摘要：光譜滴定方法作為滴定領(lǐng)域的新技術(shù)，是替代顏色滴定（感官滴定、人工滴定）的新一代革新技術(shù)。在可見(jiàn)光范圍內，采用全波長(cháng)同步監控+色空間算法+曲線(xiàn)算法技術(shù)，建立了試劑量與單一計量參數的在線(xiàn)二維滴定曲線(xiàn)坐標，從而使顏色滴定方法提升為自動(dòng)化儀器分析方法。與電位方法、溫度方法相比，應用面廣、不干擾被測定反應、測量無(wú)延遲、無(wú)接觸性傳感器、不受溫度影響、反應靈敏、沿用顏色測量方法原理等諸多優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)將在滴定分析技術(shù)中占主導地位。 表1.四種滴定技術(shù)比對表 滴定技術(shù) 發(fā)明人 時(shí)間 距今 優(yōu)缺點(diǎn) 滴定分析方法（感官滴定方法） 法國化學(xué)家，Joseph Louis Gay-Lussac 19世紀上半葉 約150年 現況：建立了深厚的理論、標準體系。 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，至今仍是滴定分析的主流方法。 缺點(diǎn)：主觀(guān)方法，誤差大，無(wú)法量值溯源。 前景：逐步被淘汰。 電位滴定 德國化學(xué)家，Rorber Behrend 1893 127年 現況：歷史久，研究充分。 優(yōu)點(diǎn)：測量精確，圖形化操作，可量值溯源。 缺點(diǎn)：屬間接測量，操作條件多、需要根據測量對象適配器材、要求高、受溫度影響大、干擾化學(xué)反應、信號延遲。 前景：應用受限，市場(chǎng)有限。 溫度滴定 P.迪圖瓦和E.格羅貝特 1922 98年 現況：目前通常作為電位滴定儀的附件。 優(yōu)點(diǎn)：反應靈敏，不干擾反應過(guò)程，可量值溯源。 缺點(diǎn)：屬間接測量，應用于簡(jiǎn)單反應體系。 前景：應用面狹小，市場(chǎng)很有限。 光譜滴定 中國 2018 3年 現況：新技術(shù)，理論不完善，儀器未商品化。 優(yōu)點(diǎn)：屬直接測量技術(shù)，高準確度、高可靠性、不受溫度影響、不干擾化學(xué)反應、終點(diǎn)明顯，可量值溯源，操作簡(jiǎn)單，應用面廣。 缺點(diǎn)：不能分析混濁、固體和半固體及終點(diǎn)無(wú)色變的化學(xué)反應溶液，應用尚不普及。 前景：逐步替代感官滴定方法，成為滴定分析的主導技術(shù)，市場(chǎng)廣闊。 滴定分析法作為化學(xué)分析經(jīng)典方法，是各領(lǐng)域的通用分析方法，目前有幾千種顏色分析方法應用在藥品、食品、農產(chǎn)品、土壤、化工、石油、冶金、機械、試劑、環(huán)保、生物、醫療、…等各種行業(yè)，只要有化學(xué)物質(zhì)分析的工作，就離不開(kāi)滴定分析技術(shù)。高精度的滴定終點(diǎn)判別和自動(dòng)化判別技術(shù)，直接決定了光譜滴定技術(shù)的高準確度和可靠性。 光譜滴定的用途： 1、替代原有的光度滴定分析方法； 2、替代廣泛應用的感官滴定方法； 3、建立系列新的光譜滴定檢測方法和標準； 4、偶氮、稀土、苯基熒光酮等顯色劑的研究； 5、分子開(kāi)關(guān)或分子機器的光化學(xué)性能研究； 6、光輻射化學(xué)研究； 7、應用于化學(xué)分子形態(tài)； 8、生物酶活性研究； 光譜滴定方法為近幾年新研發(fā)的技術(shù)，尚未推廣，科普宣傳、儀器制造、方法原理、應用案例等方面屬于初創(chuàng )狀態(tài)，僅有原理樣機和《化學(xué)光譜滴定技術(shù)》著(zhù)作面世。研究人員和投資者不會(huì )立即看到技術(shù)體系的應用和效益，但目前的工作是實(shí)現后期專(zhuān)利技術(shù)獨占的前期工作，是實(shí)現大規模替代感官滴定的理論、方法、標準、儀器提供關(guān)鍵的前瞻性基礎。 其經(jīng)濟價(jià)值方面，與電位滴定儀的中國十億市值市場(chǎng)、世界70億市值（瑞士萬(wàn)通，2015）相比，該技術(shù)屬滴定行業(yè)內國內外首創(chuàng )，目前沒(méi)有任何型號的商品機問(wèn)世，故無(wú)法對其市場(chǎng)前景做出明確評價(jià)。參考滴定分析儀器的市場(chǎng)，光譜滴定技術(shù)的應用領(lǐng)域遠遠大于電位分析技術(shù)。一旦儀器商品化，研發(fā)機構將在該投入上取得知識產(chǎn)權保護和大于電位滴定儀的長(cháng)期的效益。 目前亟待解決與存在的問(wèn)題建議：采取聯(lián)合申請課題，取得科技部、基金、協(xié)會(huì )、企業(yè)的政策和資金支持，共同進(jìn)行理論體系、測量原理、商品機型儀器生產(chǎn)、應用技術(shù)研究與方法推廣、國際專(zhuān)利申報等方面的研究，盡快保持我國現有的國際領(lǐng)先地位。本資料簡(jiǎn)單介紹光譜滴定原理、算法、技術(shù)應用和案例分析，供制造商、技術(shù)研究者、合作者參考。 滴定分析法發(fā)展歷程 滴定分析法（titrametric analysis）的研究歷史可追溯到18世紀晚期。19世紀上半葉，法國化學(xué)家Joseph Louis Gay-Lussac命名了滴定分析方法，因此被認為是滴定分析法的發(fā)明者。如今，滴定法成為最重要的化學(xué)分析技術(shù)之一，應用普遍而頻繁。其方法采用人工操作、眼睛觀(guān)看顏色、大腦對顏色變化做出判斷、語(yǔ)言形容滴定過(guò)程的額顏色變化，屬于主觀(guān)判斷的感官分析方法，簡(jiǎn)單、應用廣、速度快、成本低，也存在受色評價(jià)環(huán)境影響大、語(yǔ)言描述模糊、眼睛感受的個(gè)體差異大、手工控制滴定準確度差等缺點(diǎn)，這種建立在主觀(guān)觀(guān)察基礎上的方法已經(jīng)不適應現代檢測技術(shù)的需求。只是由于歷史過(guò)于悠久，其建立海量檢測方法、技術(shù)標準以及應用領(lǐng)域的習慣，致使其還在廣泛應用。 化學(xué)反應過(guò)程的顏色變化，是化學(xué)結構變化的可見(jiàn)光表現，顏色變化代表反應過(guò)程的進(jìn)程，是結構對光譜吸收的性質(zhì)，所以測量的顏色變化可以準確表征反應中物質(zhì)結構的變化，這也是與感官滴定方法一脈相承?，F代研究證明，顏色的最精確的測量方式是分光式測量方法，顏色可以用CIE 1976（L*a*b*）彩色均勻空間的三維坐標位置標識，每個(gè)顏色都有其唯一指標位置，顏色的變化可以在CIE 1976（L*a*b*）彩色均勻空間的三維坐標中描述出變化軌跡，從而將主觀(guān)的顏色變化描述轉變?yōu)榭陀^(guān)測量數據，進(jìn)而實(shí)現化學(xué)分析過(guò)程的光譜滴定測量技術(shù)。 光譜滴定方法的基礎是色測量的分光式測量方法，所以，從原理上它就具有高準確度、高可靠性、可量值溯源的優(yōu)點(diǎn)。計入相關(guān)變量因子算法的滴定曲線(xiàn)的凸變峰型非常明顯清晰。具有準確、可靠、明顯、自動(dòng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)與光分析方法相似，計算方法復雜、數據量龐大，嚴重依賴(lài)于數據處理系統，這在計算技術(shù)高速發(fā)展的今天已經(jīng)不是問(wèn)題了。