专利名称：重量法测定碳黑的碘值的制作方法
碳黑是一种无定形的碳，它有各种用途，包括作为颜料和许多橡胶制品的补强剂与增强剂。通常，工业上利用烃类蒸汽的部分燃烧或热分解制造碳黑。
由于它的碳原子的无定形本性，碳黑的物理性质彼此有差异。碳黑的具体用途取决于这些物理性质，具体地说，取决于它的化学组成、颜料性质、表面积、细分状态、吸附活性、胶体性质等。
由于碳黑的物理性质变化无常，产品的高度均一性就很重要。一种特别有用的鉴定碳黑的方法是测定其碘吸附值。碘吸附值与碳黑的表面积有关，一般与氮气表面积一致，虽然它同样受挥发物、表面孔性及可提取物的影响。
在工业上制备碳黑时，必须进行监测，以确保该批生产的碳黑属于所要求的规格之列。这种监测通常是通过取样测定碘吸附值来进行。近年来，作为对掺入碳黑的最终产品质量控制的一个方面，碳黑碘值的准确度变得日益重要。碳黑的碘吸附值一般是按照工业上采用的标准容量法测定，该法公布在ASTMD1510中。
根据该试验方法，将合适的碳黑样品在125℃的烘箱中干燥1小时。然后将碳黑称重，精确到0.0001克。接着，将碳黑样品用25毫升0.0473N的碘溶液(预先标定过)处理。将混合物加盖摇动，随后离心。倒出上层清液，用移液管吸取20毫升注入烧瓶中。用0.0394N的硫代硫酸钠溶液(预先标定过)滴定此溶液。当溶液变成淡黄色时，加入五滴淀粉溶液，继续逐滴滴定，直到达到终点(无色溶液)。记下滴定体积，手工操作时精确到0.25毫升，使用数字式滴定管时精确到0.01毫升。
用移液管吸取20毫升或用给料器分配25毫升的0.0473N碘液，注入烧瓶中，用0.0394N硫代硫酸钠溶液滴定，测定空白碘值。
根据以下方程计算碘值，精确到0.1克/千克I＝〔(B-S)/B〕×(V/W)×N×126.91其中I＝碘吸附值，克/千克，B＝空白所需的硫代硫酸钠毫升数，S＝样品所需的硫代硫酸钠毫升数，V＝25毫升碘移液管或给料器的校正过的体积，W＝碳黑样品的克数，N＝碘溶液的当量浓度，126.91＝碘的当量质量。
上述的容量测定法和由它算出的碘值的精确度有限。例如，用来标定硫代硫酸钠溶液的容量测定法，受肉眼读取玻璃滴定管中的体积的准确度、数字式滴定管的灵敏度，以及容量法设备的公差所限制。
本发明的一个目的是提供一种测定碳黑碘吸附值的方法，其测量的不可靠性较目前的工艺方法要小。
本发明的另一目的是提供一种测定碳黑碘吸附值的方法，此方法能在实验室内或不同实验室间实现较好的重复性。
本发明的再一目的是，通过更准确地测定样品的性质，减小碳黑样品性质的易变性。
本发明的又一目的是发展一种测定碳黑碘值的方法，与目前的工艺分析方法相比，随机误差减小。
本发明实现了上述的及其它的目的，在本发明中采用重量法测定碳黑的碘值。
更具体地说，本发明涉及一种测量碳黑碘吸附值的重量法。在此方法中，为测定碘溶液的浓度，将合适的标定过的滴定剂加到准确称重的一份碘溶液中，直到达到滴定终点。碘溶液的浓度通过准确称量为达到终点所需的已标定滴定剂的重量来确定。将适当数量的碘溶液加到预先称重的碳黑中。令碳黑-碘溶液混合物达到平衡，准确称取一份上层清液，加入已标定的滴定剂，直到达到终点。准确称量出为达到终点所需的已标定的滴定剂的重量，以测定上层清液的浓度。为标定滴定剂，将它加到一份浓度已知的合适的基准物溶液中，直到达到滴定终点，基准溶液的重量已准确称量。滴定剂的浓度由准确称量达到终点所需的滴定剂的重量确定。碳黑的碘吸附值，根据按重量法测定的基准物溶液、滴定剂、碘空白、以及平衡的碳黑-碘溶液混合物的上层清液的浓度，通过数学计算确定。
所说的“准确称重”，是指所有重量测量都精确到0.1毫克。
