。
5.因此，本发明提供了一种自动温度补偿的实验室ph计，所述ph计包括：ph计台面，所述ph计台面上方设置有水平运动模组，所述水平运动模组上搭载有升降模组，所述升降模组上搭载有复合电极，所述ph计台面上设置有清洗区、第一缓冲区、第二缓冲区以及待测区，所述第一缓冲区中设置有第一温度传感器和第一温度调节器，所述第二缓冲区中设置有第二温度传感器和第二温度调节器，所述待测区中设置有第三温度传感器；
6.所述清洗区，用于清洗所述复合电极；
7.所述第一缓冲区，用于装载已知ph
‑
温度对应关系的第一缓冲液；
8.所述第二缓冲区，用于装载已知ph
‑
温度对应关系的第二缓冲液；
9.所述待测区，用于装载待测溶液；
10.所述ph计还包括主控制器，所述主控制器包括：待测溶液温度采集单元、缓冲液温度调节单元、第一计算单元、清洗控制单元、第一校正单元、第二校正单元以及检测单元；
11.所述待测溶液温度采集单元，用于控制第三温度传感器，对装载在所述待测区中的所述待测溶液进行温度采集，获得第一温度；
12.所述缓冲液温度调节单元，用于控制所述第一温度调节器和所述第二温度调节器，对装载在所述第一缓冲区中的所述第一缓冲液和装载在所述第二缓冲区中的所述第二缓冲液进行温度调节，使所述第一缓冲液和所述第二缓冲液达到所述第一温度；
13.所述第一计算单元，用于根据所述第一缓冲液和所述第二缓冲液的所述ph
‑
温度对应关系，获得所述第一缓冲液和所述第二缓冲液在所述第一温度下的第一实际ph值和第二实际ph值；
14.所述清洗控制单元，用于在对各溶液进行ph检测前控制所述水平运动模组和所述升降模组将所述复合电极运输至所述清洗区进行清洗；
15.所述第一校正单元，用于控制所述水平运动模组和所述升降模组将所述复合电极运输至所述第一缓冲区，对所述第一缓冲液进行检测，获得所述缓冲液的第一检测ph值，并将所述第一检测ph值调整为所述第一实际ph值；
16.所述第二校正单元，用于控制所述水平运动模组和所述升降模组将所述复合电极运输至所述第二缓冲区，对所述第二缓冲液进行检测，获得所述缓冲液的第二检测ph值，并将所述第二检测ph值调整为所述第二实际ph值，以修正ph
‑
电位差模型的斜率；其中，所述ph
‑
电位差模型为e＝e0‑
k
×
ph，e为所述电位差信号，e0为所述初始电位信号，k为斜率，r为所述气体常数，f为所述法拉第常数，t为开氏绝对温度；
17.所述检测单元，用于控制所述水平运动模组和所述升降模组将所述复合电极运输至所述待测区，对所述待测溶液进行检测，并根据修正后的所述ph
‑
电位差模型，获得待测溶液的ph。
18.可选的，所述复合电极至少包括通过反馈电阻相连接的参比电极和玻璃电极；
19.所述参比电极为对待测溶液中氢离子浓度无响应，且具有已知和恒定的电极电位的电极；
20.所述玻璃电极，用于响应于所述待测溶液中氢离子浓度，建立与所述参比电极之间的电位差；其中，所述电位差与ph成正比，所述ph为氢离子浓度指数，即，ph＝lg[h
+
]。
[0021]
可选的，所述ph计还包括：电流计，
[0022]
所述电流计，用于放大所述参比电极和所述玻璃电极之间的电位差。
[0023]
可选的，所述第一温度调节器至少包括第一加热器和第一制冷器，所述第二温度调节器至少包括第二加热器和第二制冷器。
[0024]
可选的，所述清洗区内设置高压水喷头和气体烘干器；
[0025]
所述高压水喷头，用于喷出去离子水对所述复合电极进行清洗；
[0026]
所述气体烘干器，用于喷出氮气对所述复合电极进行干燥。
[0027]
可选的，所述ph计还包括：设置在所述ph计台面上的保护区；
[0028]
所述保护区中设置保护溶液，用于在所述复合电极不使用时将所述复合电极浸入所述保护溶液中进行保护。
[0029]
可选的，所述保护溶液为蒸馏水货ph＝4的溶液。
[0030]
本发明的有益效果：1、本发明ph计通过控制第三温度传感器，对装载在待测区中的待测溶液进行温度采集，获得第一温度；控制第一温度调节器和第二温度调节器，对装载在第一缓冲区中的第一缓冲液和装载在第二缓冲区中的第二缓冲液进行温度调节，使第一缓冲液和第二缓冲液达到第一温度；根据第一缓冲液和第二缓冲液的ph
‑