而其替代逐步替代感官滴定方法的發(fā)展趨勢，將成為滴定分析的主導技術(shù)，技術(shù)應用和儀器市場(chǎng)及其廣闊。 一、滴定原理與分類(lèi) 目前的滴定分析(titrametric analysis)，按測量原理主要分為可見(jiàn)光顏色滴定、電位滴定、溫度滴定等三種滴定方法，光譜滴定屬于可見(jiàn)光顏色滴定的儀器分析方法，可以替代可見(jiàn)光顏色滴定的大部分方法。 1、可見(jiàn)光顏色滴定法 顏色測量包括光源顏色的測量與物體色的測量?jì)纱箢?lèi)，滴定分析領(lǐng)域關(guān)注反應液的顏色變化，屬于非熒光物體測量。 化學(xué)滴定分析反應中的可見(jiàn)光顏色測量屬于非熒光物體測色，為感官顏色滴定法和傳統儀器顏色滴定法兩大類(lèi)。其中，儀器顏色滴定法包括光密度法、紫外光度滴定、可見(jiàn)光光-電積分法和分光光度滴定（光電滴定)。 儀器顏色滴定法測量反應液體顏色是測定液體在測量時(shí)的光譜光度特性反應液體光譜反射比P(λ)或者反應液體的光譜透射比τ(λ)等，計算出色刺激函數φ(λ)之后，根據色度學(xué)的三個(gè)基本方程求出被測顏色的CIE三刺激值X、Y、Z（標準照明體Y= 100）。 1.1 感官顏色滴定法 其實(shí)質(zhì)是一種目視光度測定法，原理是利用加色混合定律，將各個(gè)分量的未知色加在一起，以描述所得的未知色。是依靠反應過(guò)程中的顏色的變化，用人眼作為感受器、大腦判斷顏色變化程度，在被測量溶液中加入指示劑或者依靠反應過(guò)程中的顏色感官顏色滴定法直觀(guān)、簡(jiǎn)便、快速等優(yōu)點(diǎn)，是滴定實(shí)驗中最常用的方法之一，是一種完全主觀(guān)評價(jià)方法，同時(shí)也是最簡(jiǎn)單的一種方法。 眼睛是一種光學(xué)系統，能夠在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生圖像。它由包括角膜、水狀體、虹膜狀體以及玻璃體等實(shí)體組成，使眼睛能夠針對以105系數變化的照明水平簡(jiǎn)單而快速地做出反應。眼睛能夠感知的最小照度為10-12Lx（相當于夜空中黯淡的星光）。為了能夠感知到光，人眼中包含了錐狀細胞和桿狀細胞兩種感光器：錐狀細胞感受到各種顏色（“明視覺(jué)”），對波長(cháng)555 nm的黃綠光譜區域，其靈敏度最高；桿狀細胞使我們看到的是黑白的畫(huà)面（“夜間視覺(jué)”），在波長(cháng)507 nm的綠光譜區域，其靈敏度最高。人眼對光譜靈敏度曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。 圖1.人眼對光譜靈敏度曲線(xiàn) 其弊端在于觀(guān)察變色閾值是借助人眼，經(jīng)驗和心理、生理因素的個(gè)體差異引起較大的判斷誤差，無(wú)法溯源，受環(huán)境條件影響大，可變因素太多，且無(wú)法進(jìn)行定量描述，從而影響到評估的準確性和可靠性。 雖然感官顏色滴定法是應用面最廣的分析方法，但其主觀(guān)測量結果的缺陷致使其處于被逐步淘汰的趨勢。 1.2、可見(jiàn)光-光密度檢測分析法   光密度測量是測量反射光量和入射光量的大小，光密度計提供的光之間的差別是光的吸收量，也即被測液體表面層的吸收光量大小，吸收特性的度量，只表示黑或灰的程度。 該方法只要應用在印刷行業(yè)，“彩色密度”是指測量時(shí)，通過(guò)紅、綠、藍三種濾色片分別來(lái)測量黃、品、青油墨的密度。它直觀(guān)地反映了C、M、Y、K四色印刷的密度、網(wǎng)點(diǎn)百分比、油墨疊印率等，被廣泛用于印刷行業(yè)的顏色和墨層厚度控制當中。 1.3、可見(jiàn)光光-電積分法   光電積分法是20世紀60年代儀器測色中采用的常見(jiàn)方法。是測量整個(gè)測量波長(cháng)區間內，通過(guò)積分測量測得樣品的三刺激值X、Y、Z，再由此計算出樣品的色品坐標等參數。通常用濾光片把探測器的相對光譜靈敏度S(λ)修正成CIE的光譜三刺激值x(λ)、y(λ)、z(λ)。用這樣的三個(gè)光探測器接收光刺激時(shí)，就能用一次積分測量出樣品的三刺激值X、Y、Z。 濾光片必須需滿(mǎn)足盧瑟條件，以精確匹配光探測器。盧瑟條件如下：此類(lèi)型儀器的測色準確度是與儀器符合盧瑟條件的程度有直接關(guān)系的，要做到完全符合上述條件是很困難的。在實(shí)際的濾色修正中，由于色玻璃的品種有限，儀器不可能完全符合盧瑟條件，只能近似符合應用部分濾光片法可使x(λ)和z(λ)曲線(xiàn)的匹配積分誤差小于2%，y(λ)曲線(xiàn)的匹配積分誤差小于0.5%。光電積分式儀器不能精確測量出被透射液體的三刺激值和色品坐標，但能準確測出被透射液體的色差，因而又被稱(chēng)為色差儀。 所以，色差儀原理也可以進(jìn)行顏色滴定分析，受其依據的原理限制，誤差大、應用范圍有限。 1.4、可見(jiàn)光-分光光度法   分光光度滴定（spectrophotometric titration），又稱(chēng)光電滴定(photoelectric titration)。 通過(guò)測量滴定過(guò)程中吸光度又稱(chēng)分光光度滴定法。它是通過(guò)樣品液體的透射光能量與同樣條件下標準樣品透射的光能量進(jìn)行比較，得到樣品液體在每個(gè)波長(cháng)下的光譜吸收率，然后利用CIE提供的標準觀(guān)察者和標準光源公式計算，從而得到三刺激值X、Y、Z，再由X、Y、Z按CIEYxy，CIELab等公式計算色品坐標x．y，CIELAB色度參數等。 該方法以待測組分、滴定劑、反應產(chǎn)物在滴定過(guò)程中吸光度的變化確定滴定終點(diǎn)的分析方法。它能在底色較深的溶液和無(wú)色溶液中滴定，檢測微弱吸光度變化、可準確確定滴定終點(diǎn)。 該方法通過(guò)測量探測樣品的光譜成分確定其顏色參數，不僅可以給出X、Y、Z的絕對值和色差值△E，還可以給出物體的分光透射率值和分光透射率曲線(xiàn)。采用此類(lèi)儀器可實(shí)現高準確度的色測量，可對光電積分測色進(jìn)行定標，建立色度標準等，故分光式儀器是顏色測量中的權威儀器。 1.4.1光度滴定法 光度滴定(photometric titration) 是在滴定過(guò)程中，用光度計記錄特定波長(cháng)的吸光度的變化（非顏色變化）。要求滴定過(guò)程中，溶液吸光度Abs的變化遵循朗伯-比爾定律。滴定時(shí)，每加入一定量的滴定劑，都同步在相同波長(cháng)下記錄其吸光度。然后以吸光度A為縱坐標，標準溶液的體積V為橫坐標，繪出光度滴定曲線(xiàn)，從兩條切線(xiàn)的交點(diǎn)可求得滴定終點(diǎn)。 光度滴定方法要求被滴定溶液的吸光度的變化必須遵循朗伯－比爾定律。光度滴定法對于某些純凈液體和波長(cháng)吸收特征性強的反應，非常方便，適用于滴定有色溶液、略微混濁的溶液、微量物質(zhì)，有較高的靈敏度和準確度。由于采用單波長(cháng)檢測，不能適合反應前后由于結構改變導致的特征吸收波長(cháng)偏移，而且當化學(xué)反應出現多次多個(gè)吸收波長(cháng)時(shí)，無(wú)法獲得多滴定終點(diǎn)的光度信號，可靠性和適用性差。 