本发明还涉及一种测定碳黑碘吸附值的设备。用来配制欲滴定的溶液的配制装置，包括用来称量碘溶液、碳黑、合适的基准物及含基准物溶液的第一台天平和用来使准确称重的碳黑与准确称重的碘溶液平衡的平衡装置。用来滴定基准物溶液、碘溶液、以及从平衡的碳黑-碘溶液混合物分离出的上层清液的滴定装置，包括第二台天平、停放在天平上的滴定剂容器，以及由电势电极、搅拌器及盛装欲滴定溶液之滴定杯组成的滴定装置。第二台天平准确称量出加到所滴定溶液中的滴定剂的重量。控制装置与第一台和第二台天平相连，由第一台和第二台天平接收重量测量值，并使用这些数值重量分析测定基准物溶液、滴定剂、碘溶液，以及上层清液碘溶液的浓度。该控制装置根据浓度的测量值算出碳黑的碘吸附值。
在本发明中，使用专业技术人员所熟悉的一种合适的滴定剂来滴定碘溶液。一种优选的滴定剂包括硫代硫酸钠溶液。
用一种合适的基准物来标定滴定剂。这类基准物包括(但不限于)碘酸钾、酸式碘酸钾(potassium biiodate)、铬酸钾、重铬酸钾、溴酸钾、溴酸钠、铁氰化钾、N-溴丁二酰亚胺、重铬酸盐与乙二胺四乙酸盐，或类似物质。以碘酸氢钾为佳。
在本发明的另一实施方案中，通过将碘溶液加到一份准确称重的基准物溶液中来测定碘溶液的浓度，基准物溶液由浓度已知的五氧化二砷溶液构成。然后用标定过的碘溶液来标定硫代硫酸钠滴定剂，作法是，将硫代硫酸钠溶液加到准确称重的一份标定过的碘溶液中，直到达到终点。随后准确称量为达到终点所需的硫代硫酸钠溶液的重量确定其浓度。
本发明用来测定碳黑碘吸附值的重量法包括几个步骤，它们可以概括为配制本方法中所用的化学物品标定滴定剂;用标定过的滴定剂进行碘溶液的空白测定;最后，测定碳黑的碘吸附值，作法是，将称重过的碳黑样品与碘溶液成平衡，用标定过的滴定剂滴定上层清液。本发明的重量分析法以硫代硫酸钠溶液为滴定剂，以酸式碘酸钾为基准物，下面详加讨论。
A.溶液的配制本发明中所用的化学物品最好是分析纯的，可以按照专业技术人员熟悉的任何方法配制。或者是，这些化学物品中有一些可以从可靠的厂家以预先混合的溶液的形式购得。本发明的重量分析法使用的碘溶液和硫代硫酸钠溶液最好按ASTM D1510中公布的容量法中同样的方式配制。
需要进行重量分析的溶液包括硫代硫酸钠溶液，用来标定硫代硫酸钠溶液的含酸式碘酸钾的溶液，以及碘溶液。在以下实例中，用10%碘化钾、酸式碘酸钾及10%硫酸溶液的混合物来标定硫代硫酸钠溶液，其配制方法如下硫代硫酸钠溶液(0.0394±0.0002摩尔/千克)的配制方法是，将大约4升水、156.5克硫代硫酸钠和80毫升正戊醇加到校准过的容器中并搅拌至晶体溶解。然后，加入足量水使总量为16升，搅拌1至2小时。将溶液陈化1至2天，搅拌半小时后随时可用。
称取10克碘化钾放入具塞的小烧瓶或瓶中，然后加入足量的蒸馏过的去离子水，使总体积为100毫升，配成10%的碘化钾(KI)溶液。
酸式碘酸钠溶液可如下配制将4克酸式碘酸钠在125℃干燥1小时，然后置于干燥器中15分钟，冷至室温。在天平上称量一个聚乙烯容器的皮重。接着，在容器中加入约1至1.1克的酸式碘酸钾，准确称重，然后加入150克蒸馏过的去离子水，准确称重。将容器加盖，在机械摇动器上水平摇动至少15分钟。
酸式碘酸钾溶液的浓度按下式确定酸式碘酸钾的浓度(摩尔/千克)＝ (酸式碘酸钾重量×2.5645)/(最终溶液的重量)式中的2.5645是化学计量及换算系数(使单位匹配适当)。
10%硫酸溶液可以用蒸馏过的去离子水将10毫升浓硫酸稀释至100毫升来配制。
为配制1%的可溶性淀粉溶液，将1克淀粉加到100毫升煮沸的蒸馏过的去离子水中。随后将水再煮沸2分钟，将溶液冷至室温。溶液在大约一周内、或直到发生沉淀之前是稳定的。
B.硫代硫酸钠溶液的标定首先，将大约5毫升酸式碘酸钾溶液加到已称皮重的100毫升滴定杯中，准确称重。接着，加入10%碘化钾溶液和10%硫酸溶液各10毫升，在滴定杯中加入25毫升蒸馏过的去离子水，同时洗下杯壁上的任何液滴。