温度对应关系，获得第一缓冲液和第二缓冲液在第一温度下的第一实际ph值和第二实际ph值；控制水平运动模组和升降模组将复合电极运输至第一缓冲区，对第一缓冲液进行检测，获得缓冲液的第
一检测ph值，并将第一检测ph值调整为第一实际ph值；制水平运动模组和升降模组将复合电极运输至第二缓冲区，对第二缓冲液进行检测，获得缓冲液的第二检测ph值，并将第二检测ph值调整为第二实际ph值，以修正ph
‑
电位差模型的斜率。通过将第一缓冲液和第二缓冲液的温度调控至与待测溶液一致，又通过第一缓冲液和第二缓冲液的ph
‑
温度对应关系，获得缓冲液在该温度下的准确ph。采用第一缓冲液和第二缓冲液校正ph
‑
电位差模型的斜率。使得缓冲液温度和待测溶液温度一致，大大降低了ph测量的误差，提高了测量的精准度。2、本发明ph计包括：主控制器、ph计台面，ph计台面上方设置有水平运动模组，水平运动模组上搭载有升降模组，升降模组上搭载有复合电极，ph计台面上设置有清洗区、第一缓冲区、第二缓冲区以及待测区，第一缓冲区中设置有第一温度传感器和第一温度调节器，第二缓冲区中设置有第二温度传感器和第二温度调节器，待测区中设置有第三温度传感器。本发明通过主控制器操控各个部件实现了校正和测量的全自动，减少了人工操作的失误，同时方便了实验人员。综上，本发明通过将已知ph
‑
温度对应关系的缓冲液加热至与待测溶液温度一致，使得待测溶液也在修正后的ph
‑
电位差模型上，提高了ph测量的精准度。
附图说明
[0031]
图1是本发明一具体实施例提供的一种自动温度补偿的实验室ph计的结构示意图；
[0032]
图2是本发明一具体实施例提供的一种自动温度补偿的实验室ph计的工作流程图。
具体实施方式
[0033]
本发明公开了一种自动温度补偿的实验室ph计，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进技术细节实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
[0034]
本发明人经研究发现：现有ph计上设置的温度补偿，只是补偿电极的斜率项(2.303rt/f)。受温度影响的还有玻璃电极标准电势，参比电极电势，液接界电势等等，它们与温度并非成严格的线性关系。同时ph电极也需要一定时间才能达到新温度下的平衡.因此,不管是手动温度补偿还是自动温度补偿，都不是很充分的。根据ph测量的操作定义，要想得到精密的测量结果，样品溶液与标准溶液应在相同和恒定的温度下测量。
[0035]
因此，本发明提供了一种自动温度补偿的实验室ph计，如图1所示，该ph计包括：
[0036]
ph计台面1，ph计台面1上方设置有水平运动模组2，水平运动模组2上搭载有升降模组3，升降模组3上搭载有复合电极4，ph计台面1上设置有清洗区5、第一缓冲区6、第二缓冲区7以及待测区8，第一缓冲区6中设置有第一温度传感器9和第一温度调节器10，第二缓冲区7中设置有第二温度传感器11和第二温度调节器12，待测区8中设置有第三温度传感器13。
[0037]
清洗区5，用于清洗复合电极4。
[0038]
第一缓冲区6，用于装载已知ph
‑
温度对应关系的第一缓冲液。
[0039]
第二缓冲区7，用于装载已知ph
‑
温度对应关系的第二缓冲液。
[0040]
待测区8，用于装载待测溶液。
[0041]
需要说明的是，第一缓冲液和第二缓冲液的ph为已知的，ph
‑
温度对应关系为在温度与ph的函数关系式，可以根据温度获得缓冲液的准确ph。当待测溶液为酸性时，第一缓冲液和第二缓冲液分别为中性和酸性。当待测溶液为碱性时，第一缓冲液和第二缓冲液分别为中性和碱性。
[0042]
在一实施例中，各个区在ph计台面1上可以是凹槽，其中凹槽中装置有与凹槽相对应的溶液容器。溶液容器是可拆卸的，便于清洗。
[0043]
ph计还包括主控制器，主控制器包括：待测溶液温度采集单元、缓冲液温度调节单元、第一计算单元、清洗控制单元、第一校正单元、第二校正单元以及检测单元。
[0044]
待测溶液温度采集单元，用于控制第三温度传感器13，对装载在待测区8中的待测溶液进行温度采集，获得第一温度。
[0045]
需要说明的是，待测溶液是因为反应或者各种原因形成的温度与室温不同的情况。
[0046]
