用虚拟仪器测定二级反应速率常数GydF4y2Ba基于LabVIEW 8.0GydF4y2Ba

抽象的GydF4y2Ba

开发了基于LabVIEW 8.0的离子分析仪虚拟仪器系统，该系统可以测量和分析溶液中的离子浓度，包括自制的调理电路、数据采集板和计算机。它可以自动校准坡度、温度和定位。当应用于测定反应速率常数时GydF4y2Ba实现了测试数据的实时采集、实时显示、自动处理，生成结果报告;和其他功能。该方法大大简化了实验操作，避免了人工处理数据的复杂程序和个人误差，提高了实验结果的准确性和重复性。GydF4y2Ba

1.介绍GydF4y2Ba

LabVIEW是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的缩写，是美国国家仪器公司(National Instruments, NIs)的创新软件产品。作为目前功能最强大的图形软件，是人们开发虚拟仪器的首选平台[GydF4y2Ba1.GydF4y2Ba–GydF4y2Ba5.GydF4y2Ba]。GydF4y2Ba

离子分析仪是科学研究和实践中最广泛使用的分析仪器之一。它广泛应用于生物医学，化学，环保等领域。手动读取和处理具有传统离子分析仪的数据不仅在运行过程中繁琐，而且难以避免个人错误。近年来报道了关于连接到计算机的离子分析仪的研究[GydF4y2Ba6.GydF4y2Ba];但数量较少，软件开发多采用基于文本的编程语言(如C、Turbo Pascal、VB等)。基于文本的语言的缺点是发展周期长，维护和扩展困难。基于LabVIEW的离子分析仪的VI尚未见报道。本文开发的离子分析仪的VI是用图形化编程语言labview 8.0开发的。该系统界面友好、操作方便、可扩展性强，可实现坡度、温度、定位等自动标定。本系统应用于测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数时，用LabVIEW程序测定反应速率常数GydF4y2Ba是嵌入系统的。取得了满意的结果。GydF4y2Ba

2.系统原理和配置GydF4y2Ba

实际上，作为高输入阻抗毫伏计的离子分析仪广泛用于测量由离子选择电极，参比电极和溶液组成的电池的EMF。通过在同一电极系统下测量标准溶液和测试溶液之间的EMF裕度来获取未知溶液的浓度。通过NERNST方程，作者推断出来GydF4y2Ba 哪里GydF4y2Ba是潜力，还是GydF4y2Ba是GydF4y2Ba测试溶液的值。GydF4y2Ba

很明显与之间的关系GydF4y2Ba和GydF4y2Ba是线性的。GydF4y2Ba为电极系统的理论斜率;然而，实际电极斜率还受到温度、离子价、制造工艺、表面结构、电极激活状态等因素的影响。虽然电极是同一类型的，但是GydF4y2Ba电极的值可能不同。这就是为什么离子分析仪在使用前必须用标准溶液进行校对。传统的离子分析仪需要转换开关和变阻器来完成定位、离子价、极性、电极斜率和温度的校准，以便对仪器进行校对。在这种情况下，操作人员必须在测量过程中人工读取和处理数据。基于LabVIEW 8.0的离子分析仪虚拟仪器系统，充分发挥了“软件就是仪器”的虚拟仪器的优势。通过LabVIEW程序实现了对仪器的自动校对和数据处理，便于实现实时性GydF4y2Ba和GydF4y2Ba曲线GydF4y2Ba

虚拟仪器的系统结构如图所示GydF4y2Ba1.GydF4y2Ba．将离子选择电极和参比电极浸入被测溶液中，构成电极系统。电压信号经过高输入阻抗调节电路的阻抗变换和滤波后，通过PCI-6014数据采集(DAQ)进入计算机。采用RS-232串行口与计算机连接，实现了精确的数字温度测量仪的自动温度补偿。GydF4y2Ba

自制的调理电路如图所示GydF4y2Ba2.GydF4y2Ba．它由CA3140高输入阻抗电压跟随器和OP07低漂移二阶有源低通滤波器组成。利用CA3140完成电极系统的阻抗变换，利用低漂移的OP07完成输出信号的滤波。GydF4y2Ba

3.系统LabVIEW主程序的设计与实现GydF4y2Ba

系统软件由四个主要部分组成，包括操作面板，数据获取和实时显示，数据存储和数据处理以及显示。其中，需要根据用户测量的目的调整系统软件的前三个部分。GydF4y2Ba