然后用硫代硫酸钠溶液滴定滴定杯的内装物。应该在加入碘化钾溶液后2分钟之内开始滴定。按重量法加入硫代硫酸钠，直到溶液变成浅黄色，此时在滴定杯中加入5滴淀粉溶液。然后继续滴定，直到得到无色溶液。
硫代硫酸钠溶液的浓度如下计算硫代硫酸钠的浓度(摩尔/千克)＝ (酸式碘酸钾浓度×滴定所用的酸式碘酸钾溶液的重量×12)/(滴定终点时硫代硫酸钠的质重)式中12为化学计量因子。
最好是，滴定2至3份分别配制的酸式碘酸钾溶液以重复测定。重复测定的硫代硫酸钠浓度变化范围最好是小于5×10-5摩尔/千克。
C.空白测定用标定过的硫代硫酸钠溶液进行原始碘浓度的空白测定。
碘溶液(0.02265±0.00015摩尔/千克)可以按ASTM D1510中公布的步骤配制。其中，准确称量912克KI，将其中的700克放在烧杯中并用足够的蒸馏过的去离子水盖住，使其溶解剩余的KI溶成分离的两份溶液。或者是，采用任何能保证所有KI都定量溶解的方法。然后准确称量96.0000克I2并加到烧杯中。用剩下的两份KI溶液洗称重的容器和用来加I2的漏斗。然后在搅拌下加水，使总体积约为15升。
空白测定可如下进行。将约10克碘溶液加到烧瓶中并准确称重，然后加入50毫升蒸馏过的去离子水，同时冲洗烧瓶壁以保证所有的碘均在液相而不在烧瓶边壁上。随后用标定过的硫代硫酸钠滴定碘溶液。可以用目测或比色方法进行滴定。在这种情形下，加入硫代硫酸钠溶液直到溶液变成浅黄色。在加入5滴淀粉溶液后，继续滴定直到终点，即溶液变成无色。在一个优选的实施方案中，用铂电极进行电势滴定。连续测量浸入碘溶液中的铂电极的电势。测出电势的快速变化，或者换句话说，电势随所加硫代硫酸钠数量变化的最大值，这与滴定终点相对应。然后测定为达到滴定终点所需的硫代硫酸钠溶液的重量。
空白碘样的浓度按以下方程确定空白碘的浓度(摩尔/千克)＝ (硫代硫酸钠的浓度×终点时硫代硫酸钠重量)/(滴定所用的碘溶液的重量×2)式中2是化学计量因子。
空白测量应重复2至3次。相对标准偏差最好约为0.02%或更小，观测值不应有趋向性。
D.碘值的确定将适量的碳黑在125℃的烘箱中干燥一小时。碳黑床体深度不应超过0.25英寸。然后将干燥过的碳黑放在干燥器内冷至室温。
在预先称量皮重的合适的玻璃容器内称量干燥过的碳黑。飞扬性碳黑，在称重之前最好压实，最好是在干燥之前压实。
代之以将碳黑干燥，可以由含有已知数量水份的碳黑样品确定碳黑的重量。如果碳黑样品中的水量已知，则碘吸附值可根据计算出的无水碳黑的重量来确定。
含水样品的重量与无水碳黑重量的关系可如下确定碳黑(无水)重量＝样品重量- (样品中水分百分数)/100 ×样品重量因为干燥的碳黑一旦从干燥器取出就将吸收水分，采用在计算中扣除水份的方法而不试图去掉水份，有可能进一步增加碘吸附值的准确性。
在装碳黑的玻璃容器准确称重之后，加入适量的碘。所加碘的数量以ASTM 1510中容量法所用的比例为根据，大约每0.8克碳黑加40毫升碘溶液。
然后用专业技术人员熟悉的任何方法使碳黑-碘混合物平衡。在一个实施方案中，通过摇动和离心使碳黑-碘混合物平衡。具体地说，玻璃容器最好在设定为“高速”的常规机械摇动器上摇动。机械摇动器最好能提供约240次往返/分的水平式摇动。摇动后，将瓶转移到离心机上。当离心机速度设定为2000转/分时，压片状样品最好离心1分钟，而飞扬性样品最好离心3分钟。
将大约10毫升上层清液转移到一个预先称好皮重的容器(例如100毫升的Mettler杯)中，准确称量上层清液的重量。
接着，在容器中加入50毫升蒸馏过的去离子水，仔细冲洗器壁以保证所有的碘都在液相中而不沾在容器的边壁上。然后用标定过的硫代硫酸钠溶液滴定此溶液。如果用比色法进行滴定，则按重量加入标定过的硫代硫酸钠溶液，直到溶液变成浅黄色。用水冲洗滴定管尖和容器壁，在容器内加入5滴淀粉溶液。然后继续滴定直到达到终点，即，溶液变成无色。最好是，用铂电极和参比电极进行电势滴定，按重量加入硫代硫酸钠溶液，直到达到滴定终点。