缓冲液温度调节单元，用于控制第一温度调节器10和第二温度调节器12，对装载在第一缓冲区6中的第一缓冲液和装载在第二缓冲区7中的第二缓冲液进行温度调节，使第一缓冲液和第二缓冲液达到第一温度。
[0047]
需要说明的是，在对第一缓冲液和第二缓冲液进行温度调节时，第一温度传感器9和第二温度传感器11实时监测第一缓冲液和第二缓冲液温度，一旦温度达到第一温度，就停止温度调节工作。
[0048]
第一计算单元，用于根据第一缓冲液和第二缓冲液的ph
‑
温度对应关系，获得第一缓冲液和第二缓冲液在第一温度下的第一实际ph值和第二实际ph值。
[0049]
其中，ph
‑
温度对应关系为根据温度可以获得对应溶液ph的关系。
[0050]
清洗控制单元，用于在对各溶液进行ph检测前控制水平运动模组2和升降模组3将复合电极4运输至清洗区5进行清洗。
[0051]
在一具体实施例中，清洗控制单元分别在第一校正单元工作前、第二校正单元工作前、检测单元工作前、检测单元工作后各进行一次工作，总共对复合电极4进行四次清洗。
[0052]
第一校正单元，用于控制水平运动模组2和升降模组3将复合电极4运输至第一缓冲区6，对第一缓冲液进行检测，获得缓冲液的第一检测ph值，并将第一检测ph值调整为第一实际ph值。
[0053]
需要说明的是，ph长久没有使用，会因为各种因素的影响导致测量有所偏差，又因为能斯特公式，电位差和ph成线性关系。可以通过两点法或者多点进行校正，即使用两种及以上的不同ph缓冲液进行校正。
[0054]
第二校正单元，用于控制水平运动模组2和升降模组3将复合电极4运输至第二缓冲区7，对第二缓冲液进行检测，获得缓冲液的第二检测ph值，并将第二检测ph值调整为第二实际ph值，以修正ph
‑
电位差模型的斜率；其中，ph
‑
电位差模型为e＝e0‑
k
×
ph，e为电位差信号，e0为初始电位信号，k为斜率，r为气体常数，f为法拉第常数，t为开氏绝对温度。校正后的t为第一温度。
[0055]
值得一提的是，ph
‑
电位差模型是根据能斯特公式进行推导后获得的。
[0056]
检测单元，用于控制水平运动模组2和升降模组3将复合电极4运输至待测区8，对待测溶液进行检测，并根据修正后的ph
‑
电位差模型，获得待测溶液的ph。
[0057]
需要说明的是，修正后的ph
‑
电位差模型为第一温度下的待测溶液ph
‑
电位差模型，将复合电极4测得的电位差代入ph
‑
电位差模型，即可获得待测溶液的ph。
[0058]
可选的，复合电极4至少包括通过反馈电阻相连接的参比电极和玻璃电极；
[0059]
参比电极为对待测溶液中氢离子浓度无响应，且具有已知和恒定的电极电位的电极；
[0060]
玻璃电极，用于响应于待测溶液中氢离子浓度，建立与参比电极之间的电位差；其中，电位差与ph成正比，ph为氢离子浓度指数，即，ph＝lg[h
+
]。
[0061]
在一具体实施例中，复合电极4还包括内参比液和外参比液，用于保护电极。
[0062]
需要说明的是，参比电极、玻璃电极以及进行ph测量的溶液形成原电池。参比电极和玻璃电极形成电池的两极。参比电极和玻璃电极形成电位差，即电压。
[0063]
可选的，ph计还包括：电流计，电流计与复合电极4相连接，
[0064]
电流计，用于放大参比电极和玻璃电极之间的电位差。
[0065]
需要说明的是，因为参比电极和玻璃电极之间形成的电位差往往很小，不容易进行读数，所以需要进行放大。这样也能更好的防止误差。
[0066]
可选的，第一温度调节器10至少包括第一加热器和第一制冷器，第二温度调节器12至少包括第二加热器和第二制冷器。
[0067]
待测溶液的温度可能高于缓冲液，也可能低于缓冲液，所以加热器和制冷器是同时需要的。
[0068]
可选的，如图1所示，清洗区5内设置高压水喷头14和气体烘干器15；
[0069]
高压水喷头14，用于喷出去离子水对复合电极4进行清洗；
[0070]
气体烘干器15，用于喷出氮气对复合电极4进行干燥。
[0071]
需要说明的是，去离子水不会对复合电极4进行污染，喷出氮气进行烘干可以避免将去离子水带入溶液中，稀释溶液，避免误差。使用氮气可以减少对复合电极4的污染。
[0072]
可选的，ph计还包括：设置在ph计台面1上的保护区；
[0073]
保护区中设置保护溶液，用于在复合电极4不使用时将复合电极4浸入保护溶液中进行保护。