1.4.2紫外光度滴定（ultraviolet photometric titration） 利用溶液紫外光吸收的變化觀(guān)察終點(diǎn)的一種光度滴定。例如，被測物是無(wú)色的，伴隨滴定的進(jìn)行，其紫外光吸收在改變。 1.4.3濁度滴定（turbidimetric titration ） 又稱(chēng)比濁滴定法。利用沉淀的生成或消失，溶液濁度發(fā)生變化進(jìn)行的滴定。用通常的光度滴定裝置可進(jìn)行滴定，由于沉淀粒子吸收光、沉淀的反應滴定。 1.4.4可見(jiàn)光光譜滴定技術(shù) 新一代可見(jiàn)光光譜滴定法技術(shù)（Visible Spectral Titration Technology, VSTT）是在可見(jiàn)光-分光光度法的基礎上發(fā)展的。它是測量反應液體的多個(gè)設定波長(cháng)的光譜透射比τ(λ)，計算出光譜滴定曲線(xiàn)。在曲線(xiàn)上的凸變峰對應的體積值均為顏色突變點(diǎn)。該顏色突變點(diǎn)視為物質(zhì)結構改變點(diǎn)，對應的加入試劑體積數為滴定終點(diǎn)的體積數。 該方法的基礎是色測量的分光式測量方法，所以，從原理上它就具有高準確度、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。而采用現代數據處理技術(shù)剔除高速測量產(chǎn)生的噪音干擾，分離出的信號計入相關(guān)變量因子的算法，使滴定曲線(xiàn)的凸變峰型號非常明顯清晰。具有準確、可靠、明顯、自動(dòng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)與光分析方法相似，不能分析混濁、固體和半固體、終點(diǎn)無(wú)色變的化學(xué)反應溶液及其過(guò)程，而且計算方法復雜、數據量龐大，嚴重依賴(lài)于數據處理系統，這個(gè)缺點(diǎn)僅相對于其他方法相比，對于現代計算技術(shù)的發(fā)展根本不是問(wèn)題。 光譜滴定方法是2015年搭建成原理驗證機、2018年提出光譜滴定的概念。依據該方法原理研發(fā)的設備和方法應用業(yè)內尚未普及，出版的文獻著(zhù)作僅有《化學(xué)光譜滴定技術(shù)》（王飛，著(zhù)）。依據其原理和應用，光譜滴定方法可以替代感官顏色滴定法、可見(jiàn)光光-電積分法、單波長(cháng)可見(jiàn)光分光光度法，與電位滴定方法、溫度滴定方法一起成為滴定分析領(lǐng)域的3種儀器分析方法，相互補充。 2、電化學(xué)分析法 電化學(xué)分析法（electrochemical analysis）是以,測量原電池的電動(dòng)勢為基礎，根據電動(dòng)勢與溶液中某種離子的活度(或濃度)之間的定量關(guān)系(Nernst 方程式)來(lái)測定待測物質(zhì)活度或濃度的一種電化學(xué)分析法。是滴定領(lǐng)域中出現最早、應用最廣的儀器測量技術(shù)。它是以待測試液作為化學(xué)電池的電解質(zhì)溶液，比較其中一只電極電位隨試液中待測離子的活度或濃度的變化而變化,與另外另一支是在一定溫度下電極電位基本穩定不變之間的電動(dòng)勢來(lái)確定待測物質(zhì)的念量。   1893 年德國學(xué)者 Rorbert Behrend 首次使用在滴定實(shí)驗中應用電位分析方法做為判定終點(diǎn)方法。20 世紀中期自動(dòng)電位滴定法在化學(xué)分析中開(kāi)始流行，萬(wàn)通公司于 1949 年推出第一臺用于酸度滴定的自動(dòng)電位滴定儀 Titriskop。1957 年首創(chuàng )第一支活塞滴定管取代玻璃滴定管，1961 年誕生能夠自動(dòng)記錄滴定曲線(xiàn)的自動(dòng)電位滴定儀 Potentiograph。1971 年出現聯(lián)用計算機的高性能電位滴定裝置，1978 年，微處理技術(shù)與動(dòng)態(tài)滴定技術(shù)結合，縮短分析時(shí)間的同時(shí)增強滴定精度。 本世紀自動(dòng)電位滴定儀的生產(chǎn)商較為著(zhù)名的還有美國布魯克海文公司、瑞士梅特勒-托利公司、英國馬爾文公司、上海儀電科學(xué)儀器、上海雷磁科技公司、江蘇新高科等。電位滴定法能有效減少人眼判斷產(chǎn)生的主觀(guān)誤差，不需樣品指示劑，無(wú)關(guān)溶液顏色和混濁度。是當前世界上最常用的自動(dòng)化滴定方法。但其缺點(diǎn)在于電極使用不便、無(wú)法高溫測定和滴定終點(diǎn)與顏色標準不一致。同時(shí)無(wú)法測定無(wú)離子參與、低濃度溶液、滴定產(chǎn)物穩定性小的單組分、滴定產(chǎn)物穩定性接近的多組分溶液濃度，嚴重影響的其使用范圍。 電分析法包括： 電解法（electrolytic analysis method）： 電重量法（electtogravimetry）： 庫倫法法(coulometric) 庫侖滴定分析法(coulometric tiyration)：測定電解過(guò)程中所消耗的電量，按法拉第定律求出待測物質(zhì)含量的分析方法稱(chēng)作庫侖分析法。庫侖分析法還可分為控制電位庫侖分析法和恒電流庫侖滴定法。 電導法(conductometry) ： 電導分析法(conductometric analysis) ： 電導滴定法（conductometric titration）： 電位法(potentiometry) ： 直接電位法(dirext potentiometry)：通過(guò)測量電池電動(dòng)勢來(lái)確定指示電極的電位，然后根據Nernst方程由所測得的電極電位值計算出被測物質(zhì)的含量。 電位滴定法(potentiometric titration)：在滴定過(guò)程中通過(guò)測量電位變化以確定滴定終點(diǎn)的方法。和直接電位法相比，電位滴定法不需要準確的測量電極電位值，因此，溫度、液體接界電位的影響并不重要，其準確度優(yōu)于直接電位法。與感官顏色滴定法相比，對于待測溶液有顏色或渾濁時(shí)，終點(diǎn)的指示就比較困難，或者根本找不到合適的指示劑。電位滴定法是靠電極電位的突躍來(lái)指示滴定終點(diǎn)。在滴定到達終點(diǎn)前后，滴液中的待測離子濃度往往連續變化n個(gè)數量級，在等當點(diǎn)附近發(fā)生電位的突躍。被測成分的含量仍然通過(guò)消耗滴定劑的量來(lái)計算。因此測量工作電池電動(dòng)勢的變化，可確定滴定終點(diǎn)。 電位滴定法無(wú)主觀(guān)誤差，是當前世界上最常用的自動(dòng)化滴定方法。缺點(diǎn)在于必須針對不同化學(xué)反應類(lèi)型選用特定電極、電極表面膠體與溶液交換接觸交換電荷的接觸式測量致使對含量低的樣品測定產(chǎn)生較大影響、受溫度影響大且不能高溫測量、信號延遲、滴定終點(diǎn)與顏色滴定終點(diǎn)難以一致。 伏安分析法(voltammetry)：利用電解法過(guò)程中測得的電流-電壓關(guān)系曲線(xiàn)（伏安曲線(xiàn)）進(jìn)行分析的方法稱(chēng)作伏安分析法。 極譜分析法(polarography)：是用滴汞電極的伏安分析法稱(chēng)作極譜分析法。 溶出法（stripping method）： 電流滴定法（amperometric titration）： 3、溫度滴定法 溫度滴定法是非接觸式傳感探測技術(shù)。