然后测定为达到滴定终点所用的硫代硫酸钠溶液的重量。上层清液的浓度如下确定与碳黑平衡后的碘浓度(摩尔/千克)＝ (硫代硫酸钠溶液浓度×终点时硫代硫酸钠溶液的质量)/(滴定时所用碘溶液的重量×2)式中2为化学计量因子。
然后如下确定碘吸附值碘值(毫克/克)＝ ((空白碘样的浓度-碘样浓度)×加到碳黑中的碘溶液重量×253.81)/(碳黑重量)其中253.81是碘的分子量。
在本发明的方法中应使用高纯度的水。例如，水应该蒸馏和去离子化。水的电导率最好是小于3微姆欧。可以使用例如带有4组件的“Nanopure系统”将水理想地纯化，供本发明使用。纯化过的水可以贮存在容器中，但容器应每天倒光并重新充满，以保证不会有干扰滴定的细菌形成。
上面解释的本发明可以完全由手工操作实施。但是，在一项供工业用的优选的实施方案中，本发明改进成以半自动或全自动的方式进行。
在本发明的这样一项实施方案中，重量分析设备包括配制装置及滴定装置，配制装置用来称量及配制标定的溶液及其它为获取碘吸附值需要滴定的溶液。它包括一个盛碘的容器，第一台Mettler天平，以及用来使碳黑-碘混合物成平衡的平衡装置;滴定装置包括一台天平、升高Mettler天平的装置、硫代硫酸钠容器、搅动碘与硫代硫酸钠反应混合物的磁搅拌器、铂电极与参比电极、以及盛装欲滴定溶液的滴定杯。
配制装置中的Mettler天平用来称量碘溶液、碳黑，以及酸式碘酸钾和酸式碘酸钾溶液的重量。碘容器中装有碘溶液，用惰性气体、最好是氦气加压，以便将碘溶液通过与碘容器相连的管道和阀门转移到滴定杯中。阀门由操作人员用搬扭开关控制。滴定杯放在称量碘溶液的天平上，将碘溶液转移到杯中，同时称重，直到达到所要的重量。
或者是，在另一个实施方案中利用一个供料装置以重量计量方式供碘，该装置利用一个步进马达或类似装置将指定体积的碘溶液分配到滴定杯中。此实施方案被认为是重量分析方式，因为供料器逐日校正，方法是分配出指定体积的碘溶液，称量所分配出的碘溶液的重量，根据此重量和体积测量值计算出碘溶液的密度。一旦密度已知，则可以分配出正确体积的碘溶液(相当于指定的重量)。一种可以采用的供料装置的实例是665 Dosimet，可以从Metrohm公司得到。
配制装置还包括使碳黑-碘混合物达到平衡的装置。在一个实施方案中，平衡碳黑-碘混合物的装置包括先前提到的机械摇动器和离心机。在另一个实施方案中，可以通过先搅动碳黑-碘混合物然后过滤的方法实现平衡。随后用标定过的硫代硫酸钠溶液滴定一份滤液。搅动及过滤装置比摇动和离心更适于自动化。对于本发明来说，滤液一词和上层清液一词被认为是同义语。
虽然在容量分析方法中碳黑-碘混合物的温度不是关键参数，但是随着碘吸附值测定准确度的提高，温度变得更为重要。这是因为碘在碳黑上的吸附与温度有关。每当温度升高1℃，碘在碳黑表面上的吸附减少约0.1毫克/克。因此，为维持碘吸附值重量测定法的准确性，控制温度很重要。
因此，在本发明的另一个实施方案中，使用控温装置来控制碳黑-碘混合物的温度。控温装置可以包括水浴，盛装欲加到碳黑中的碘溶液的容器和/或盛装碳黑-碘混合物的容器置于水浴中。在对碳黑-碘混合物实行搅动和过滤的实施方案中，通过将这些部件放在水浴中可以更准确地控制碳黑-碘混合物的温度。或者是，可以采用专业技术人员熟悉的任何其它的方法来控制碳黑-碘混合物的温度。
滴定装置的天平包括一个硫代硫酸钠容器(即，刚好在指定的滴定之前，在容器中装入预定重量的硫代硫酸钠溶液)，该天平用来测定加到所滴定溶液中的硫代硫酸钠的重量。在完成指定的滴定之后，通过与盛装硫代硫酸钠溶液的加压瓶相连的管道和阀门，将硫代硫酸钠容器再装满。瓶子用惰性气体加压，最好是氦。硫代硫酸钠溶液由天平上的硫代硫酸钠容器通过一根或多根管子转移到装有要滴定的溶液的滴定杯中，每根管子连有阀门。最好是有两根直径不同的管子由硫代硫酸钠容器通到滴定杯。阀门可以通过搬扭开关或用下文将说明的计算机开启和关闭。大直径的管子用于滴定的前期部分，而当接近滴定终点时则用小直径的管子，以便更为准确。通过天平测量出转移到滴定杯中的硫代硫酸钠溶液的重量，用它确定所滴定的溶液的浓度。
