一種砼水溶性氯含量測定的儀器及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種砼水溶性氯含量測定的儀器及方法；它包括測試主機(jī)和傳感器，所述測試主機(jī)通過導(dǎo)線和所述傳感器連接；所述測試主機(jī)包括外殼、主控板卡、芯片、顯示屏、鍵盤，所述外殼里面裝有主控板卡，所述外殼的表面安裝顯示屏，在所述顯示器旁邊安裝鍵盤，在所述主控板卡上設(shè)置芯片；所述傳感器是由氯離子復(fù)合電極棒組成或氯離子電極棒和參比電極棒組成。采用這樣的裝置操作簡單、安全、計(jì)算精準(zhǔn)、可以有效的減少兩點(diǎn)標(biāo)定的誤差，當(dāng)海砂、混凝土拌合物中的氯離子含量極少時(shí)，檢測電勢不會(huì)發(fā)生漂移。
【專利說明】一種砼水溶性氯含量測定的儀器及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及一種混凝土氯含量測定的儀器及方法。尤其涉及一種檢測混凝土及其部分原材料中水溶性無機(jī)氯含量的儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前:現(xiàn)有的檢測混凝土及其部分原材料中水溶性無機(jī)氯離子是采用離子選擇電極法(ISE)，離子選擇電極法(ISE)是七十年代發(fā)展起來的技術(shù)，其基本原理是，電解質(zhì)溶液中的離子會(huì)與溶液間產(chǎn)生電位差，這種電位差是該離子在此溶液中的電位或電極電位，它的電位對(duì)溶液中給定的離子的活度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系，符合能斯特方程。離子選擇電極法(ISE)測量氯離子含量是我國《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ270-98)要求的一種快速測定海砂、混凝土拌合物中的氯離子含量的實(shí)驗(yàn)方法。該實(shí)驗(yàn)方法的基本原理是:利用測得的液相電極電位E與液相中氯離子濃度C的對(duì)數(shù)所呈的線性關(guān)系，即E = K-0.0591gC，從而根據(jù)測得的電極電位值推算出液相中氯離子濃度。
[0003]試驗(yàn)規(guī)范中雖然給出簡單的公式，但試驗(yàn)僅僅采用兩種不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行標(biāo)定，盡管能確定一個(gè)簡單的線性關(guān)系，但經(jīng)過研究人員檢測，計(jì)算出的線性關(guān)系與溶液中氯離子反應(yīng)的真實(shí)的能斯特方程有一定差距，由于海砂、混凝土拌合物中氯離子含量極少，盡管是微小的差距也會(huì)導(dǎo)致較大的誤差。此外，實(shí)驗(yàn)操作較為繁瑣，結(jié)果需要手動(dòng)計(jì)算。此夕卜，極少的氯離子含量也導(dǎo)致在檢測的時(shí)候電勢發(fā)生漂移，混凝土拌合物中成分較為復(fù)雜，也會(huì)導(dǎo)致檢測電勢的漂移。
[0004]發(fā)明專利內(nèi)容
[0005]為克服上述缺陷，本發(fā)明專利的設(shè)計(jì)目的是，在于提供一種混凝土水溶性氯含量測定的儀器及方法，可用于檢測新拌混凝土、硬質(zhì)混凝土、砂石子等骨料、混凝土拌合水等無機(jī)氯離子的含量。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明專利的一種砼水溶性氯含量測定的儀器及方法；它包括測試主機(jī)和傳感器，所述測試主機(jī)通過導(dǎo)線和所述傳感器連接；所述測試主機(jī)包括外殼、主控板卡、芯片、顯示屏、鍵盤，所述外殼里面裝有主控板卡，所述外殼的表面安裝顯示屏，在所述顯示器旁邊安裝鍵盤，在所述主控板卡上設(shè)置芯片；所述傳感器是由氯離子復(fù)合電極棒組成或氯離子電極棒和參比電極棒組成。采用這樣的裝置操作簡單、安全、計(jì)算精準(zhǔn)、可以有效的減少兩點(diǎn)標(biāo)定的誤差，當(dāng)海砂、混凝土拌合物中的氯離子含量極少時(shí)，檢測電勢不會(huì)發(fā)生漂移。
