滴定分析法作为化学分析中重要的定量分析方法之一,具有快速、简便、准确度高等优势,在工业、环境、农业与医药等领域被广泛应用。人工滴定作为目前主流的滴定分析技术,存在主观误差大、操作繁琐、工作强度大等缺陷,进而影响了滴定分析法的精度和效率。基于当前滴定分析过程自动化程度不足的现状,本课题开发了一套基于颜色传感器的自动色差滴定系统。系统以颜色传感器作为检测的核心元件,结合蠕动泵料液供给装置实现了滴定分析过程的自动化。该系统适合具有显色现象的滴定分析,能有效提高滴定分析的精度和效率,具有较强的产业化背景。课题主要工作内容如下:1.本文通过对比分析现有的滴定分析技术和滴定装置,提出了自动滴定系统的整体方案。该方案以颜色传感器的颜色识别作为滴定终点判断的检测原理,结合CIE标准色度学系统对滴定过程中反应溶液颜色量的实时检测,同时基于相关的色差计算方法实现滴定过程溶液颜色变化的数字化表示,量化分析滴定终点。最后确定了系统中各个子模块的组成及工作模式。2.系统硬件装置的设计与搭建。整个系统硬件装置按功能可分为颜色采集单元、自动滴定单元、人机交互单元及主控制器单元。按功能要求设计了所有非标件以及相关的驱动电路,提高系统工作稳定性,同时进行所有标准件的选型,最后完成滴定系统硬件装置的搭建。检测系统采用颜色传感器AS7261为检测核心,微控制器STM32F103ZET6为控制中心、蠕动泵作为滴定进液装置,实现了滴定分析过程的自动化。结合串口触摸屏为滴定分析提供友好的人机交互。3.研发设计了自动色差滴定系统的软件程序。软件程序首先移植了μC/OS-Ⅱ实时操作系统,然后设计了各个功能任务由μC/OS-Ⅱ进行调度管理,保证系统的稳定运行,同时开发了友好的人机交互界面,实现了滴定中的过程控制和滴定终点的分析判断等功能。4.系统的实用性进行试验验证。首先对蠕动泵进液装置的滴液精度进行了标定,结果表明蠕动泵具有较高的精度和稳定性。然后采用标准试剂对自动色差滴定系统进行试验测试,试验过程采用0.05mol/L的氢氧化钠溶液分别滴定0.05mol/L、0.04mol/L、0.025 mol/L、0.02 mol/L、0.01 mol/L浓度的盐酸溶液,每组试验重复进行5次。结果显示滴定系统的相对标准偏差在0.5%左右,表明该系统的具有较好的稳定性;同时系统的检测误差不超过2%,满足国标GB/T11064.12-2013对于酸碱滴定提出的误差不大于5%的要求。经过较长时间的在线测试,所开发的自动滴定仪器基本能够满足实验室中滴定分析的精度需求。