用来升高滴定台中的天平的装置，有助于提供充分高的压头，以便使硫代硫酸钠溶液从容器流向滴定杯时具有合适的流速。滴定杯中装有铂电极和参比电极，可以用机械臂或类似装置使之就位。
每当碘容器或盛装硫代硫酸钠溶液的瓶重新装料或结束时，或是当设备有8小时或更长时间未使用时，最好用适当的溶液冲洗所连的管线。
在本发明的一个优选的实施方案中，重量分析设备包括一个控制装置，例如与配制装置和滴定装置接口的计算机。当用计算机作控制装置时，它可以配有软件，软件设计成能储存从配制装置及滴定装置的天平上采集到的重量数据，进行为取得碘吸附值所必须的计算，和/或控制在向滴定杯传送标定的硫代硫酸钠溶液的管道上的阀门。更具体地说，计算机与配制装置及滴定装置的天平接口。每份称重样品的重量都通过手键或类似装置传递。计算机还与铂电极和参比电极、阀门、及碘供料器接口。软件程序最好是设计成有利于用户。计算机及计算机软件使本发明的重量分析法能以足够的速度进行，从而使其在工业应用中既实际可行又具有优越性。这一方法改进了碘吸附值测量的精确性，从而减少了实验室及个人之间测定结果的易变性，也减少了人为误差的可能性。
可以设计计算机软件，以便通过对大管径和小管径硫代硫酸钠管线上阀门开启与关闭的控制，使滴定能更准确地进行。例如，通过计算机提示信息，选择要开启的阀门和阀门打开时间(即，在十分之几秒以内)，可以控制滴定过程。
计算机软件还可以用来使本发明的重量分析法的其它方面实现自动化。
例如，计算机软件可以包括一种能自动确定电势滴定终点的算法。这可以通过估算出加到所滴定溶液中而不超过滴定终点的硫代硫酸钠溶液的重量来实现。在滴定中加入足够的量，而又不消耗很长时间。
例如，要加入的标定过的硫代硫酸钠溶液的数量可以从电势滴定过程先前收集到的数据点(即，所加的硫代硫酸钠溶液毫克数对毫伏数)预测，下一步应加入多少溶液。这可以根据先前的数据，假定硫代硫酸钠溶液等量加入，预测出下一导数(电势增量变化除以所加硫代硫酸钠溶液重量的增量变化)的大小来实现。选择适当的毫伏变化，可以计算出要加入的硫代硫酸钠溶液的数量。此量可以利用计算机将两根硫代硫酸钠管线中一根上的阀门开启一定时间来控制，因为每个阀门的流量是预先确定的。
下面的一种算法，可用来预测沿电势与所加硫代硫酸钠溶液总重量关系曲线上下一点的导数
其中J是所预测的数据点;G是所平均的导数数目;i＝G+1。
计算机连续计算上述导数并将新算出的导数与先前的计算值相比较。滴定继续到达到最大导数值为止，即，直到最近一次测得的滴定点的导数小于前个导数计算值为止。随后，计算机通过在具有最大导数的数据点和它的前后数据点之间进行内插，确定准确的滴定终点。最好是，在得到的导数小于前一导数计算值之后，继续滴定到所得导数比最大值小一定的百分数(即60%)，以便排除噪声信号干扰导数最大值及终点确定的可能性。如果该导数为最大值的60%或更小，则停止滴定。一旦确定了滴定终点，利用储存在计算机存储器中的溶液及碳黑的重量，即可进行上述的计算，得到上层清液的碘浓度及碳黑的碘吸附值。
当碘是由供料器分配而不是直接称重时，可以进一步设计软件以直接测量碘溶液的密度。例如，将分配出的碘溶液的已知体积及其重量传输给计算机，计算机进行密度计算。一旦碘溶液的密度已知，计算机能根据碳黑样品的重量确定应由供料器分配出的碘溶液的体积，并准确确定所分配出的碘溶液的重量。
计算机也可以与本发明的重量分析设备的其它部分接口，包括控温装置、搅拌装置和所滴定溶液的电势，所加硫代硫酸钠溶液的质量、过滤装置以及打印机。打印机用来打印出数据，例如导数、滴定持续时间、流速、以及计算机的计算结果。
