一种QPQ工序基盐氰酸根含量测定装置及方法

技术领域

本发明属于金属表面改性处理技术领域，涉及基盐氰酸根含量，具体涉及一种QPQ工序基盐氰酸根含量测定装置及方法。

背景技术

金属表面改性(Quench-Polish-Quench，QPQ)是一种盐浴复合工件表面处理技术，在汽车、摩托车、轴类产品、电子零件、纺机、机床、电器开关、工模具上应用较多。QPQ技术质量控制涉及到氮化温度、氮化时间、基盐中氰酸根含量等因素，其中基盐氰酸根(OCN

目前行业内普遍采用甲醛定氮法来间接测量测定氰酸根含量，而该法操作步骤较多，费时耗力。且人工实验操作重复性差，误差大，很难为QPQ技术的质量控制提供精确的技术支持与分析参考。基于此，2018年戴贤明、魏康林等人报道了一种基于分光光度计法原理的测定方法研究，但是该方法仅提出了一种满足全自动和半自动测定仪器研发要求的氰酸根含量测定思路，并且目前仅限于科学研究，尚未得到推广应用。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种QPQ工序基盐氰酸根含量测定装置及方法，解决现有技术中的测定方法的测定准确度有待进一步提升的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种QPQ工序基盐氰酸根含量测定装置，包括封闭的箱体，所述的箱体内设置有相连通的反应区和滴定区，反应区内设置有消化反应管，滴定区内设置有滴定杯；

所述的反应区内的箱体上固定安装有密封连接漏斗塞固定座，密封连接漏斗塞固定座上安装有密封连接漏斗塞，密封连接漏斗塞顶部的敞口端上密封安装有防溅瓶开放的底部；所述的密封连接漏斗塞下方设置有消化反应管密封安装卡座，消化反应管密封安装卡座固定安装在反应区内的箱体上，消化反应管密封安装卡座内卡装有消化反应管的上部，使得消化反应管顶部的开口与密封连接漏斗塞底部的塞体端实现可拆卸式的密封安装；

所述的密封连接漏斗塞内开设有轴向贯通的蒸汽管密封安装孔，所述的箱体内设置有蒸馏器，蒸馏器的输入端与箱体外部的纯水桶相连，蒸馏器的输出端穿过防溅瓶封闭的顶部与蒸汽管的一端密封相连，蒸汽管的另一端穿过蒸汽管密封安装孔伸入至消化反应管内，蒸汽管用于为消化反应提供水蒸气；

所述的密封连接漏斗塞上还开设有轴向贯通的气体通道，使得气体能够从消化反应管通过气体通道进入防溅瓶；所述的箱体内设置有冷凝器，冷凝器的壳程进水端与箱体外部的冷凝进水管相连，冷凝器的壳程出水端与箱体外部的冷凝出水管相连；冷凝器的管程进气端与所述的防溅瓶相连，冷凝器的管程出液端与氨气冷凝管的一端相连；

所述的滴定区内开设有滴定杯卡装舱，滴定杯卡装舱内可拆卸式卡装有滴定杯；所述的滴定杯与氨气冷凝管的另一端相连；所述的滴定杯通过硼酸管与箱体外部的硼酸溶液桶相连；所述的滴定杯通过盐酸管与箱体内部的标准盐酸滴定溶液桶相连；所述的滴定杯底部还设置有伸出箱体外的废液排出管；所述的滴定杯内还设置有搅拌器。

本发明还具有如下技术特征：

所述的消化反应管下方的反应区内放置有消化反应管底座。

所述的消化反应管采用钢化玻璃制成；防溅瓶采用耐高温的聚四氟乙烯制成。

所述的滴定杯底部安装有颜色传感器。

本发明还保护一种QPQ工序基盐氰酸根含量测定方法，该方法采用如上所述的QPQ工序基盐氰酸根含量测定装置；

该方法包括以下步骤：

步骤一，准确称取基盐待测样品，基盐待测样品的质量为m，完全转移至消化反应管中；

步骤二，向消化反应管中加入20mL蒸馏水，摇匀；加入5mL体积浓度为20％的稀硫酸，将消化反应管放入恒温100℃的石墨炉消解仪中，在通风橱中反应5min；

步骤三，待步骤二完成后，将消化反应管自然冷却至室温，向消化反应管中加入50mL蒸馏水，再加入10mL质量浓度为20％的氢氧化钠溶液，将溶液的pH调节至12～12.5，摇匀；