是一種量熱分析技術(shù)，即用一種反應物滴定另一種反應物，隨著(zhù)加入滴定劑的數量的變化，測量反應體系溫度的變化。滴定一般在盡可能接近絕熱的條件下進(jìn)行，被滴定物可以是液體或懸浮的固體；滴定劑可以是液體或氣體。溫度變化是由滴定劑與被滴定物間的化學(xué)作用或物理作用（例如一種有機分子吸附于固體表面）引起的。 1922年P(guān).迪圖瓦和E.格羅貝特建立熱滴定法，用于容量分析。1924年P(guān).M.迪安和O.O.瓦茨最早使用測溫滴定這一術(shù)語(yǔ)；以后又有人采用熱滴定、焓滴定、測溫焓滴定、量熱滴定和測溫滴定等術(shù)語(yǔ)，至今仍未統一。 70年代以來(lái),由于與滴定量熱計相關(guān)的一些技術(shù)(如恒溫浴、恒速滴定裝置、反應容器、溫度傳感電路以及數據分析手段等)獲得迅速發(fā)展,連續滴定法結果的精度已可與常用溶液量熱計比美，而且能夠滴定少于毫克級的試樣。因此熱滴定不僅可用于分析目的，而且已成為一種精密量熱技術(shù)。滴定量熱法特別適用于下述目的：在有連串反應或并行反應存在的情況下，測定焓變ΔH；用于包含微弱相互作用物種的反應，求吉布斯函數改變ΔG；鑒別絡(luò )合反應中存在的物種等。還用于測定混合熱、物質(zhì)在兩相中的分配系數和吸附容量等，并可用于生物化學(xué)、微生物學(xué)和環(huán)境化學(xué)等方面。 實(shí)驗數據以熱譜圖形式表示，它提供了有關(guān)反應中物質(zhì)的量（滴定終點(diǎn)）和反應物質(zhì)的特性（焓變）的數據。對圖進(jìn)行分析，可以得知反應容器中發(fā)生的反應的類(lèi)型和數目，以及溶液中存在的各物種的濃度等信息。這部分內容稱(chēng)為熱滴定，同時(shí)還可以確定反應的化學(xué)計量關(guān)系，計算反應的熱力學(xué)量,如平衡常數K(ΔG°)、標準狀態(tài)下的焓變ΔH°和熵變ΔS°,這部分內容稱(chēng)為滴定量熱法。 測溫滴定法以熱效應為基礎,與溶液的許多性質(zhì)(如粘度、光學(xué)透明度、介電常數、溶劑強度、以及離子強度等)無(wú)關(guān),因此可以用于氣相、液相、非水溶液、有色溶液、膠體溶液和粘稠漿狀等體系。 溫度滴定法的特殊優(yōu)點(diǎn)是不干擾滴定反應，如離子強度或溶劑等，則在很大程度上與它們無(wú)關(guān)。同時(shí)可以操作有色溶液，膠體溶液或漿液。同電化學(xué)方法中的電極比較，作為測量器件的溫度傳感器是惰性的，并且它不偽示試樣成分參與反應的結果。 但無(wú)法應用于同時(shí)放熱和吸熱復雜化學(xué)反應過(guò)程，應用受限。溫度滴定方法利用滴定反應的熱效應測定滴定度容量，彌補了電位滴定的缺陷。最早的溫度滴定方法應用報道在 1913 年，作者是 Bell 和 Cowell。1969 年，L.S.Bark 等在著(zhù)作中介紹了溫度滴定方法。1973 年E.VanDalen 應用拜耳法進(jìn)行氫氧根和氧化鋁的滴定。自 20 世紀 70年代以來(lái)，自動(dòng)電位滴定方法占據了主導地位，而溫度滴定在工業(yè)過(guò)程和質(zhì)量控制等領(lǐng)域溫度滴定技術(shù)一直未得到充分利用。90 年代，溫度滴定較大的發(fā)展，在工業(yè)過(guò)程和質(zhì)量控制等領(lǐng)域溫度滴定技術(shù)得到充分利用。溫度滴定技術(shù)的優(yōu)勢是非接觸式傳感探測，不接觸被測量液體、不需要更換電極，測量與離子強度或溶劑無(wú)關(guān)，能用于膠體溶液或漿液的濃度滴定。但溫度滴定儀無(wú)法應用于放熱和吸熱兩種復雜反應過(guò)程均存在的化學(xué)反應，大大限制其應用領(lǐng)域。 經(jīng)典顏色滴定、溫度滴定、電位滴定分析技術(shù)，已遠遠不能滿(mǎn)足前沿科學(xué)研究對化學(xué)分析準確度、便捷性和可靠性要求。因此，發(fā)展采用可見(jiàn)光連續光譜測量的技術(shù)技術(shù)手段，彌補已有電位分析、溫度分析的不足，通過(guò)對呈色化學(xué)反應進(jìn)行連續光譜分析，實(shí)現被測定物質(zhì)化學(xué)反應過(guò)程中形態(tài)變化的用光信號進(jìn)行滴定的方法由可能成為化學(xué)研究、各行業(yè)檢驗檢測需求提供解決問(wèn)題的新技術(shù)手段。 二、滴定技術(shù)的發(fā)展 化學(xué)研究者和儀器制造廠(chǎng)商也積極進(jìn)行研究，試圖客觀(guān)的進(jìn)行化學(xué)分析測定。上世紀 30 年代，Muller 等率先在滴定分析中使用光度計設備，最早的實(shí)用化光度滴定設備是瑞士萬(wàn)通公司于 60 年代研制的數字滴定管和數字化滴定儀，70 年代已有將滴定儀和計算機控制相結合的研究出現。隨著(zhù)機械加工和光學(xué)探測器的發(fā)展，光度滴定裝置引入了 LED 光源、光電二極管、光電倍增管、光譜儀等光電探測設備。ManoelJ.A.Lima 等使用自制的 LED 光度計搭建多流分析全自動(dòng)光學(xué)滴定設備，用于測定果汁、醋、葡萄酒酸度。中國儲備糧管理總公司成都糧食儲藏科學(xué)研究所研發(fā)了測定糧食油脂酸價(jià)的儀器。2008 年，姜能座使用便攜式光纖光譜儀用最大吸光度為滴定終點(diǎn)，得到了多個(gè)波長(cháng)的光度滴定，實(shí)現了最大波長(cháng)的尋找，但無(wú)法應對多波長(cháng)變色（出現 2 個(gè)以上的波長(cháng)）。由于采用單波長(cháng)吸收峰分析滴定過(guò)程的技術(shù)缺陷無(wú)法滿(mǎn)足化學(xué)反應的全光譜變化“藍移”和“紅移”需求，極大限制了光度滴定儀器的應用。此外，近年來(lái)，將圖像技術(shù)應用于滴定技術(shù)的研究也進(jìn)行了研究。使用 CCD 或 CMOS 設備獲取溶液的圖像信息，通過(guò)圖像特定區域的彩色信息 RGB 值和滴定劑消耗體積的映射關(guān)系判斷滴定終點(diǎn)。Alexander Y.Nazarenko 使用 USB 攝像頭滴定測量廢水的硬度。王曉麗開(kāi)發(fā)攝像頭滴定儀。朱自蘭基于視覺(jué)特性的圖像處理技術(shù)將24bit 彩色轉換成 8bit 的偽彩色進(jìn)行量化。圖像滴定方法具有工作穩定、實(shí)驗易于跟蹤，但是對混濁溶液的滴定終點(diǎn)判斷較差，無(wú)法數字化溯源、不同圖像處理技術(shù)差異顯著(zhù)，嚴重影響系統一致性和測量精確度要求。滴定技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史見(jiàn)圖2，滴定分析儀器的發(fā)展見(jiàn)圖3。 . 圖2.滴定技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史 圖3.滴定分析儀器的發(fā)展 光譜滴定儀在滴定領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有與溶液接觸的電極而不干擾測定，顏色變化只與被測物結構變化有關(guān)，顏色變化曲線(xiàn)與物質(zhì)結構變化致光譜變化相對應，CIELAB滴定曲線(xiàn)清晰、終點(diǎn)突變顯著(zhù)技術(shù)，路線(xiàn)新穎，測量結果穩定，測量精度高，量值可溯源，沿用顏色突變原理而與傳統方法/標準吻和，可以廣泛應用在化學(xué)分析的諸多領(lǐng)域，將取代手工滴定為自動(dòng)滴定。 