[0007]進(jìn)一步，本發(fā)明專利中的一種砼水溶性氯含量測定的儀器及方法的組合方式有兩種:一種是手持式，另一種是臺(tái)式。
[0008]進(jìn)一步，本發(fā)明專利中的手持式分為兩種結(jié)構(gòu):結(jié)構(gòu)一是所述測試主機(jī)通過導(dǎo)線連接由氯離子復(fù)合電極棒組成的傳感器，結(jié)構(gòu)二是所述測試主機(jī)通過導(dǎo)線連接由氯離子電極棒和參比電極棒組成的傳感器。
[0009]進(jìn)一步，本發(fā)明專利中的臺(tái)式分為兩種結(jié)構(gòu):結(jié)構(gòu)三是所述測試主機(jī)通過導(dǎo)線連接由氯離子復(fù)合電極棒組成的傳感器，結(jié)構(gòu)四是所述測試主機(jī)通過導(dǎo)線連接由氯離子電極棒和參比電極棒組成的傳感器。
[0010]進(jìn)一步，所述外殼里面裝有主控板卡，所述外殼的表面安裝顯示屏，在所述顯示屏旁邊安裝鍵盤，在所述主控板卡和所述顯示屏之間設(shè)置芯片。
[0011]進(jìn)一步，所述芯片具有采集、控制、計(jì)算、存儲(chǔ)的功能，是高阻抗的、具有可檢測毫伏的功能以及可以實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的快速處理功能。
[0012]進(jìn)一步，所述主控板卡包括與顯示屏連接的接口、與鍵盤連接的接口、電路、與打印機(jī)連接的接口，與通訊設(shè)備(如電腦)連接的接口和與傳感器連接的接口。
[0013]進(jìn)一步，所述與顯示屏連接的接口是通過線束和顯示屏連接的，所述與鍵盤連接的接口是通過線束和鍵盤連接的，所述電路是直接布控在所述主控板卡上面的，所述與打印機(jī)連接的接口是通過線束和打印機(jī)連接的，所述與通訊設(shè)備(如電腦)連接的接口是通過串口或USB接口和通訊設(shè)備連接的，所述與傳感器連接的接口是通過導(dǎo)線和傳感器連接的。
[0014]進(jìn)一步，所述顯示屏是用來顯示測試的結(jié)果載體。
[0015]進(jìn)一步，較大型的測試主機(jī)可以配有與電源電壓轉(zhuǎn)換模塊連接的外接電源接口，可與交流電源直接連接，可以直接連接嵌入式打印機(jī)，小型設(shè)計(jì)的主機(jī)可以配有電池。
[0016]進(jìn)一步，所述鍵盤上面設(shè)置背光、開關(guān)、確定、取消、向上、向下、向左、向右和0-9數(shù)字鍵按鈕。通過所述鍵盤上的按鈕可以輸入數(shù)據(jù)，輔助計(jì)算。
[0017]進(jìn)一步，在使用本發(fā)明專利的輔助溶液:包括兩種抗干擾劑，第一種抗干擾劑為5mol/L的硝酸鈉或硝酸鉀，按照每IOOmL標(biāo)定溶液或樣品中2mL的添加比例，可用于檢測時(shí)穩(wěn)定標(biāo)定溶液和樣品溶液的氯離子電勢；第二種抗干擾劑為一種復(fù)合的氧化溶液，可用于抵消鹵族元素、硫化物和氰化物(主要源于混凝土外加劑)的干擾，其配制方法為:容積1000毫升燒杯中加入約800毫升蒸餾水，添加15.1克NaBrO3到燒杯中，小心緩慢加入75毫升濃硝酸(70% w/w或15.9N)，小心攪拌混合，待冷卻后，移液至IOOOml刻度的容量瓶中，用蒸餾水填充到刻度。蓋上瓶蓋，顛倒容量瓶幾次，使之混合均勻。
[0018]進(jìn)一步本發(fā)明專利涉及到的試驗(yàn)原理為:根據(jù)能斯特方程，測得的液相電極電位E與液相中氯離子濃度C的對(duì)數(shù)所呈的線性關(guān)系，可以化簡為E = A+B.IgC(其中E為電位，C為氯離子濃度)。用大于等于三種不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行標(biāo)定，利用線性回歸法確定當(dāng)前環(huán)境下的電位-氯離子濃度關(guān)系曲線(以下簡稱E-C關(guān)系曲線)，檢測待測樣品中的氯離子電位，通過E-C關(guān)系曲線計(jì)算出液相中氯離子濃度。