步骤四，采用消化反应管密封安装卡座将消化反应管与密封连接漏斗塞密封固定安装，开启蒸馏器通入水蒸汽、消化反应管中反应产生的氨气进入防溅瓶，再通过冷凝器冷凝后在氨气冷凝管中形成氨水；氨气冷凝管产生的氨水、硼酸管滴加的硼酸、盐酸管滴加的盐酸分别进入滴定杯中进行滴定，在硼酸溶液桶中预先加入甲基红-溴甲酚绿混合指示剂，甲基红-溴甲酚绿混合指示剂随硼酸进入滴定杯中对滴定反应过程进行指示；

步骤五，通过甲基红-溴甲酚绿混合指示剂的颜色来判定滴定终点，记录标准盐酸滴定溶液的消耗体积V；

步骤六，在不加入基盐待测样品的情况下，向消化反应管中依次加入等量的蒸馏水、稀硫酸、氢氧化钠溶液，摇匀；重复步骤二至步骤五，得到空白试验，记录标准盐酸滴定溶液的体积V

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明中基盐里氰酸根OCN

(Ⅱ)本发明中最后一步滴定终点的判断是采用颜色传感器进行滴定终点的判定，避免了人为肉眼观察所带来的误差，保证测试数据的准确性。

(Ⅲ)本发明在QPQ技术质量控制领域首次采用基于凯氏定氮原理的测定，一个基盐待测样品每次测定仅需10min，操作简便快速；减少了人为操作步骤，降低了工作劳动强度，测定结果准确度高，精密度好，易于推广应用。

附图说明

图1为QPQ工序基盐氰酸根含量测定装置的整体结构示意图。

图中各个标号的含义为：1-箱体，2-反应区，3-滴定区，4-消化反应管，5-滴定杯，6-密封连接漏斗塞固定座，7-密封连接漏斗塞，8-防溅瓶，9-消化反应管密封安装卡座，10-蒸汽管密封安装孔，11-纯水桶，12-蒸汽管，13-气体通道，14-冷凝进水管，15-冷凝出水管，16-氨气冷凝管，17-滴定杯卡装舱，18-硼酸管，19-硼酸溶液桶，20-盐酸管，21-标准盐酸滴定溶液桶，22-废液排出管，23-搅拌器，24-消化反应管底座，25-颜色传感器。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

需要说明的是，本发明中的所有零部件和设备，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的零部件和设备。例如蒸馏器、冷凝器以及颜色传感器均采用现有技术中已知的设备。

基于现有技术的情况，建立一种样品化学处理简单、设备自动化程度高、数据准确可靠的装置及方法是目前QPQ技术行业内面临的难题。本发明为基于凯氏定氮原理的OCN

OCN

2NH

(NH

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种QPQ工序基盐氰酸根含量测定装置，如图1所示，包括封闭的箱体1，箱体1内设置有相连通的反应区2和滴定区3，反应区2内设置有消化反应管4，消化反应管4用于进行消化反应；滴定区3内设置有滴定杯5，滴定杯5用于进行滴定反应。

反应区2内的箱体1上固定安装有密封连接漏斗塞固定座6，密封连接漏斗塞固定座6上安装有密封连接漏斗塞7，密封连接漏斗塞7顶部的敞口端上密封安装有防溅瓶8开放的底部；密封连接漏斗塞7下方设置有消化反应管密封安装卡座9，消化反应管密封安装卡座9固定安装在反应区2内的箱体1上，消化反应管密封安装卡座9内卡装有消化反应管4的上部，使得消化反应管4顶部的开口与密封连接漏斗塞7底部的塞体端实现可拆卸式的密封安装。

密封连接漏斗塞7内开设有轴向贯通的蒸汽管密封安装孔10，箱体1内设置有蒸馏器，蒸馏器的输入端与箱体1外部的纯水桶11相连，蒸馏器的输出端穿过防溅瓶8封闭的顶部与蒸汽管12的一端密封相连，蒸汽管12的另一端穿过蒸汽管密封安装孔10伸入至消化反应管4内，蒸汽管12用于为消化反应提供水蒸气。

密封连接漏斗塞7上还开设有轴向贯通的气体通道13，使得气体能够从消化反应管4通过气体通道13进入防溅瓶8；箱体1内设置有冷凝器，冷凝器的壳程进水端与箱体1外部的冷凝进水管14相连，冷凝器的壳程出水端与箱体1外部的冷凝出水管15相连；冷凝器的管程进气端与防溅瓶8相连，冷凝器的管程出液端与氨气冷凝管16的一端相连。

