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JP-303型极谱分析仪的方框图如图一所示。

图一 仪器方框图
专用微机是整台仪器的核心,它控制着仪器各部分协调一致的工作,同时还对测量过程中获得的数据和曲线进行运算处理,使测试工作自动化和智能化。用户保存的实测方法和极谱曲线以及标准和样品数据也储存在它的记忆芯片中。
极谱仪和电极系统是仪器的测量部分。它在专用微机的控制下产生扫描电压,获取极谱电流,实现自动补偿,完成模/数转换。仪器的测量方法、导数方法、量程、扫速、滤波、斜度补偿、调零等参数均在这里设置和调整。
汉字图形显示卡、CRT显示器和薄膜键盘,构成仪器的人机对话部分。专用微机通过显示卡,把汉字菜单、操作提示和状态、参数、数据以及极谱曲线和数据处理结果,直观地显示在CRT上供操作者选取和监视;操作者通过键盘把自己选择的操作指令和输入的参数值传送给专用微机,控制整个仪器的运行。
打印机是仪器的配套设备,用来记录数据处理后的极谱图形、测定结果、测量方法、实验参数以及统计学处理后的校准曲线、回归方程等。
3.1
显示功能
本仪器采用智能汉字图形显示卡作为CRT显示器的适配器,使显示的内容更实时、清晰、醒目。屏幕的顶行用作标题行,显示日期、测量方法、定量方法和打印编号。屏幕底行用作提示行,显示当前仪器状态(闪烁底亮字)和当前有效操作键(白底黑字),剩余的部分用来显示各种菜单、参数、数据和图形。
当仪器处于菜单或数据选择状态时,被选中的项会变换成闪烁,使用
∧∨ 键可以移动被选项,按 YES 键确认被选项。当仪器处于预置参数状态时,被选中的项会变换成闪烁,直接按数字键输入参数值(此时出现小光标)并用 ENT 键确认,按 ∧∨ 键可以移动被选项。当仪器处于参数调整状态时,被调整的参数项会变换成闪烁,按
∧∨ 键或 <> 键可以步进增减参数值,按数字键可以预置步进量(2n),按 YES 键可以确认当前参数值,按 复原 键可以恢复原来的参数值。
在运行测试过程中,重复测试的每条极谱曲线是采用不同的亮虚线来显示的,而它们的平均曲线用亮实线来显示。提示行中的显示内容会随着仪器的运行或键操作而改变,它始终显示的是当前的仪器状态和有效操作键。
3.2键盘功能
仪器设有41个触摸式按键,供选择测试方法、预置调整参数、启动运行指令之用。并不是任何时候这些键都起作用,为了减少操作失误,微机仅让当前可能需要操作的那部分键有效,并将其显示在屏幕提示行,提醒操作者选用。按压某一键,当仪器发出“嘟”声时,才表示仪器接受了按压指令。
任何时候按压 复位 键,都将使仪器恢复成如同仪器刚接通电源时的状态,这可用于纠正微机程序跑飞而造成的运行错误和失控。为了醒目、方便,按键用不同的色彩按功能分成5组。各按键的功能如下:
3.2.1
方法参数键(18块兰色键,2块备用)
l 方法 显示仪器的“运行方式”或“测量方法”菜单。
l 参数 显示仪器所用测试方法的参数菜单。
l 曲线 显示对极谱曲线进行数据处理的方法和参数的菜单。
l 标准 显示浓度定量方法的菜单。
l 其它 显示其它参数菜单。
l 调零 中止测试运行,进入调整零位状态,显示一根水平的调零基准线。
l 补偿 中止测试运行,进入调节(斜度)补偿状态。
l 电位 中止测试运行,进入移动(起始和终止)电位状态。
l 量程 中止测试运行,进入转换量程状态。
l 导数 中止测试运行,进入改变导数状态。
l 退回 退回到前面的仪器工作状态。
l <> a.移动原点电位;b.平移寻峰窗口。
l ∧∨ a.上、下寻找菜单项目;b.步进增减参数值;c.选择峰高测量法。
l 复原 恢复原来的参数值。
3.2.2
运行控制键(共4块绿色键,1块备用)
l 运行 a.启动仪器进入测试运行状态;b.启动仪器反演库存曲线。
l 停止 停止仪器测试运行,进入选择调整参数状态。
l 计算 a.执行线性回归分析并显示校准曲线;
b.执行样品浓度计算并显示测定结果;
c.执行样品数据统计处理并显示计算结果。
3.2.3存储打印键(共2块棕色键)
l 打印 进入准备打印设定打印编号的状态。
l 存储 a.显示“存储内容”菜单,供选择;b.进入存储样品的准备状态。
3.2.4
数字符号键(共16块橙色键)
l 0…9 a.输入数字显示在选中的参数项上并移动光标;
b.设置参数值的步进量(2n);c.设置标准或样品的组号。
l – a.显示“–”间隔符号;b.显示负数符号,仅在负数的首位有效。
l · a.显示“·”间隔符号;b.显示小数符号,仅在数字的首位后有效。
l ENT 把选中项的当前输入值装入其参数存储器。
l CLR a.清除选中项的当前显示值;b.进入删除的准备状态。
l NO a.设置“NO”标志;b.取消删除操作。
l YES a.设置“YES”标志;b.执行选中项的操作;c.认可当前参数值;
d.执行删除操作。
3.3
绘图打印