在可見(jiàn)光光譜滴定的基礎上，可以開(kāi)發(fā)出紫外光譜滴定技術(shù)、紅外光譜滴定技術(shù)、可見(jiàn)光光譜物質(zhì)形態(tài)結構分析技術(shù)等等。 其缺點(diǎn)是由于目前技術(shù)剛成型，尚缺乏深度的研究，局限于測量可見(jiàn)光譜范圍內有顏色變化的化學(xué)反應。該技術(shù)在以下方面尚待深入研究：廣泛應用的技術(shù)應用、光譜曲線(xiàn)與化學(xué)結構關(guān)系、光譜滴定的國際/國家/行業(yè)/團體/企業(yè)的標準/方法/文獻、新數學(xué)模型、專(zhuān)用儀器開(kāi)發(fā)。 化學(xué)光譜滴定技術(shù)通過(guò)化學(xué)反應形態(tài)光譜分析關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與應用，為研究化學(xué)反應物質(zhì)結構形態(tài)變化、揭示形態(tài)與光譜信號產(chǎn)生的機理提供一種新的可見(jiàn)光全光譜分析技術(shù)。未來(lái)的市場(chǎng)需求量極大，有極大的實(shí)用價(jià)值與新領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)前景。 三、新技術(shù)——光譜滴定技術(shù) 化學(xué)反應光譜滴定檢測技術(shù)（Chemical Reaction Spectrometric Titration Detection Technology,STCRM）是在化學(xué)反應中，基于化學(xué)基團形態(tài)結構的變化對光譜中某波長(cháng)的吸收，引起初始光譜變化，從光譜變化信號的過(guò)程分析滴定過(guò)程和物質(zhì)結構變化。 本文所指的光譜滴定技術(shù)是可見(jiàn)光光譜滴定技術(shù)（Visible Spectral Titration Technology, VSTT），從光譜變化特征推斷化學(xué)反應進(jìn)程。在380 nm～780 nm范圍內，采用CIELAB色空間技術(shù)對光譜變化即時(shí)測量、處理，與化學(xué)反應進(jìn)程同步。這是利用化學(xué)反應過(guò)程發(fā)生的光譜變化表征物質(zhì)結構的一種新技術(shù)。 光譜滴定技術(shù)是2018年中國人在世界上首次公開(kāi)的原創(chuàng )新技術(shù)。光譜滴定技術(shù)是在可見(jiàn)光可見(jiàn)光-分光光度法的基礎上: 1、引入CIALAB彩色均勻空間算法，將溶液的顏色變化采用色空間的色度值進(jìn)行標識； 2、與體積等因子關(guān)聯(lián)，研發(fā)了突變峰曲線(xiàn)算法，使滴定終點(diǎn)清晰明了； 3、特殊的光學(xué)通道，配合混合技術(shù)，將擾流降低的同時(shí)達到反應充分的目的； 光譜滴定技術(shù)在滴定領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有與溶液接觸的電極而不干擾測定，顏色變化只與被測物結構變化有關(guān)，顏色變化曲線(xiàn)與物質(zhì)結構變化致光譜變化相對應，CIELAB滴定曲線(xiàn)清晰、終點(diǎn)突變顯著(zhù)技術(shù)，路線(xiàn)新穎，測量結果穩定，測量精度高，量值可溯源，沿用顏色突變原理而與傳統方法/標準吻和，可以廣泛應用在化學(xué)分析的諸多領(lǐng)域，將取代手工滴定為自動(dòng)滴定。 從歷史的發(fā)展看，光譜滴定技術(shù)可以完全替代感官滴定和光度滴定，從而與電位滴定技術(shù)和溫度滴定技術(shù)共享未來(lái)滴定領(lǐng)域。 從目前的研究進(jìn)展看。目前，光譜滴定分析技術(shù)在世界上處于初始理論、原理機探討研究階段，未查到系統研究化學(xué)光譜檢測技術(shù)的文獻和實(shí)際應用的光譜滴定分析儀器，沒(méi)有從可見(jiàn)光光譜的角度提出新的研發(fā)路線(xiàn)。 2012 年起，中國工程師在這方面率先開(kāi)展了探索研究，以酚酞為指示劑、氫氧化鈉溶液滴定鄰苯二甲酸氫鉀配置氫氧化鈉標準溶液為例，驗證了光譜滴定技術(shù)的可行性。 2015年搭建了原理驗證機，確定了光譜滴定技術(shù)的技術(shù)路線(xiàn)。 2016年申請了《化學(xué)分析用氫氧化鈉標準溶液配制的CIE 1976 L*a*b*色空間法》（201610090734.2）等十余個(gè)相關(guān)專(zhuān)利。 2019年出版了《化學(xué)光譜滴定技術(shù)》（中國標準出版社）著(zhù)作。 3.1 光譜滴定原理 CIELAB（為國際照明委員會(huì )，International Commission on illumination，法語(yǔ)：Commission Internationale de l′Eclairage，簡(jiǎn)稱(chēng)為CIE）在1976年年會(huì )上批準的一個(gè)非照明的彩色均勻空間計算體系L*a*b*彩色均勻空間（其中L*是CIELAB色度值的明度，a*是CIELAB色度值的紅-綠色品指數，b*是CIELAB色度值的黃-藍色品指數）。L*a*b*彩色均勻空間的色度值參數在化學(xué)滴定分析中的映射模型，是CIE非照明標準方法在化學(xué)滴定領(lǐng)域的應用。 3.1.1 可見(jiàn)光 光譜中每一種色光不能再分解出其他色光，稱(chēng)它為單色光。由單色光混合而成的光叫復色光。在光照到物體上時(shí)，一部分光被物體反射，一部分光被物體吸收。透過(guò)的光決定透明物體的顏色，反射的光決定不透明物體的顏色。不同物體，對不同顏色的反射、吸收和透過(guò)的情況不同，因此呈現不同的色彩。比如一個(gè)紅色的光照在一個(gè)綠色的物體上，那個(gè)物體顯示的是黑色。因為綠色的物體只能反射綠色的光，而不能反射紅色的光，所以把紅色光吸收了，就只能看到黑色了。 2）光的吸收定律的適用范圍 布給-朗伯定律廣泛成立，而朗伯-比爾定律則在許多情形下不成立。 朗伯比爾定律必須滿(mǎn)足下列全部條件：入射光為平行單色光且垂直照射、吸光物質(zhì)為均勻非散射體系、吸光質(zhì)點(diǎn)之間無(wú)相互作用、輻射與物質(zhì)之間的作用僅限于光吸收（無(wú)熒光和光化學(xué)現象發(fā)生）、吸光度在0.2～0.8之間、適用于濃度小于0.01 mol/L的稀溶液。實(shí)際上的化學(xué)反應條件，不可能全部滿(mǎn)足以上條件，這種情況叫偏離光吸收定律。