在本发明的另一实施方案中，计算机与一台控制碳黑生产的过程控制计算机(有商品出售，或由商品程序改装)连接。因此，如果所得的碘吸附值不在预定的范围内，可以修改碳黑的生产参数。
在发明中溶液重量测量的准确度比ASTM1510中公布的体积测量的准确度高大约一个数量级(十倍)。另外，本发明的滴定比ASTM1510的容量法要准确约5～10倍。总起来说，本发明的测定精密度的改进相信比容量法至少好约3倍。因此，要使容量法的精度达到本发明的水平，容量法测定必须重复9次。
本发明的软件可以使用Microsoft公司的Quick Basic语言，计算机可以是任何市售的常规计算机。使用编码与由控制装置和外围设备构成的仪表相结合，因为编码比解释模式快，并且更易传送。软件控制外围设备，收集数据，储存数据，分析数据，报告结果，并且在操作人员与仪器之间提供“有利于用户的”联系。由软件控制的外围设备包括测量质量用的分析及滴定天平。测量电压用的铂电极及参比电极，控制溶液流出量的阀门，自动准确输送碘溶液的供料器，能提供原始数据、分析结果、时间、日期及样品标识的硬拷贝的打印机，以及为操作人员显示信息用的黑白监测器。
外围设备与计算机的详细部件连接如下。天平与供料器通过RS-232硬件和软件逻辑和计算机连接。阀门则利用置于计算机扩展槽中的数据采集板与计算机相连。在此情形下数据采集板将来自计算机的数字逻辑传送到控制各阀门开启与关闭的继电器。这一操作控制了阀门开启的时间。电极也利用上述的同一数据采集板与计算机相连。在此情形下，采集板将模拟信号转化为供计算机用的数字信号。打印机通过计算机的并行端口与计算机相连。监测器则通过计算机扩展槽中的视频板与计算机连接。
计算机通过这些接口收集数据，将其相继储存。随后软件对数据作出分析，以便控制实验并算出为得到碘值所必须的各个参数。然后将结果传送到打印机。
以下的实例将说明软件如何与设备连接并为操作者提供一个有利于用户的环境。
操作者通过一系列屏幕提示信息与仪器联系。例如，程序中最初的提示信息之一为用户提供四种任选项。这些选择包括测定空白碘液浓度，测定碳黑样品的碘值、标定硫代硫酸钠溶液，以及一个求助屏幕。例如，如果用户选择碘值任选项，则下一系列的提示信息将指示操作人员完成以下操作，包括碳黑称重、分配碘溶液、以及称量并滴定一份上层清液。
通过按压附在天平上的手键将碳黑的重量直接传送给计算机。由软件算出需加的碘量，利用供料器或借助于操作人员控制的阀门以称重方式加碘。上层清液的重量也用天平的手键直接传送给计算机。电势滴定由软件控制。专门测量电极电势并控制阀门的开启时间，使得能正确达到滴定终点，而操作人员无需卷入。
随后，软件利用最大导数法确定终点。接着，由滴定中所用的碘溶液的重量和硫代硫酸钠溶液的终点质量确定碘溶液的浓度。然后由先前测定的碘空白浓度、碘样品浓度、碳黑及与碳黑成平衡的碘溶液的重量计算出碘值。
上面所举的实例并不意味着是唯一的。熟练的专业技术人员显然可以对本发明作很多变动。例如，有可能用本发明以重量分析法测定其它碳质物质(如石墨和活性炭)及其它基质(如铂、氧化镁、玻璃球、氧化铝及二氧化硅)的碘吸附值。所有这些明显的变动都被包含在所附权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种测定碳黑碘吸附值的重量分析方法，它包括测定准确称重的碘溶液的浓度，作法是，在该碘溶液中加入标定过的滴定剂直至达到滴定终点，并通过准确称量达到终点所需的标定过的滴定剂的重量来测定所述碘溶液的浓度，将适量的碳黑准确称重，加入适量的已准确称重的上述碘溶液，使碳黑-碘溶液混合物达到平衡，将上述标定过的滴定剂加到准确称重的一份碳黑-碘混合物的上层清液中，直到达到滴定终点，准确称量为达到滴定终点所需的已标定滴定剂的重量，确定上层清液的浓度，根据用重量法测定的滴定剂、碘溶液及上层清液的浓度，计算碳黑的碘吸附值。