3.1。操作面板计划GydF4y2Ba

虚拟仪器操作面板如图所示GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba．为了使用户根据需要调整采样间隔和通道，采样间隔旋钮和频道选择控制器在面板的左侧设置。用户还可以通过同步存储器控制器决定是否同步保存日期。在此LabVIEW程序中，使用包括数据获取，数据保存，数据处理，结果打印和退出五个子宫的事件结构。每个子文档对应于面板上的控制按钮。单击控件按钮时，将调用相应的事件。操作面板整体上采用标签控制以实现介于之间的开关GydF4y2Ba摊位和GydF4y2Ba档位，并将制表控制与块面板上外壳结构的选择端子连接起来。单击GydF4y2Ba摊位和GydF4y2Ba操作面板顶部的失速按钮可完成两者之间的切换GydF4y2Ba摊位和GydF4y2Ba容易停顿。GydF4y2Ba

3．2.数据采集和实时显示程序GydF4y2Ba

数据采集与实时显示程序GydF4y2Ba测量是系统的关键程序，可以自动完成温度、斜率、取向、离子价的校正。该程序由一个堆叠序列结构(Stacked Sequence Structure)组成，其中包括七个框架。当程序运行时，结构会根据标签的选择顺序逐步执行框架程序GydF4y2Ba

图形GydF4y2Ba4.GydF4y2Ba显示了最后一个框架的块程序。它执行实时采集和显示GydF4y2Ba测试和数据临时存储的解决方案的价值，主要构成了三个而结构。在最低的同时，结构完成数据采集卡的驱动和连续获取的数据。频道选择控制器选择通道，AI Config函数设置缓冲区的大小，AI读取功能设置采样率，MAX和MIN功能控制滞后的金额以避免数据覆盖范围。为了提高结果的稳定性和准确性，将切换300个获取的数据GydF4y2Ba值经过平均后，再由控制仪表实时显示，并通过本机变量传输至最底层结构保存。同时，操作面板右侧的文本框显示GydF4y2Ba值、电极斜率、mV、离子浓度GydF4y2Ba，以及其他数据。中间的While结构通过串行通信VI实时获取精确数字温度温度表的温度值，然后通过本地变量将温度表的温度值传输给最高级的While结构，实现温度自动补偿。溶液温度通过操作面板上的控制温度计实时显示。While结构最下面写离散GydF4y2Ba值根据用户设置的采样间隔归档，并以Express显示GydF4y2Ba图。由于LabVIEW程序采用并行操作机制，三个While结构可以独立运行。GydF4y2Ba

MV摊位的程序与此类似，更简单;唯一的区别是实时显示是潜力GydF4y2Ba时间曲线。GydF4y2Ba

3．3.数据存储程序GydF4y2Ba

其块程序如图所示GydF4y2Ba5.GydF4y2Ba．首先，使用file open函数打开一个文件对话框，为用户提供存储路径。然后将保存在临时文件中的数据复制到指定文件中，具有将初始实验条件复制并叠加到保存的文件中，同时供数据处理使用的功能。如果数据存储失败，会弹出无效保存提示，并给出错误原因，允许用户重新保存，直至成功。GydF4y2Ba

4.数据处理程序的设计与实现GydF4y2Ba

4.1.用pX测定速率常数的基本原理GydF4y2Ba

虚拟仪器最大的优点是易于扩展，充分发挥计算机强大的数据处理功能，根据用户的编程需求对采集到的测试数据进行处理。测定速率常数的基本原理GydF4y2Ba是参与反应系统的浓度随着反应程序而变化，所以跟踪和记录曲线GydF4y2Ba随着时间的变化GydF4y2Ba，然后根据动力学原理对相应的数据进行处理，确定相应的动力学参数。GydF4y2Ba

为便于演示，以一个典型的二级反应——乙酸乙酯皂化反应为例:GydF4y2Ba

与反应进行,GydF4y2Ba逐渐减少,GydF4y2Ba逐渐增加系统，所以GydF4y2Ba系统的价值逐渐降低。反应过程的信息是通过测定GydF4y2Ba珍惜时间。所以这个反应的速率常数可以用GydF4y2Ba．GydF4y2Ba

对于二阶反应，数据处理公式对于反应物的等于和不平等初始浓度不同。根据动态的原则，根据[GydF4y2Ba7.GydF4y2Ba–GydF4y2Ba9GydF4y2Ba]，当反应物的初始浓度相等时，初始浓度的设置为GydF4y2Ba，则反应动力学公式为GydF4y2Ba 哪里GydF4y2Ba为的浓度GydF4y2Ba当时GydF4y2Ba;GydF4y2Ba是速率常数，用于强碱GydF4y2Ba,GydF4y2Ba,GydF4y2Ba当浓度GydF4y2Ba10吗?GydF4y2Ba^{－6GydF4y2Ba}米。集成收益率：GydF4y2Ba 因此，我们可以在系统和时间的pH值之间发出关系公式（GydF4y2Ba5.GydF4y2Ba)GydF4y2Ba