偏離光吸收定律是指吸光度對溶液濃度作圖所得的直線(xiàn)的截距不為零或吸光度與濃度關(guān)系是非線(xiàn)性的現象 造成偏離光吸收定律的原因有：1、單色光不單純：入射光為一很窄波段的譜帶，其光譜帶寬度大于吸收光譜帶時(shí)，則投射在試樣上的光就有非吸收影響；2、溶液性質(zhì)引起的偏離：濃度高時(shí)，吸光粒子間的平均距離減小，受粒子間電荷分布相互作用的影響，他們的摩爾吸收系數發(fā)生改變；3、溶質(zhì)和溶劑的性質(zhì)：由于溶質(zhì)和溶劑的作用，生色團和助色團也發(fā)生相應的變化，使吸收光譜的波長(cháng)向長(cháng)波長(cháng)方向移動(dòng)或向短波長(cháng)方向移動(dòng)，即所謂的紅移和藍移；4、介質(zhì)不均勻性：被測試液不均勻，是膠體溶液、乳濁液或懸浮液，則入射光通過(guò)溶液后，除了一部分被試液吸收，還會(huì )有反射、散射使光損失，導致透光率減小，使透射比減小，使實(shí)際測量吸光度增大，使標準曲線(xiàn)偏離直線(xiàn)向吸光度軸彎曲；5、溶質(zhì)的變化：化學(xué)反應的解離、締合、生成絡(luò )合物或溶劑化等，致使吸光度與濃度的比例關(guān)系便發(fā)生變化；6、化學(xué)反應的呈色影響：溶液中有色質(zhì)基團的聚合與締合，形成新的化合物或互變異構等化學(xué)變化以及某些有色物質(zhì)在光照下的化學(xué)分解、自自身的氧化還原、干擾離子和顯色劑的作用等。 所以，單波長(cháng)的光度滴定方法使用范圍是十分有限的。 3）光譜滴定原理 在化學(xué)光譜滴定中，溶液中試劑因子的變化引起被測物結構的改變，這種改變伴隨著(zhù)其吸收光譜某些波長(cháng)的變化（顏色變化），該變化點(diǎn)為滴定終點(diǎn)。測量吸收光譜的改變，可以推算其結構的變化條件。具體技術(shù)路線(xiàn)是：用突變峰同步對應的體積量為反應物質(zhì)加入量，采用連續同步測量技術(shù)，測量可見(jiàn)光光譜的吸光度、試劑加入體積、CIE 1976(L*a*b*)均勻彩色空間的參數值。 該技術(shù)用于分析物質(zhì)結構，用于滴定領(lǐng)域的光譜滴定技術(shù)，為化學(xué)分析引入了新的測量分析技術(shù)。研究者提出了以下6個(gè)光譜滴定的定理： ⒈ 光譜-結構變化定理：化學(xué)反應中可見(jiàn)吸收光譜的改變，一定是參與反應中呈色物質(zhì)中的至少一種物質(zhì)結構或者濃度發(fā)生了變化。 ⒉ 光譜-結構不變化定理：化學(xué)反應中，物質(zhì)的結構和濃度的變化不一定引起可見(jiàn)吸收光譜的改變。 ⒊ 突變峰-結構定理：化學(xué)光譜滴定的坐標曲線(xiàn)參數的突變峰只與結構有關(guān)，與呈色物質(zhì)的濃度無(wú)關(guān)。 ⒋ 色空間曲線(xiàn)-結構定理：呈色物質(zhì)結構或濃度的改變與CIELAB彩色均勻空間直角坐標系的參數曲線(xiàn)變化對應。 ⒌ 曲率測定定理：CIELAB彩色均勻空間直角坐標系的參數曲線(xiàn)的曲率發(fā)生變化，一定對應著(zhù)被測量溶液中的2種以上物質(zhì)發(fā)生了濃度或者結構上的變化。 ⒍ 光譜-化學(xué)光譜分析的顏色定理：CIELAB彩色均勻空間測量的參數是溶液中全部呈色物質(zhì)混合的可見(jiàn)吸收光譜呈現的顏色參數。 3.2 光譜滴定計算依據與公式 3.2.1 CIE 1976(L*a*b*)均勻彩色空間的參數值計算 CIE 1976（L*a*b*）色度值，由光譜滴定儀的數據處理軟件讀取的吸光度值后，按公式計算出樣品在CIE 1964標準色度系統的三刺激值X、Y、Z，再按照公式計算CIE 1976（L*a*b*）色空間的心理明度L*、心理彩度坐標a*和心理彩度坐標b*。 3.2.2 光譜滴定參數計算程序 化學(xué)反應光譜CIELAB色空間的參數值與物質(zhì)量關(guān)系計算方法，吸光度與CIELAB彩色空間參數值算法示意圖見(jiàn)圖4。計算步驟包括：對化學(xué)反應溶液在可見(jiàn)光波長(cháng)范圍內測量加入的不同反應物體積V值對應的一組波長(cháng)的吸光度值，計算出CIELAB色空間的參數值，建立平面直角坐標系，該平面直角坐標系中的曲線(xiàn)即為化學(xué)反應參數與反應物體積V代表的物質(zhì)特征量的坐標曲線(xiàn)； 3.3光譜滴定儀的基本結構 3.3.1 基本結構圖    光譜滴定儀的光路結構示意圖見(jiàn)圖5、光譜滴定儀系統工作原理見(jiàn)圖6、光譜滴定儀結構示意圖見(jiàn)圖7、光譜滴定儀設計示意圖見(jiàn)圖8、光譜采集中的背景噪聲去除路線(xiàn)圖見(jiàn)圖9。 圖5.化學(xué)光譜滴定儀光路結構示意圖 圖6.光譜滴定儀系統工作原理 光譜滴定儀(可見(jiàn)光光譜化學(xué)滴定分析儀，Visible Spectrochemical Titration Analytical Instrument，簡(jiǎn)稱(chēng)VSTAI)由以下系統/裝置組成：光路系統、試劑流量控制裝置、攪拌裝置、反應容器、控制系統。 光譜儀性參數見(jiàn)表1。 表1.光譜滴定儀性能參數表 3.3.2 獨有技術(shù)與所有權 光譜滴定技術(shù)部分知識產(chǎn)權見(jiàn)表2。 表2.專(zhuān)利申請與PCT統計表（部分） 技術(shù)與儀器主要創(chuàng )新點(diǎn) 1、首次研發(fā)化學(xué)光譜滴定技術(shù)，并將其首次應用于呈色化學(xué)滴定過(guò)程，實(shí)現了被測定物質(zhì)量的光譜滴定自動(dòng)化測定。 2、首次研制光譜滴定儀，為精確化學(xué)反應溶液中分子、離子、官能團的反應過(guò)程提供了儀器測量基礎。 3、首次應用光譜滴定儀結合色空間光譜同步測量技術(shù)，發(fā)明了化學(xué)滴定終點(diǎn)的色空間光譜突變曲線(xiàn)計算方法，實(shí)現了可見(jiàn)光光譜滴定技術(shù)的自動(dòng)化。 實(shí)現了多參數精確測量化學(xué)反應過(guò)程中物質(zhì)變化的過(guò)程，為化學(xué)分析的精確研究提供了一種新儀器、新技術(shù)、新方法。 圖10.光譜滴定儀（原理驗證機Ⅱ型） 3.4 不同滴定方法的優(yōu)缺點(diǎn) 圖11.光譜滴定方法與其它方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較 3.5 光譜滴定應用案例 3.5.1理論、技術(shù)及預實(shí)驗對研究方案的可行性保障 光譜滴定分析儀的研制分為四個(gè)部分：一是溫控防擾動(dòng)攪拌測量分離式靴型反應器的設計加工。該反應器的合理設計是確保待測溶液光譜信號的穩定獲取以及光程值高精度測量的關(guān)鍵保障，其加工、裝校和缺陷影響的補償，是儀器研發(fā)的技術(shù)核心，重中之重；第二是儀器光學(xué)元件和機械件的集成；第三是利用多維光譜彩色空間映射模型漸進(jìn)式滴定終點(diǎn)可控方法，構建化學(xué)反應滴定模型；第四是將研制的光機電模塊化組件配合化學(xué)滴定，要求協(xié)同高效工作。 第一、二部分的工作涉及硬件較多，關(guān)系到是否能研制出達到設計要求的測量裝置；第三部分是算法模型，決定擬研制的儀器能否真正實(shí)現反饋式自動(dòng)滴定，達到準確實(shí)時(shí)的測量要求；第四部分涉及擬研制的儀器能否真正用于化學(xué)分析的高精度光譜滴定，具有實(shí)際應用及推廣價(jià)值。只有將以上問(wèn)題全部解決，才能研制出參數符合要求且具有廣闊實(shí)際應用前景的儀器。 1)、分離式反應器關(guān)鍵元器件加工及缺陷補償的可行性。 在前期研究中，設計加工了反應器樣品模型，用獨特的粘合方法將平行光學(xué)透鏡粘合固定，制作了光程10 mm的反應器樣品。