滴定区3内开设有滴定杯卡装舱17，滴定杯卡装舱17内可拆卸式卡装有滴定杯5；滴定杯5与氨气冷凝管16的另一端相连；滴定杯5通过硼酸管18与箱体1外部的硼酸溶液桶19相连；滴定杯5通过盐酸管20与箱体1内部的标准盐酸滴定溶液桶21相连；滴定杯5底部还设置有伸出箱体1外的废液排出管22；滴定杯5内还设置有搅拌器23。

本实施例中优选的，搅拌器23采用电动搅拌器，通过电机驱动。

作为本实施例的一种优选方案，消化反应管4下方的反应区2内放置有消化反应管底座24。消化反应管底座24用于承接在反应操作过程中滴落的液体。

作为本实施例的一种优选方案，消化反应管4采用钢化玻璃制成；防溅瓶8采用耐高温的聚四氟乙烯制成。

作为本实施例的一种优选方案，滴定杯5底部安装有颜色传感器25。颜色传感器25监测滴定过程中滴定杯5内的颜色变化，便于后续通过自动化控制程序实现滴定终点的自动化判定。作为后续可能的一种进一步的优选的情形，可以使用全自动氰酸根测量，测定过程汇总蒸馏、吸收、滴定步骤是在完全密闭的体系下连续自动完成的，避免间断操作过程中氮流失现象的发生，进一步保证测试数据的准确性。

实施例2：

本发明还保护一种QPQ工序基盐氰酸根含量测定方法，该方法采用实施例1中给出的QPQ工序基盐氰酸根含量测定装置。该方法包括以下步骤：

步骤一，准确称取基盐待测样品，基盐待测样品的质量为m＝0.5g，精确至0.0002g，完全转移至消化反应管4中。

步骤二，向消化反应管4中加入20mL蒸馏水，摇匀；加入5mL体积浓度为20％的稀硫酸，将消化反应管4放入恒温100℃的石墨炉消解仪中，在通风橱中反应5min。

步骤三，待步骤二完成后，将消化反应管4自然冷却至室温，向消化反应管4中加入50mL蒸馏水，再加入10mL质量浓度为20％的氢氧化钠溶液，将溶液的pH调节至12～12.5，摇匀。

步骤四，采用消化反应管密封安装卡座9将消化反应管4与密封连接漏斗塞7密封固定安装，开启蒸馏器通入水蒸汽、消化反应管4中反应产生的氨气进入防溅瓶8，再通过冷凝器冷凝后在氨气冷凝管16中形成氨水；氨气冷凝管16产生的氨水、硼酸管18滴加的硼酸、盐酸管20滴加的盐酸分别进入滴定杯5中进行滴定，在硼酸溶液桶19中预先加入甲基红-溴甲酚绿混合指示剂，甲基红-溴甲酚绿混合指示剂随硼酸进入滴定杯5中对滴定反应过程进行指示。

本实施例中，蒸汽流量80％，蒸馏时间5min，硼酸体积35mL。蒸汽流量80％指的是每100g纯水产生80g的水蒸汽。

步骤五，通过甲基红-溴甲酚绿混合指示剂的颜色来判定滴定终点，记录标准盐酸滴定溶液的消耗体积V。

步骤六，在不加入基盐待测样品的情况下，向消化反应管4中依次加入等量的蒸馏水、稀硫酸、氢氧化钠溶液，摇匀；重复步骤二至步骤五，得到空白试验，记录标准盐酸滴定溶液的体积V

具体的，氰酸根的含量以质量分数W计，按下式计算：

式中：

c表示盐酸标准滴定溶液的浓度，单位为：mol/L；

V表示基盐待测样品消耗盐酸标准滴定溶液的体积，单位为：mL；

V

m表示基盐待测样品的质量，单位为：g；

0.04202表示与1.00mL盐酸标准滴定溶液[c(HCI)＝1.000mol/L]相当的OCN

本实施例中，表1给出了使用该方法，测定一种QPQ技术工序中某基盐样品里OCN-含量的准确性及精密度试验结果。

表1某基盐待测样品中OCN

从表1的试验数据中可以看出，用本方法测定氰酸根结果与经典的甲醛定氮法测定结果基本一致，说明本方法的准确度高，测定结果可靠，满足实际应用要求。