[0019]進(jìn)一步，本發(fā)明專利中設(shè)計(jì)的氯離子檢測方法如下:
[0020]第一步:分別配制大于等于三種不同濃度的氯離子標(biāo)準(zhǔn)溶液，其中必須要有一種在0.0001mol/L濃度左右。在氯離子標(biāo)準(zhǔn)溶液中按照IOOmL添加2mL的比例分別添加5mol/L的硝酸鈉或硝酸鉀溶液，用于穩(wěn)定氯離子的電勢。
[0021]第二步:根據(jù)不同的檢測標(biāo)準(zhǔn)要求，配制待測樣品。在樣品中按照IOOmL添加2mL的比例添加5mol/L的硝酸鈉或硝酸鉀溶液，用于穩(wěn)定氯離子的電勢。按照IOOmL添加2mL的比例添加復(fù)合氧化溶液，用于緩解干擾。
[0022]第三步:根據(jù)不同電極的說明書要求，使氯離子電極與配套的參比電極或者氯離子復(fù)合電極達(dá)到正常的工作狀態(tài)。將電極與檢測主機(jī)連接。[0023]第四步:將氯離子電極與配套的參比電極或者氯離子復(fù)合電極順序(通常是按照由小到大的順序)插入不同濃度的氯離子標(biāo)準(zhǔn)溶液中，達(dá)到電極要求的響應(yīng)時(shí)間后，利用主機(jī)記錄采集到的電位毫伏值，結(jié)合濃度進(jìn)行線性回歸計(jì)算，從而確定E-C關(guān)系曲線，同時(shí)計(jì)算線性回歸系數(shù)r，通常r至少需達(dá)到0.995以上，才能保證E-C關(guān)系曲線符合要求，r越接近于1，表示E-C關(guān)系曲線確定的越合理。
[0024]第五步:將氯離子電極與配套的參比電極或者氯離子復(fù)合電極插入待測樣品中，達(dá)到電極要求的響應(yīng)時(shí)間后，利用主機(jī)記錄采集到的電位毫伏值，利用主機(jī)的計(jì)算芯片根據(jù)E-C關(guān)系曲線和采集到的樣品電位計(jì)算樣品濃度。測試完畢后，計(jì)算結(jié)果可存入測試主機(jī)中。
[0025]進(jìn)一步試驗(yàn)流程概述:
[0026](I).本發(fā)明專利采用兩種方法保證E-C關(guān)系曲線的準(zhǔn)確性，第一是多點(diǎn)標(biāo)定，第二是線性回歸法確定。
[0027](2).本發(fā)明專利的測試主機(jī)可實(shí)現(xiàn)電壓數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和自動(dòng)分析計(jì)算的功能，通過中央處理器直接計(jì)算出被測液相中的氯離子含量，減少數(shù)據(jù)后處理工作量。
[0028](3).本發(fā)明專利采用添加硝酸鈉或硝酸鉀的方法使電極采集到的電勢穩(wěn)定，即使在海砂、混凝土拌合物等氯離子含量極少的環(huán)境中，也能夠獲取穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。
[0029](4).為了解決混凝土拌合物中，外加劑對(duì)于電極檢測的干擾，本發(fā)明專利配置了復(fù)合氧化溶液，從而去除氯離子測量中的干擾因素。
[0030]采用上述結(jié)構(gòu)和方法操作簡單、安全、計(jì)算精準(zhǔn)、可以有效的減少兩點(diǎn)標(biāo)定的誤差，當(dāng)海砂、混凝土拌合物中的氯離子含量極少時(shí)，檢測電勢不會(huì)發(fā)生漂移，使用方便的特點(diǎn)。可快速的檢測新拌混凝土、硬質(zhì)混凝土、砂石子等骨料、混凝土拌合水等無機(jī)氯離子的含量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是發(fā)明專利的手持式結(jié)構(gòu)一示意圖