將其應用于實(shí)際的化學(xué)反應《SN/T 4675.25-2016 出口葡萄酒顏色的測定  CIE 1976（L*a*b*）色空間法》測試中，結果表明其加工誤差造成的測量值誤差L*值＜0.1、a*值＜0.01和b*值＜0.01，符合標準要求。在后繼儀器研制中，有信心沿用已有的質(zhì)量控制體系，對分離式靴型反應器的加工方式采用工業(yè)標準化的澆筑模具成型和激光焊接/化學(xué)粘結，成品會(huì )優(yōu)于標準化要求。同時(shí)，將研發(fā)光程測量?jì)x器及相關(guān)操作程序，可以更好的完成靴型反應器的質(zhì)量控制。 2)、光譜滴定分析儀光機電模塊集成的可行性。 前期的實(shí)驗研究中已嘗試將試劑控制裝置、分離式反應器、光路與光源及測量元件、主控電路板及攪拌控制裝置固定在儀器底座上，方法驗證采用氫氧化鈉滴定鄰苯二甲酸氫鉀、酚酞為指示劑測量氫氧化鈉溶液的濃度（《GB/T 601-2016  化學(xué)試劑標準滴定溶液的制備》中“4.1 氫氧化鈉標準滴定溶液”），四平行標定結果相對極差不大于相對重復性臨界極差[CR0.95(4)r=0.15%]，兩人共八平行標定結果相對極差不大于相對重復性臨界極差[CR0.95(8)r=0.18%]，與標準方法進(jìn)行比對（t檢驗）符合性。 案例1：待標定的氫氧化鈉溶液的滴定 表3. 光譜滴定法滴定氫氧化鈉標準滴定溶液的體積數 序號 滴定時(shí)消耗的體積數ml 20℃標準溫度消耗的體積數ml 空白 0.0432 0.04324 1 ———— ———— 2 35.6014 35.6334 3 36.4173 36.4105 4 35.3272 35.3590 5 35.8673 35.8896 6 36.2677 36.3003 7 35.9902 36.0226 8 35.7925 35.8247 9 35.8407 35.8730 10 36.0983 36.1308 11 35.9986 36.0310 12 36.4173 36.4105 人工標定0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液時(shí)的溫度為23℃，換算為20℃標準溫度系數為-0.6 L。標定數據見(jiàn)表1。 表1.    0.1 mol/L的標定數據 序號 滴定時(shí)消耗的體積數ml 20℃標準溫度消耗的體積數ml 鄰苯二甲酸氫鉀的摩爾質(zhì)量 氫氧化鈉溶液濃度mol/L 0 0.05 0.05003 ———— ———— 1 35.40 35.42124 0.7502 0.10386 2 35.90 35.92154 0.7581 0.10349 3 35.80 35.82148 0.7567 0.10358 4 35.80 35.82148 0.7564 0.10354 5 35.40 35.42124 0.7502 0.10386 6 35.80 35.82148 0.7544 0.10327 7 35.50 35.52130 0.7503 0.10358 8 35.90 35.92154 0.7575 0.10340 平均值 0.1036 單人四平行標定結果：相對重復性臨界極差[CR0.95(4)r 0.14 0.20 1、光譜滴定方法與標準物質(zhì)、人工滴定結果分析 實(shí)際測量數據與結果見(jiàn)表3-1、濃度差值見(jiàn)圖1。 表3-1.理論計算與光譜滴定方法標定0.1 mol/L氫氧化鈉溶液 序號 鄰苯二甲酸氫鉀（g） 理論 光譜滴定 理論與光譜滴定測定值的濃度差值（mol/L） 消耗的體積（mL） 濃度（mol/L） 消耗的體積（mL） 濃度（mol/L） 1 0.7527 ———— 0.1036 ———— ———— ———— 2 0.7522 35.6571 35.6334 0.10349 -0.00008 3 0.7550 36.2756 36.4105 0.10166 -0.00191 4 0.7419 35.9826 35.3590 0.10287 -0.00070 5 0.7554 35.2490 35.8896 0.10319 -0.00038 6 0.7495 36.5857 36.3003 0.10122 -0.00235 7 0.7516 35.9221 36.0226 0.10229 -0.00128 8 0.7487 35.9633 35.8247 0.10246 -0.00111 9 0.7558 35.5364 35.8730 0.10329 -0.00028 10 0.7567 36.0879 36.1308 0.10268 -0.00089 11 0.7535 36.1838 36.0310 0.10253 -0.00104 12 0.7540 36.3864 36.4105 0.10152 -0.00205 平均值 0.1025 0.0011 標準偏差（S） 0.000748 相對標準偏差（RSD%） 0.7298 圖1.光譜滴定法標定氫氧化鈉標準溶液（0.1 mol/L） 在不同的技術(shù)驗證過(guò)程中，有符合性很好的案例，也有偏離的案例。分析其原因，自主搭建的原理驗證機的穩定性不是很好應該是主要原因，如果該用一致性好、穩定性?xún)?yōu)于手工搭建的的商品化機型，可以解決該問(wèn)題。 后續的研究工作中將繼續沿用此集成方案，但由于標準化機型要求的引入，滴定精度增大，制造的技術(shù)難度將會(huì )相應提高。 2、光譜映射模型結合滴定終點(diǎn)可控方法構建化學(xué)反應滴定模型的可行性。 化學(xué)反應速度快、結構變化復雜，需要處理的數據量大、邏輯關(guān)系復雜，而儀器本身光電結構件多且運動(dòng)軌跡復雜。因此系統控制軟件需要實(shí)現毫秒測量周期。項目組前期開(kāi)展的工作采用C++語(yǔ)言，將光譜彩色空間映射模型結合快速漸進(jìn)式精細化滴定終點(diǎn)可控方法和運動(dòng)功能部件建立了耦合模型，實(shí)現了即時(shí)、高速、高精度的亞秒級初步測量。后期的工作要求同步顯示降噪后數據圖譜，擬增加多個(gè)設定周期內降噪、計算、滴定結束的降噪和計算，可達到同步要求。 3、將研制的光機電模塊化組件配合化學(xué)滴定要求協(xié)同高效工作的可行性。 不同溶液化學(xué)反應光譜彩色空間映射模型的軌跡不盡相同。前期已完成的初步映射模型通過(guò)實(shí)驗數據驗證了其對簡(jiǎn)單顏色變化的適應性。通過(guò)分析化學(xué)反應顏色變化類(lèi)型，發(fā)現一些反應其顏色峰值變化7次以上才能達到滴定終點(diǎn)。從測量原理上分析,非滴定終點(diǎn)的峰值控制可通過(guò)調節光機電模塊化組件參數實(shí)現，需要在不同化學(xué)反應測試中尋找變化參數，有了前期工作基礎，儀器協(xié)同工作最優(yōu)參數的確定在技術(shù)上可以實(shí)現。 3.5.2科研能力對研究方案的技術(shù)保障 1）CIE LAB彩色均勻空間技術(shù)研究 2012年起，項目團隊在化學(xué)反應中顏色變化與滴定終點(diǎn)的研究中嘗試引入了CIE LAB彩色均勻空間技術(shù)研究。 a. 初步完成了光譜滴定方法的原理測試。包括光信號發(fā)生及傳輸裝置、信號轉換處理裝置、反應池，以及初步探索的CIELAB彩色均勻空間的色度值測量數據算法、測量數據人工智能識別算法、試劑加入量與關(guān)聯(lián)衍生參數的色度滴定曲線(xiàn)算法、光譜突變峰辨識技術(shù)的滴定終點(diǎn)反饋控制技術(shù)等新的嘗試。 b. 進(jìn)行了原理驗證測量分析探索。