2.权利要求1的方法，其中还包括对滴定剂进行标定，作法是，将滴定剂加到合适的已知浓度的基准物溶液中，直至达到滴定终点，准确称量为达到滴定终点所需的滴定剂的重量，确定滴定剂的浓度。
3.权利要求2的方法，其中滴定剂为含硫代硫酸钠的溶液。
4.权利要求3的方法，其中基准物包括碘酸钾、酸式碘酸钾、铬酸钾、重铬酸钾、溴酸钾、溴酸钠、铁氰化钾、N-溴丁二酰亚胺、重铬酸盐与乙二胺四乙酸盐等。
5.权利要求3的方法，其中基准物为酸式碘酸钾。
6.权利要求5的方法，其中酸式碘酸钾的浓度按下式计算酸式碘酸钾浓度(摩尔/千克)＝ (酸式碘酸钾的重量×2.5645)/(最终溶液的重量)
7.权利要求6的方法，其中硫代硫酸钠溶液的浓度按下式计算硫代硫酸钠浓度(摩尔/千克)＝ (酸式碘酸钾的浓度×滴定所用的酸式碘酸钾溶液的重量×12)/(滴定终点时硫代硫酸钠溶液质量)
8.权利要求7的方法，其中空白碘样的浓度按下式确定空白碘样的浓度(摩尔/千克)＝ (硫代硫酸钠浓度×滴定终点时硫代硫酸钠溶液的质量)/(滴定中用的碘溶液重量×2)
9.权利要求8的方法，其中与碳黑成平衡后的碘浓度按下式计算与碳黑平衡后的碘浓度(摩尔/千克)＝ (硫代硫酸钠溶液的浓度×滴定终点时硫代硫酸钠溶液的质量)/(滴定中用的碘溶液的重量×2)
10.权利要求9的方法，其中碳黑的碘吸附值按下式确定碘吸附值(毫克/克)＝ ((空白碘样浓度-碘样浓度)×加到碳黑中的碘溶液重量×253.81)/(碳黑重量)
11.权利要求5的方法，其中硫代硫酸钠溶液还含有碘化钾和硫酸。
12.权利要求11的方法，其中还包括测定酸式碘酸钾溶液的浓度，作法是，准确称量酸式碘酸钾，加入适量水，测量溶液的总重量，根据此重量确定溶液的浓度。
13.权利要求12的方法，其中硫代硫酸钠溶液用比色滴定法标定。
14.权利要求12的方法，其中空白碘样和上层清液的浓度用电势滴定、目测或比色滴定法测定。
15.权利要求1的方法，其中所说的平衡包括将碳黑-碘混合物摇荡，随后离心，得到上层清液。
16.权利要求1的方法，其中所说的平衡包括将碳黑-碘混合物搅动并过滤，以得到上层清液。
17.权利要求1的方法，其中还包括在称重前先将碳黑干燥。
18.权利要求1的方法，其中还包括测定碳黑的水分含量，并且在计算碘吸附值时扣除水分含量。
19.权利要求1的方法，其中还包括提供温度控制装置，用于控制碳黑-碘混合物的温度。
20.权利要求5的方法，其中还包括提供一种控制装置，用于准确控制加到被滴定溶液中的已标定硫代硫酸钠溶液的加入量、储存重量测定结果、进行浓度测定并计算碘吸附值。
21.权利要求20的方法，其中还包括将上述控制装置与一个控制碳黑生产中工艺参数的过程控制装置连接，根据控制装置接收到的碘吸附值计算结果，通过上述过程控制装置调节工艺参数。
22.一种测定碳黑碘吸附值的重量分析法，包括标定含硫代硫酸钠的溶液，作法是，将硫代硫酸钠溶液加到浓度已知、准确称重的酸式碘酸钠溶液中，直到达到滴定终点，准确称量为达到滴定终点所需的硫代硫酸钠溶液的重量，确定硫代硫酸钠溶液的浓度，对准确称重的碘溶液作空白测定，作法是，将已标定的硫代硫酸钠溶液加到上述碘溶液中，直到达到滴定终点，准确称量为达到终点所需的已标定的硫代硫酸钠溶液的重量，确定碘溶液的浓度，准确称量适量的碳黑，加入适量的准确称重的碘溶液，使碳黑-碘溶液混合物达到平衡，准确称量一份碳黑-碘溶液混合物的上层清液，加入已标定的硫代硫酸钠溶液，直到达到滴定终点，准确称量为达到终点所需的已标定的硫代硫酸钠溶液的重量，确定上层清液的浓度，根据重量分析法测定的酸式碘酸钾溶液、硫代硫酸钠溶液、碘空白溶液和上层清液的浓度，计算碳黑的碘吸附值。