[0032]圖2是發(fā)明專利的手持式結(jié)構(gòu)二示意圖
[0033]圖3是發(fā)明專利的臺(tái)式結(jié)構(gòu)三示意圖
[0034]圖4是發(fā)明專利的臺(tái)式結(jié)構(gòu)四示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明專利做詳細(xì)的描述。
[0036]如圖1、2、3、4所示，本發(fā)明專利的一種砼水溶性氯含量測定的儀器及方法；它包括測試主機(jī)I和傳感器2，測試主機(jī)I通過導(dǎo)線3和傳感器2連接；測試主機(jī)I包括外殼4、主控板卡(圖中未顯示)、芯片(圖中未顯示)、顯示屏5、鍵盤6，外殼4里面裝有主控板卡(圖中未顯示)，外殼4的表面安裝顯示屏5，在顯示屏5旁邊安裝鍵盤6，在主控板卡(圖中未顯示)和顯示屏5之間設(shè)置芯片(圖中未顯示)。傳感器2是由氯離子復(fù)合電極棒7組成或氯離子電極棒8和參比電極棒9組成。
[0037]主控板卡(圖中未顯示)包括與顯示屏連接的接口(圖中未顯示)、與鍵盤連接的接口(圖中未顯示)、電路(圖中未顯示)、與打印機(jī)連接的接口(圖中未顯示)，與通訊設(shè)備(如電腦)連接的接口 10和與傳感器連接的接口 11。
[0038]以上僅是根據(jù)附圖所給出的實(shí)施例作出具體描述，并非是對(duì)本發(fā)明專利作其形式的限制，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)方案來說，在本發(fā)明專利所公開的內(nèi)容基礎(chǔ)上所做出的修改，仍屬于本發(fā)明專利技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種砼水溶性氯含量測定的儀器及方法；它包括測試主機(jī)和傳感器，所述測試主機(jī)通過導(dǎo)線和所述傳感器連接，所述測試主機(jī)包括外殼、主控板卡、芯片、顯示屏、鍵盤，所述外殼里面裝有主控板卡，所述外殼的表面安裝顯示屏，在所述顯示屏旁邊安裝鍵盤，在所述主控板卡上設(shè)置芯片；所述傳感器是由氯離子復(fù)合電極棒組成或氯離子電極棒和參比電極棒組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砼水溶性氯含量測定的儀器及方法，其特征在于包括兩種抗干擾劑，第一種抗干擾劑為5mol/L的硝酸鈉或硝酸鉀，按照每IOOmL標(biāo)定溶液或樣品中2mL的添加比例；第二種抗干擾劑為一種復(fù)合的氧化溶液，其配制方法為:容積1000毫升燒杯中加入約800毫升蒸餾水，添加15.1克NaBrO3到燒杯中，小心緩慢加入75毫升濃硝酸(70% w/w或15.9N)，小心攪拌混合，待冷卻后，移液至1000ml刻度的容量瓶中，用蒸餾水填充到刻度。蓋上瓶蓋，顛倒容量瓶幾次，使之混合均勻，添加時(shí)按照每IOOmL樣品中2mL的添加比例。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砼水溶性氯含量測定的儀器及方法，其特征在于試驗(yàn)原理為:根據(jù)能斯特方程，測得的液相電極電位E與液相中氯離子濃度C的對(duì)數(shù)所呈的線性關(guān)系，可以化簡為E = A+B.IgC(其中E為電位，C為氯離子濃度)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砼水溶性氯含量測定的儀器及方法，其特征在于測試步驟為:第一步，分別配制大于等于三種不同濃度的氯離子標(biāo)準(zhǔn)溶液，其中必須要有一種在0.0001mol/L濃度左右，在氯離子標(biāo)準(zhǔn)溶液中按照IOOmL添加2mL的比例分別添加5mol/L的硝酸鈉或硝酸鉀溶液；第二步，根據(jù)不同的檢測標(biāo)準(zhǔn)要求，配制待測樣品，在樣品中按照IOOmL添加2mL的比例添加