在數據原位讀取、足夠短的測量間隔、可見(jiàn)光譜多波長(cháng)同步測量、對被測量體系不產(chǎn)生影響、測量結果與反應條件可以關(guān)聯(lián)、測量結果數字化、量值可溯源等諸多優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步研究發(fā)現，測量數據可以精確的標識物質(zhì)結構變化過(guò)程，糾正傳統測量分析數據。 用光譜滴定技術(shù)建立了酚酞在不同pH環(huán)境下的CIELAB色空間曲線(xiàn)。 4 預期成果 4.1 化學(xué)反應的顏色變化作為化學(xué)反應進(jìn)程的標識。 4.2 化學(xué)反應臨界點(diǎn) 4.3 新技術(shù)。在滴定領(lǐng)域替代顏色反應監測和光度反應，與電位、溫度互為補充，成為先點(diǎn)儀器分析的。。。 5應用領(lǐng)域 5.1 在食品中的應用 5.2 在農產(chǎn)品的應用 5.3在石油化工的應用 5.4 在醫藥的應用 5.5 在礦產(chǎn)冶煉的應用 5.6 在應用領(lǐng)域的應用 6、生產(chǎn)與市場(chǎng) 該技術(shù)尚未投入市場(chǎng)。產(chǎn)品定位為國內外的糧食、油脂、化工、醫藥、冶金、顏料、石化、食品等行業(yè)，潛在用戶(hù)僅CNAS（中國合格評定國家認可委員會(huì )）注冊實(shí)驗室就有幾萬(wàn)家,國外也有相同需求。由于此技術(shù)屬于化學(xué)濕法分析領(lǐng)域的新技術(shù)領(lǐng)域，目前沒(méi)有競爭對手。 目前，光譜滴定技術(shù)的應用儀器是檢測領(lǐng)域的空白，基于光譜滴定的理論、參數計算方法、應用方法、原理驗證和商品化儀器均是我們率先開(kāi)發(fā)填補空白的。 根據“中國知網(wǎng)”的文獻檢索，目前僅有零散的光度技術(shù)研發(fā)，尚未發(fā)現光度系列研究成果和產(chǎn)品。我們開(kāi)發(fā)的光譜自動(dòng)滴定產(chǎn)品克服了感官滴定、電位滴定、光度滴定的缺點(diǎn)，每一步試劑的加入和引起的顏色變化都可以在顯示屏上的坐標上精確的表示并畫(huà)出顏色變化軌跡，顏色數字化標識，滴定精度提高至少10倍，擺脫了人眼作為傳感器的弊端，環(huán)境光對測定光程無(wú)干擾，被測物含量自動(dòng)計算。整個(gè)過(guò)程可追溯與復現，是一項顏色分析領(lǐng)域的更新?lián)Q代技術(shù)，也是首次將顏色反應進(jìn)行量值表示和數字化溯源的產(chǎn)品。由于該技術(shù)是我公司首創(chuàng )，是替代感官顏色滴定分析的唯一，目前還沒(méi)有直接或潛在的競爭對手。但在應用市場(chǎng)上，與電位滴定技術(shù)及其產(chǎn)品在滴定分析應用領(lǐng)域有交叉。 經(jīng)過(guò)技術(shù)和產(chǎn)品的深入研發(fā)和應用推廣，預計在5年左右，將與電位分析技術(shù)有激烈的沖突，重新劃分滴定領(lǐng)域技術(shù)的占有率。 根據標準應用范圍，感官滴定標準占分析方法的約50%～60%，電位滴定方法占20%左右，是電位滴定方法的2倍～3倍。根據電位滴定的市場(chǎng)調研（2015），中國市場(chǎng)容量在10億、世界在70億。估算光譜滴定技術(shù)的市場(chǎng)容量，中國市場(chǎng)容量不低于20億（估算電位滴定儀的市場(chǎng)容量在3000臺/年～5000臺/年）、世界140億左右。 瑞士萬(wàn)通、梅特勒等電位滴定儀的價(jià)格在25萬(wàn)/臺～70萬(wàn)/臺不等，光譜滴定儀的功能遠超電位滴定儀、市場(chǎng)定價(jià)與此相當，估算光譜滴定儀的市場(chǎng)容量在6000臺/年～10000臺/年。 2018年提出了“光譜滴定”概念并確定了概念的內涵，搭建了原理驗證儀器，研究了光譜滴定的理論依據，撰寫(xiě)了化學(xué)史上第一部《化學(xué)光譜滴定技術(shù)》著(zhù)作，對光譜滴定原理、微量試劑控制、反應容器結構、CIELAB彩色均勻空間的色度值映射算法光譜突變峰辨識技術(shù)的滴定終點(diǎn)反饋控制技術(shù)等方面開(kāi)展了理論研究和初步試驗驗證。首次獲得了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)光譜與試劑量、全譜吸光度、顏色變化之間的耦合關(guān)系，突破了化學(xué)反應光譜測量技術(shù)瓶頸，達到了預期效果，已初步具備將化學(xué)光譜滴定技術(shù)儀器化的條件。 結束語(yǔ) 面對化學(xué)分析滴定領(lǐng)域每年上幾十億的需求，1893年電位滴定技術(shù)解決了電位變化測定，1913年溫度滴定技術(shù)解決了能量轉換量化，1960年的光度滴定可以看成是光譜滴定技術(shù)的簡(jiǎn)化應用，2018年誕生的光譜滴定技術(shù)作為新技術(shù)的典型，將是下一個(gè)滴定技術(shù)的研究發(fā)展熱點(diǎn)。 任何一項新技術(shù)的發(fā)展，都經(jīng)歷過(guò)雛形——初始——發(fā)展——加速——普及這幾個(gè)階段，這個(gè)階段有的技術(shù)需要上百年的時(shí)間。光譜滴定技術(shù)，打破了滴定領(lǐng)域歷經(jīng)30年～40年沒(méi)有原創(chuàng )革新性技術(shù)出現的沉默階段，用光物理量去分析物質(zhì)結構變化過(guò)程、完成檢測領(lǐng)域的滴定應用，將會(huì )出現： 新的理論：光譜—化學(xué)形態(tài)理論 新的應用技術(shù)：食品、化工、環(huán)境、醫藥、地質(zhì)、糧食、農產(chǎn)品等分析方法 新的檢測分析儀器：光譜滴定分析儀、物質(zhì)形態(tài)在線(xiàn)分析儀器 新的標準方法：新國標、新行標、新團體標準、新國際標準 新的專(zhuān)利與專(zhuān)有技術(shù)：國內專(zhuān)利、PCT、巴黎協(xié)議、國外專(zhuān)利 新的產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)：光譜滴定技術(shù)儀器生產(chǎn)、元器件研發(fā)、整機與專(zhuān)有商業(yè)技術(shù) 光譜滴定技術(shù)的出現，國內外同行相互積極支持配合，研制在化學(xué)滴定分析中將光譜信號測量方法用于化學(xué)反應中物質(zhì)含量、形態(tài)環(huán)境關(guān)聯(lián)變量的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測定儀器，即“光譜滴定儀”和相應的應用技術(shù)。將光譜時(shí)變信號與滴定過(guò)程中試劑注入量精準對應，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)記錄呈色物質(zhì)結構在不同環(huán)境變量中由量變到質(zhì)變的進(jìn)程。研究成果將為化學(xué)分析技術(shù)提供新的光譜分析測量手段，填補國內外滴定領(lǐng)域中光譜滴定分析的理論和儀器裝置的空白。發(fā)揮各自的優(yōu)勢，盡快將該項技術(shù)應用到具體應用中去。 作者： 秦皇島海關(guān)技術(shù)中心 王飛< br />< br />