它表明通过绘制GydF4y2Ba反对GydF4y2Ba，直线的斜率是速率常数，GydF4y2Ba．GydF4y2Ba

当反应物的初始浓度不等时，设置GydF4y2Ba分别为GydF4y2Ba和GydF4y2Ba，然后在不同反应时间下的反应系统的每种组分的浓度可以表示为GydF4y2Ba 哪里GydF4y2Ba分别是GydF4y2Ba在GydF4y2Ba和GydF4y2Ba,GydF4y2Ba是产品的浓度GydF4y2Ba和GydF4y2Ba在GydF4y2Ba．GydF4y2Ba

什么时候GydF4y2Ba二阶反应的动态公式是GydF4y2Ba 因为GydF4y2Ba,GydF4y2Ba 设置GydF4y2Ba是GydF4y2Ba系统的GydF4y2Ba和GydF4y2Ba,然后获得GydF4y2Ba 也是因为GydF4y2Ba，（GydF4y2Ba5.GydF4y2Ba)可以表示为GydF4y2Ba值作为GydF4y2Ba 设置GydF4y2Ba,然后GydF4y2Ba

等式（GydF4y2Ba11GydF4y2Ba)是两者之间的关系式GydF4y2Ba价值和时间，显示通过绘图GydF4y2Ba反对GydF4y2Ba得到一条直线，确定后GydF4y2Ba系统的GydF4y2Ba和GydF4y2Ba速度常数GydF4y2Ba可以从直线的斜率获得。GydF4y2Ba

这些方法不需要确定反应物的准确初始浓度，从而简化了实验操作。由阿仑尼乌斯方程GydF4y2Ba，通过不同温度下的反应速率常数可得到反应的活化能。GydF4y2Ba

4.2。数据处理和结果显示程序GydF4y2Ba

块程序如图所示GydF4y2Ba6.GydF4y2Ba．最左边的Sequence Structure中对应的程序首先判断反应物初始浓度是否相等，然后选择对应的待处理的数据文件。程序根据判断结果执行相应的案例结构子图。数据处理包括数据的线性变换、轴的标签变换、直线拟合和相关系数GydF4y2Ba计算等等。通过使用循环迭代，从数据文件读取的一组数据读出循环结构;自动匹配数据GydF4y2Ba轴和数据GydF4y2Ba轴。For循环的自动索引使结果成为一个数组。该数组进入子程序进行直线拟合后，删除不合格数据，得到直线斜率、截距等数据。当“删除后”数据和“拟合后”数据分别被函数Bundle捆绑后，由函数Build array生成集群数组，并由控件显示GydF4y2Ba图。同时，通过使用GydF4y2Bascale.NameLb1。文本和GydF4y2Bascale.NameLb1。图属性节点中的文本和反应物初始浓度条件，在不同初始条件下自动转换轴的标签。数据输入子程序后，得到直线拟合的相关系数GydF4y2Ba．一组数据处理完成后，系统会提醒用户是否继续进行数据处理。如果用户在不同的温度下继续获得速率常数，将选择另一个数据文件。的GydF4y2Ba不同温度下的值可用于计算表观活化能GydF4y2Ba通过最右边的Case结构中的函数公式节点。通过函数Insert-To-array将结果和必要的参数添加到数组中。然后，数组的每个元素都被索引，并按函数号转换为指定的精确字符，转换为分数字符串。这些字符由C的函数连接成字符串oncatenate字符串，最后通过字符串指示符显示字符串。GydF4y2Ba

5.应用实例GydF4y2Ba

该系统用于测定反应物初始浓度相等和不相等时，在298K和308K温度下乙酸乙酯皂化反应的速率常数。在测量过程中，系统自动采集测试数据并实时显示GydF4y2Ba曲线，如图所示GydF4y2Ba3.GydF4y2Ba．它还可以自动处理测试数据并生成结果报告。图形GydF4y2Ba7.GydF4y2Ba数据处理面板是否在相同的初始反应物浓度下，以及GydF4y2Ba两侧图形分别显示温度298?K和308 ? K。面板下方为试验条件和结果显示框，可同时显示反应温度、反应速率常数、相关系数和表观活化能。试验相关数据如表所示GydF4y2Ba1.GydF4y2Ba．GydF4y2Ba

