人工智能全自动测定水中高锰酸盐指数的方法研究-顺昕

人工智能全自动测定水中高锰酸盐指数的方法研究人工智能全自动测定水中高锰酸盐指数的方法研究

凌永平1，龚晋1，冯飞燕1，黄静美1，陈冬贤1，孙东卫1，刘春静2，陈旺2（1.中山公用水务有限公司，广东中山528403;2.青岛顺昕电子科技有限公司，山东青岛266100）摘要：本文采用智能分析系统全自动测试水中的高锰酸盐指数，该方法完全依据GB/T5750.7-2006，通过水浴加热、恒温滴定、颜色判断，最终测得水中高锰酸盐指数含量。人工智能分析测试的检出限为0.22mg/L，精密度在1.71%到4.82%之间，准确度1.43%和0.34%，样品检测仅需6min，提高了实验室测试效率，可满足大批量测试要求。关键词：水浴加热；高锰酸盐指数；智能机器人分析系统。

1引言随着科技的进步和经济的发展，人们的环保意识逐渐增强，水作为日常生产生活的必需品，越来越受到各界的广泛关注。水质高锰酸盐指数反映了水体中有机及无机可氧化物质的污染情况，对于判断水质受污染情况起着重要作用，该方法主要应用于饮用水和地表水的监测[1-2]。但是，传统的手工检测方法存在耗时、繁琐、劳动强度大等缺点，无论在速度、准确性和精密性等方面都难以满足当今日益繁重的监测任务[3]，因此，积极探索高效、自动化的新方法具有重要的现实意义。高锰酸盐指数作为一个相对的条件性实验，实验过程中加热时间[4]、水浴温度、滴定温度、滴定终点颜色判断[5-7]等条件容易受到人为因素的干扰，从而影响实验结果的准确性。本文通过采用自动化程度高的智能机器人分析系统（高锰酸盐指数），严格控制实验流程各个环节，保证实验的一致性。通过对比分析质控样品、实际水样，来提高CODMn的检测质量。

2实验部分2.1原理2.1.1实验原理样品中加入已知量的高锰酸钾和硫酸（氢氧化钠），在沸水浴中加热30min，高锰酸钾将样品中的某些有机物和无机还原性物质部分氧化，然后加入定量的草酸钠还原剩余的高锰酸钾，再用高锰酸钾回滴过量的草酸钠。通过计算得出样品中高锰酸盐指数。

2.1.2智能分析系统工作原理顺昕1600型智能机器人分析系统（高锰酸盐指数）以GB/T5750.4-2006国标法原理为基础，系统自动进行加酸、加热和滴定处理，并以颜色传感器进行终点识别判定（传感器无需与滴定液接触，通过感应样品颜色值变化进而确定滴定终点），再辅以磁力搅拌装置保证样品的均匀性，可以同时实现50个样品的检测，无需人员值守。

2.2仪器与试剂（1）顺昕1600型智能机器人分析系统（高锰酸盐指数），反应杯（2）硫酸溶液（1+3）；草酸钠标准溶液（0.01mol/L）；高锰酸钾标准溶液（0.01mol/L）；氢氧化钠溶液（5%）

2.3实验方法2.3.1酸性法：取100ml均匀样品，置于样品杯中，加入一个磁力搅拌子，放入样品盘中，仪器自动加入5ml硫酸溶液（1+3）和10ml高锰酸钾溶液，然后将样品杯放入沸水浴加热30min，加热完成后自动将样品杯放入滴定位，加入10ml草酸钠至溶液变为无色，在60-80℃保温条件下用高锰酸钾溶液滴定至粉红色，滴定结束后将样品杯自动放回原位。

2.3.2碱性法：取100ml均匀样品，置于样品杯中，加入一个磁力搅拌子，放入样品盘中，仪器自动加入5ml氢氧化钠溶液（5%）和10ml高锰酸钾溶液，然后将样品杯放入沸水浴加热30min，加热完成后自动将样品杯放入滴定位，加入10ml草酸钠和10ml硫酸至溶液变为无色，其余步骤同上1.3.1。

2.3.3标定高锰酸钾浓度：向滴定至终点的水样中，再加入10ml草酸钠溶液，立即用高锰酸钾滴定至微红色，记录用量v。根据高锰酸钾的滴定量，可求一校正系数K，。

3结果与讨论3.1检出限验证结果如下

表1检测下限试验结果序号测试结果（mg/L）序号测试结果（mg/L）序号测试结果（mg/L）序号测试结果（mg/L）10.16100.18190.14280.1820.14110.18200.14290.1630.14120.16210.14300.1840.13130.13220.16310.1450.18140.18230.14320.1860.14150.18240.18330.1870.11160.13250.14340.1680.13170.16260.13350.1690.16180.16270.14360.16

根据《HJ168-2010环境监测分析方法标准制修订技术导则》[8]，按照样品分析的全部步骤，重复n(≥7)次空白试验，将各测定结果换算为样品中的浓度或含量，计算n次平行测定的标准偏差，按公式计算仪器的方法检出限：MDL=t(n-1,0.99)×S(1)式中：MDL为方法检出限；n为样品的平行测定次数；t表示自由度为n-1，置信度为99％时的t分布；S表示n次平行测定的标准偏差。根据表1试验数据，通过公式(1)计算可知仪器法的MDL为0.054mg/L，其测定下限要求为４倍检出限，约为0.22mg/L，而手工法的检出限通常为0.50mg/L。

4结论4.1高锰酸盐指数是一个相对的条件性指标，在手工测定过程中受温度、反应时间、滴定速度等诸多因素的影响，因而结果准确度和平行性较差。本文采用全自动分析方法测试高锰酸盐指数，实验结果显示，方法检出限为0.22mg/L，精密度1.71%~4.82%，准确度1.43%和0.34%。4.2高锰酸盐指数碱性法实验中，顺昕1600型智能机器人分析系统（高锰酸盐指数）采用5mL5%浓度的氢氧化钠代替国标要求的0.5mL50%的氢氧化钠，从实际测试实验中可知，该种方案对实验结果没有影响，且防止堵塞管路，增加了仪器使用寿命，方案可行。4.3采用智能机器人分析系统（高锰酸盐指数）测试自动化程度高，节约人力物力，在样品前处