23.一种测定碳黑碘吸附值的重量分析法，包括测定碘溶液的浓度，作法是，将该碘溶液加到浓度已知并准确称重的含五氧化二砷的基准物溶液中，直到达到滴定终点，准确称量为达到滴定终点所需的碘溶液的重量，确定碘溶液的浓度，标定含硫代硫酸钠的溶液，作法是，将硫代硫酸钠溶液加到一份准确称重的已标定的碘溶液中，直至达到滴定终点，准确称量为达到滴定终点所需的硫代硫酸钠溶液的重量，确定硫代硫酸钠溶液的浓度，准确称量适量的碳黑，加入适量的准确称重的碘溶液，使碳黑-碘溶液混合物达到平衡，准确称量一份上述碳黑-碘溶液混合物的上层清液，加入已标定的硫代硫酸钠溶液，直至达到滴定终点，准确称量为达到滴定终点所需的已标定硫代硫酸钠溶液的重量，确定上层清液的浓度，根据重量分析测得的五氧化二砷溶液、硫代硫酸钠溶液、碘空白溶液及上层清液的浓度，计算碳黑的碘吸附值。
24.一种用于重量法测定碳黑碘吸附值的设备，包括配制装置，用来配制欲为合适的滴定剂所滴定的溶液，它包括用来称量碘溶液、碳黑、合适的基准物及含该基准物溶液的第一台天平，以及用来使准确称重的碳黑及碘溶液的混合物达到平衡的平衡装置，滴定装置，用于滴定基准物溶液、碘溶液、以及平衡的碳黑-碘溶液混合物的上层清液，滴定装置包括第二台天平，停放在该天平上的滴定剂容器，以及由铂电极、参比电极、机械搅拌器和盛装欲滴定溶液的滴定杯组成的滴定装置，第二台天平准确称量出加到所滴定溶液中的滴定剂的重量，控制装置，它与上述第一台及第二台天平连接，控制装置从第一台及第二台天平接收重量测定值，并利用这些重量测定值，以重量分析方式测定基准物溶液、滴定剂、碘溶液及上层清液的浓度，控制装置根据上述浓度测定值计算出碳黑的碘吸附值。
25.权利要求24的设备，其中所述的滴定装置还包括第一和第二传送装置，用来将硫代硫酸钠溶液从硫代硫酸钠容器传送到滴定杯中，第一传送装置将硫代硫酸钠溶液传送到滴定杯的速度比第二传送装置快，控制装置适应于在滴定期间开启与关闭第一及第二个阀门。
26.权利要求24的设备，其中的控制装置适应于通过比较在滴定过程中收集到的先前数据点的导数，预测为达到滴定终点需要加入的硫代硫酸钠溶液的重量。
27.权利要求24的设备，其中的平衡装置包括摇荡器和离心机，用于摇动和离心碳黑-碘溶液混合物。
28.权利要求24的设备，其中的平衡装置包括搅动和过滤装置，用于搅动和过滤碳黑-碘溶液混合物。
29.权利要求24的设备，其中的配制装置还包括供料装置，用它准确地分配出碘溶液，直接加到碳黑中，上述的控制装置根据碘溶液的重量对供料装置进行校正。
30.权利要求24的设备，其中的配制装置还包括用于控制碳黑-碘溶液混合物温度的控温装置。
31.权利要求24的设备，其中还包括用于控制碳黑生产工艺参数的过程控制装置，此过程控制装置适应由控制装置接收碘吸附值的计算结果，如果碘吸附值超出了预定范围，它能够调节一个或多个工艺参数。
32.权利要求24的设备，其中的滴定剂含有硫代硫酸钠。
33.权利要求24的设备，其中的基准物包括碘酸钾、酸式碘酸钾、铬酸钾、重铬酸钾、溴酸钾、溴酸钠、铁氰化钾、N-溴丁二酰亚胺、重铬酸盐与乙二胺四乙酸盐等。
全文摘要
公开了一种测定碳黑碘吸附值的重量分析法。准确称重的碘溶液用已标定的滴定剂滴定，根据为达到滴定终点所需的滴定剂的重量，确定碘溶液的浓度。将准确称重的适量碘溶液与准确称重的适量碳黑混合，使混合物达到平衡。所得上层清液的浓度由测定为达到滴定终点所需的已标定的滴定剂重量来确定。然后根据以重量方式测定的各溶液浓度确定碘吸附值。此方法最好是半自动或全自动化的。并公开了一种实现此方法的设备。
文档编号G01N15/08GK1049909SQ9010734
公开日1991年3月13日 申请日期1990年8月30日 优先权日1989年8月31日
发明者小劳伦斯·J·墨菲 申请人:卡伯特公司