六，结论GydF4y2Ba

基于LabView8.0的虚拟仪器系统用于离子分析仪，具有易于操作和友好界面的优点，可以确定GydF4y2Ba，实现实时显示和绘制曲线GydF4y2Ba或者mV随着时间的变化GydF4y2Ba，处理数据，并自动生成结果报告。结果的相对误差小于3.5%。对于任何二级反应系统，如果使用合适的离子选择电极，虚拟仪器系统可以跟踪相应离子的浓度变化，然后确定其速率常数。对于其他系列反应，系统也可以根据动力学原理，通过修改数据处理程序来确定其速率常数。由于易于扩展，通过嵌入LabVIEW的不同数据处理程序，该系统可用于电位滴定、电位分析和电位平衡常数测量等自动测定研究。此外，该系统还为用户跟踪测量提供了极大的方便GydF4y2Ba或潜在的应用研究；作者认为，它可以广泛应用于生产和环境监测。GydF4y2Ba

承认GydF4y2Ba

感谢四川省教育厅重点研究项目[(2005)198]的资助。GydF4y2Ba

参考文献GydF4y2Ba

1. a.p. Beltrá， J. Iniesta, L. Gras等，“全自动微波辅助化学需氧量(COD)测量装置的研制”，GydF4y2Ba仪器科学与技术GydF4y2Ba第31卷第1期3，页249 - 259,2003。GydF4y2Ba视图:GydF4y2Ba出版商网站GydF4y2Ba|GydF4y2Ba谷歌学术GydF4y2Ba
2. J. Ballesteros，J.I.FernándezPalop，M.A.Hernández等，“用于自动等离子体诊断的LabVIEW虚拟仪器”，GydF4y2Ba科学仪器的审查GydF4y2Ba，第75卷，第1期，第90-93页，2004年。GydF4y2Ba视图:GydF4y2Ba谷歌学术GydF4y2Ba
3. 国家仪器公司，GydF4y2Ba虚拟仪器用户手册GydF4y2Ba, 2007.GydF4y2Ba
4. J.-Y。李,Y.-W。李,D.-P。基于LabVIEW 8.0 express的电导率虚拟仪器的设计与应用GydF4y2Ba匹配GydF4y2Ba，第60卷，第2期2, pp. 325-331, 2008。GydF4y2Ba视图:GydF4y2Ba谷歌学术GydF4y2Ba
5. W.-B.王，J.-Y.李，Q.-J.吴，“基于LabVIEW的化学虚拟仪器设计，用于确定温度和压力，”GydF4y2Ba化学自动化方法与管理杂志GydF4y2Ba， 2007年，第68143条。GydF4y2Ba视图:GydF4y2Ba出版商网站GydF4y2Ba|GydF4y2Ba谷歌学术GydF4y2Ba
6. K. Li和Y. Z. Ye，“基于微型计算机的智能离子分析仪设计及其应用”，GydF4y2Ba福州大学学报GydF4y2Ba，卷。33，不。1，pp。54-57,2005。GydF4y2Ba视图:GydF4y2Ba谷歌学术GydF4y2Ba
7. 邵世勇，刘学仁，庞立新，“用酸度计测定乙酸乙酯皂化反应速率常数”，GydF4y2Ba西安科技大学学报GydF4y2Ba，卷。24，不。2，pp。196-199,2004。GydF4y2Ba视图:GydF4y2Ba谷歌学术GydF4y2Ba
8. 冯志强，“乙酸乙酯反应速率常数的简易测量，”GydF4y2Ba化学在线GydF4y2Ba，第9卷，第36-37页，1983年。GydF4y2Ba视图:GydF4y2Ba谷歌学术GydF4y2Ba
9. 李世贤，“醋酸乙酯皂化反应速率常数的pH值测定”，GydF4y2Ba西南民族学院学报GydF4y2Ba第21卷第2期2，页232-234,1995。GydF4y2Ba视图:GydF4y2Ba谷歌学术GydF4y2Ba
10. 复旦大学，GydF4y2Ba物理化学实验GydF4y2Ba，高等教育出版社，2004年第3版。GydF4y2Ba
11. Kuang和L.Wu，“用计算机研究乙酸乙酯皂化动力学，”GydF4y2Ba大学化学GydF4y2Ba，第19卷，第4期，第39-42页，2004年。GydF4y2Ba视图:GydF4y2Ba谷歌学术GydF4y2Ba
12. 吕俊贤，刘文杰，陈立文，“紫外分光光度法测定乙酸乙酯皂化反应动力学数据”，GydF4y2Ba化学在线GydF4y2Ba，第11卷，第55-56页，1988。GydF4y2Ba视图:GydF4y2Ba谷歌学术GydF4y2Ba

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