[0074]
复合电极4不用时浸入保护溶液中进行保护，可以减少暴露在空气中，增加使用寿命。
[0075]
可选的，保护溶液为蒸馏水货ph＝4的溶液。
[0076]
在一具体实施例中，本发明实施例提供的ph计工作流程如图2所示，包括：
[0077]
步骤a：控制第三温度传感器13，对装载在待测区8中的待测溶液进行温度采集，获得第一温度。
[0078]
步骤b：控制第一温度调节器10和第二温度调节器12，对装载在第一缓冲区6中的第一缓冲液和装载在第二缓冲区7中的第二缓冲液进行温度调节，使第一缓冲液和第二缓冲液达到第一温度。
[0079]
步骤c：根据第一缓冲液和第二缓冲液的ph
‑
温度对应关系，获得第一缓冲液和第
二缓冲液在第一温度下的第一实际ph值和第二实际ph值。
[0080]
步骤d：控制水平运动模组2和升降模组3将复合电极4运输至清洗区5进行清洗。
[0081]
步骤e：控制水平运动模组2和升降模组3将复合电极4运输至第一缓冲区6，对第一缓冲液进行检测，获得缓冲液的第一检测ph值，并将第一检测ph值调整为第一实际ph值。
[0082]
步骤f：控制水平运动模组2和升降模组3将复合电极4运输至清洗区5进行清洗。
[0083]
步骤g：控制水平运动模组2和升降模组3将复合电极4运输至第二缓冲区7，对第二缓冲液进行检测，获得缓冲液的第二检测ph值，并将第二检测ph值调整为第二实际ph值，以修正ph
‑
电位差模型的斜率。
[0084]
步骤h：控制水平运动模组2和升降模组3将复合电极4运输至清洗区5进行清洗。
[0085]
步骤i：控制水平运动模组2和升降模组3将复合电极4运输至待测区8，对待测溶液进行检测，并根据修正后的ph
‑
电位差模型，获得待测溶液的ph。
[0086]
本发明实施例ph计通过控制第三温度传感器13，对装载在待测区8中的待测溶液进行温度采集，获得第一温度；控制第一温度调节器10和第二温度调节器12，对装载在第一缓冲区6中的第一缓冲液和装载在第二缓冲区7中的第二缓冲液进行温度调节，使第一缓冲液和第二缓冲液达到第一温度；根据第一缓冲液和第二缓冲液的ph
‑
温度对应关系，获得第一缓冲液和第二缓冲液在第一温度下的第一实际ph值和第二实际ph值；控制水平运动模组2和升降模组3将复合电极4运输至第一缓冲区6，对第一缓冲液进行检测，获得缓冲液的第一检测ph值，并将第一检测ph值调整为第一实际ph值；制水平运动模组2和升降模组3将复合电极4运输至第二缓冲区7，对第二缓冲液进行检测，获得缓冲液的第二检测ph值，并将第二检测ph值调整为第二实际ph值，以修正ph
‑
电位差模型的斜率。通过将第一缓冲液和第二缓冲液的温度调控至与待测溶液一致，又通过第一缓冲液和第二缓冲液的ph
‑
温度对应关系，获得缓冲液在该温度下的准确ph。采用第一缓冲液和第二缓冲液校正ph
‑
电位差模型的斜率。使得缓冲液温度和待测溶液温度一致，大大降低了ph测量的误差，提高了测量的精准度。本发明实施例ph计包括：主控制器、ph计台面1，ph计台面1上方设置有水平运动模组2，水平运动模组2上搭载有升降模组3，升降模组3上搭载有复合电极4，ph计台面1上设置有清洗区5、第一缓冲区6、第二缓冲区7以及待测区8，第一缓冲区6中设置有第一温度传感器9和第一温度调节器10，第二缓冲区7中设置有第二温度传感器11和第二温度调节器12，待测区8中设置有第三温度传感器13。本发明实施例通过主控制器操控各个部件实现了校正和测量的全自动，减少了人工操作的失误，同时方便了实验人员。综上，本发明实施例通过将已知ph
‑
温度对应关系的缓冲液加热至与待测溶液温度一致，使得待测溶液也在修正后的ph
‑
电位差模型上，提高了ph测量的精准度。
[0087]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0088]
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部
分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0089]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。