为了能方便地获得汉字图形测试报告,本仪器选用A4幅面喷墨打印机作为记录设备。通过专用微机把汉字图形卡中存放的CRT屏幕显示内容读取回来,转换后输出给打印机打印记录。打印机可以打印3种报告。(打印样式附在说明书后)
3.3.1 极谱曲线报告
报告中列有日期、测试方法、定量方法、打印序号、主要的实验参数、数据处理后的极谱曲线和测定结果等内容。
3.3.2
校准曲线报告
报告中列有日期、测试方法、定量方法、打印序号、主要的实验参数、线性回归分析后的校准曲线、回归方程、线性相关系数和估计标准误差等内容。
3.3.3
标准或样品数据报告
报告中列有打印序号、数据代号、波峰电位、波峰电流和浓度含量。如果进行了统计处理,还列有样品数据的平均数、标准偏差和变异系数等内容。
3.4 微机功能
专用微机是由单片机扩展了大量的外围芯片构成的,其中含有12位的模/数转换器和12位的数/模转换器。同时为微机配备了功能强、速度快的监控程序,使仪器具备了自动化和智能化的测试分析功能。由于监控程序主要是由汇编语言编写的,
并且CRT显示器由自带单片机和硬汉字库的智能汉字图形显示卡专门控制管理,因而仪器的运行、显示和数据处理又有很好的实时性。
3.4.1 高精度程控量程转换
仪器把极谱电流测量范围按 10,6,4,2.5,1.5 序列细分成二十档量程,各档测量电阻使用0.1%以上精度的精密金属膜或光刻电阻,量程的转换由微机控制,再加上采用12位(精度达1/4096)的模/数转换,使仪器有了很高的总体测量精度。
3.4.2自动校零
在通常的极谱测试中,影响测量的残余电流是采用人工调节的方法予以抵消补偿的,操作起来很繁琐。本仪器设计了自动校零电路,在微机的控制下实现了对前期电流和电容电流的自动补偿,免去了这两项调节,简化了仪器的操作。
3.4.3自适应导数电路
操作者普遍采用导数极谱法测量。但通常设计的极谱仪,其一次导数的仪器灵敏度与扫描速率成正比,二次导数与扫速的平方成正比,由此造成采用不同扫描速率导致仪器硬件自身灵敏度的剧烈改变而不便于使用。本仪器设计了自适应导数电路,使导数极谱的仪器硬件灵敏度不随扫描速率而变化,从而极大地方便于使用。
3.4.4 扫描速率无级调整
本仪器的电位扫描,是由微机控制的模拟线性(无小阶梯)扫描。其扫描速率可由操作者在允许范围内任意设定。
3.4.5 扣除本底
将实测的空白本底曲线存储后,在样品的实测过程中,可实时逐点显示扣除本底后的样品曲线,并对该曲线进行数据处理和打印。本功能可用于差示测量。
3.4.6 数字滤波
仪器具备性能优良的(4阶有源)硬件滤波器,对混入电解池电流中的50Hz市电干扰可衰减100倍以上。还配备了运算速度快的实时的软件(数字)滤波,进一步滤除干扰,平滑曲线。它采用滑动平均值算法(极谱曲线上每1点的数据,都是该点和其前后各n点采样数据的平均值),滤波参数n由操作者设定,以适应各种场合。
3.4.7 数字微分
仪器除具备上述的硬件导数外,还能把硬件采集的极谱曲线进行软件(数字)微分,获得高一次的导数极谱波,提供显示参考。
3.4.8 智能寻峰
仪器可以按照操作者使用的测试方法和导数方法,把设定电位范围(寻峰窗口)内全部可定量波峰自动寻找出来并予以标定,还能根据操作者设定的最小峰高参数,寻峰时跳过干扰小峰而实现智能寻峰。
3.4.9 切线拟合
仪器可以对所有标定峰的前后波谷自动拟合切线并予以显示。切线拟合可用于二次导数极谱波和溶出峰的峰高测量。
3.4.10 自动波高测量
极谱波峰高是峰顶点到基线的高度。通常基线有三种情况:前波谷的切线(或窗口边框与极谱曲线的交点);后波谷的切线;前后波谷的拟合切线。本仪器可以按照操作者选定的上述三种方法之一,把所有标定峰的峰高电流值计算并显示出来。
3.4.11 线性回归分析和统计学处理
在用标准曲线法或标准加入法进行浓度定量时,仪器可对同一系列的3~8个标准数据进行线性回归分析,计算和存储回归方程、线性相关系数和估计标准误差,并显示出校准曲线。仪器还可对重复测量的2~10个样品数据进行统计学处理,计算出平均数、标准偏差和变异系数。
3.4.12 多元素连测和宽量程的折线校准
在用标准比较法进行浓度定量时,仪器可存储10个标准;在用标准曲线法或标准加入法进行浓度定量时,仪器可存储10条或4条校准曲线和回归方程,因而可方便地用于多元素的连测。对于单元素的精密定量,利用多个标准或多条校准曲线构成折线来分段逼近实际的曲线,可在宽量程范围获得较好的定量精度。
3.4.13 存储、调用和反演
仪器采用机内记忆芯片来储存测定结果、测试方法、实验参数和极谱曲线,具有方便、快速和可靠的特点。目前可存储80个样品数据、9个实测方法和5条极谱曲线。储存的样品数据可进行统计学处理;储存的方法和曲线作为库方法和库曲线可随时调用和反演;当前采用的方法和参数会自动存储在记忆芯片中作为当前方法,下次开机时可直接使用,无须重新设置参数。这些功能极大地简化了仪器的操作。
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