5mol/L的硝酸鈉或硝酸鉀溶液，按照IOOmL添加2mL的比例添加復(fù)合氧化溶液；第三步，將電極與檢測主機(jī)連接；第四步:將氯離子電極與配套的參比電極或者氯離子復(fù)合電極順序插入不同濃度的氯離子標(biāo)準(zhǔn)溶液中，達(dá)到電極要求的響應(yīng)時(shí)間后，利用主機(jī)記錄采集到的電位毫伏值，結(jié)合濃度進(jìn)行線性回歸計(jì)算，從而確定E-C關(guān)系曲線，同時(shí)計(jì)算線性回歸系數(shù)r，通常r至少需達(dá)到0.995以上，才能保證E-C關(guān)系曲線符合要求，r越接近于1，表示E-C關(guān)系曲線確定的越合理；第五步，將氯離子電極與配套的參比電極或者氯離子復(fù)合電極插入待測樣品中，達(dá)到電極要求的響應(yīng)時(shí)間后，利用主機(jī)記錄采集到的電位毫伏值，利用主機(jī)的計(jì)算芯片根據(jù)E-C關(guān)系曲線和采集到的樣品電位計(jì)算樣品濃度，測試完畢后，計(jì)算結(jié)果可存入測試主機(jī)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砼水溶性氯含量測定的儀器及方法，其特征在于一種砼水溶性氯含量測定的儀器的組合方式有兩種:一種是手持式，另一種是臺(tái)式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種砼水溶性氯含量測定的儀器及方法，其特征在于手持式分為兩種結(jié)構(gòu):結(jié)構(gòu)一是所述測試主機(jī)通過導(dǎo)線連接由氯離子復(fù)合電極棒組成的傳感器，結(jié)構(gòu)二是所述測試主機(jī)通過導(dǎo)線連接由氯離子電極棒和參比電極棒組成的傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種砼水溶性氯含量測定的儀器及方法，其特征在于臺(tái)式分為兩種結(jié)構(gòu):結(jié)構(gòu)三是所述測試主機(jī)通過導(dǎo)線連接由氯離子復(fù)合電極棒組成的傳感器，結(jié)構(gòu)四是所述測試主機(jī)通過導(dǎo)線連接由氯離子電極棒和參比電極棒組成的傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砼水溶性氯含量測定的儀器及方法，其特征在于所述主控板卡包括與顯示屏連接的接口、與鍵盤連接的接口、電路、與打印機(jī)連接的接口，與通訊設(shè)備連接的接口和與傳感器連接的接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種砼水溶性氯含量測定的儀器及方法，其特征在于所述與顯示屏連接的接口是通過線束和顯示屏連接的，所述與鍵盤連接的接口是通過線束和鍵盤連接的，所述電路是直接布控在所述主控板卡上面的，所述與打印機(jī)連接的接口是通過線束和打印機(jī)連接的，所述與通訊設(shè)備連接的接口是通過串口和通訊設(shè)備連接的，所述與通訊設(shè)備連接的接口是通過USB接口和通訊設(shè)備連接的，所述與傳感器連接的接口是通過導(dǎo)線和傳感器連接的。
10.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種砼水溶性氯離子含量測定的儀器及方法，其特征在于所述鍵盤上面設(shè)置背光、開 關(guān)、確定、取消、向上、向下、向左、向右和0-9數(shù)字鍵按鈕。
【文檔編號(hào)】G01N27/49GK103926305SQ201310007935
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月10日
【發(fā)明者】陳思, 許德平, 諸葛燕 申請(qǐng)人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)