影響常用玻璃量器校準(zhǔn)結(jié)果準(zhǔn)確性的因素及技術(shù)建議

王愛萍，劉霞，姚旭霞，劉新，龔維

（中國(guó)兵器集團(tuán)工業(yè)集團(tuán)第五三研究所，濟(jì)南 250031）

影響常用玻璃量器校準(zhǔn)結(jié)果準(zhǔn)確性的因素及技術(shù)建議

王愛萍，劉霞，姚旭霞，劉新，龔維

（中國(guó)兵器集團(tuán)工業(yè)集團(tuán)第五三研究所，濟(jì)南 250031）

玻璃量器是化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)中使用非常普遍的計(jì)量器具，它主要包括滴定管、容量瓶、分度吸量管、單標(biāo)線吸量管、量筒、量杯等6種。玻璃量器的量值是否準(zhǔn)確可靠，將直接影響化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)溶液、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的量值以及化學(xué)分析測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此必須對(duì)常用玻璃量器實(shí)施校準(zhǔn)，以保證容量量值的準(zhǔn)確可靠。

玻璃量器的校準(zhǔn)方法有衡量法和容量比較法兩種。衡量法通常用于標(biāo)準(zhǔn)玻璃量器、常用玻璃量器（A級(jí)）、微量量器和其它高準(zhǔn)確度量器的容量檢定。容量比較法是通過(guò)介質(zhì)采用標(biāo)準(zhǔn)量器的容量與被檢量器的容量進(jìn)行直接比對(duì)的方法，其計(jì)量準(zhǔn)確度低于衡量法。筆者主要分析總結(jié)了采用“衡量法”進(jìn)行常用玻璃量器的校準(zhǔn)，影響其結(jié)果準(zhǔn)確性的因素及技術(shù)建議。

1 玻璃量器的清潔程度

在玻璃量器的校準(zhǔn)中，量器內(nèi)壁的清潔度是獲得準(zhǔn)確結(jié)果的前提條件。對(duì)于容量瓶，內(nèi)壁的不清潔會(huì)產(chǎn)生畸形彎液面或平坦的彎液面，直接影響彎液面的正確觀察與調(diào)定，易導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏低。另外，內(nèi)壁的不清潔還會(huì)造成彎液面形狀的不穩(wěn)定，即在同一分度線上，幾次調(diào)定的彎液面形狀不相同，影響液面的觀察與調(diào)定。

對(duì)于吸量管和滴定管，內(nèi)壁不潔會(huì)導(dǎo)致“掛水”使排出的水量減少，如果內(nèi)壁沾附有油類物質(zhì)，則液膜不能正常形成，使管內(nèi)的殘留量減少，排出的水量增加。因此吸量管和滴定管內(nèi)壁不清潔，造成測(cè)量結(jié)果的誤差可能為正，也可能為負(fù)。為了減小量器內(nèi)壁不清潔對(duì)容量校準(zhǔn)的影響，校準(zhǔn)之前最好用重鉻酸鉀–濃硫酸洗液浸泡清洗量器，用純水清洗潔凈，保證內(nèi)壁不掛水，使其清潔度達(dá)到校準(zhǔn)要求。

2 彎液面最低點(diǎn)的觀察方法

2.1 液面的觀察和調(diào)定

液面的觀察和調(diào)定直接影響測(cè)量結(jié)果，是產(chǎn)生測(cè)量誤差的重要因素。

我國(guó)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)一致，均采用彎液面最低點(diǎn)作為凹液面調(diào)定和讀數(shù)的標(biāo)志。調(diào)定液面時(shí)，應(yīng)使彎液面最低點(diǎn)與分度線上邊緣的水平面相切，視線應(yīng)與分度線上邊緣在同一水平面上。

容量瓶和吸量管的分度線均是圍線，觀察者的視線應(yīng)使量器的前后兩部分圍線的上邊緣相重合，即視線應(yīng)與圍線上邊緣處于同一水平面上，使彎液面最低點(diǎn)與圍線上邊緣相切。

由于操作者的個(gè)人習(xí)慣，調(diào)定液面時(shí)，視線可能高于或低于真實(shí)的分度線位置。液面調(diào)定后其最低點(diǎn)偏離分度線水平面的距離為h，則h即為視線偏離水平面所引起的視差。一般操作者在調(diào)定液面時(shí)能將液面調(diào)定誤差h控制在0.2 mm左右，熟練的操作者能夠控制在0.1 mm左右。設(shè)視線偏離水平面引起的測(cè)量誤差為ΔV，它與量器的直徑D成正比，可根據(jù)圓柱體積公式求得測(cè)量誤差ΔV：

雖然具圍線的量器有助于調(diào)節(jié)視線的水平，避免視線不水平所造成的視差，但調(diào)節(jié)視線使圍線前后部分的上邊緣相重合時(shí)，其重合程度由于操作者眼睛的分辨能力，也會(huì)產(chǎn)生液位視差，約為位移距離的二分之一。一般操作人員的眼睛分辨力可達(dá)到0.1 mm左右，若觀察圍線時(shí)前后部分上邊緣偏離約0.1 mm，所產(chǎn)生的液面視差約為0.05 mm。當(dāng)量器內(nèi)徑大于5 mm時(shí)，視線不水平所引起的視差較大，則產(chǎn)生的測(cè)量誤差會(huì)較大。

2.2 使用遮光帶正確觀察液面

水的彎液面由于光的折射和反射作用有3層，第1層（上層）和第3層（底層）在光線照射下色澤較淺，第2層（中間層）色澤稍深且呈陰影帶。彎液面底層輪廓的最低點(diǎn)才是真正的彎液面最低點(diǎn)，其上層和中層陰影帶只是光線折射和反射的結(jié)果。

如果操作人員按各自的習(xí)慣，以彎液面的中間層或底層輪廓的最低點(diǎn)進(jìn)行讀數(shù)和調(diào)定液面，對(duì)于通過(guò)上下兩個(gè)液面讀數(shù)的量器(如滴定管)，由于系統(tǒng)誤差，可能造成的影響不大；而對(duì)于僅以一個(gè)液面讀數(shù)的量器(如容量瓶)則會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。因此觀察液面時(shí)應(yīng)以白色為背景，并在彎液面以下不大于1 mm處，放置一條黑色紙帶或用一小段切開的黑色橡皮管箍在量器管壁上，以便遮去雜光。黑色紙帶應(yīng)緊靠量器管壁放置，此時(shí)液面底層呈現(xiàn)黑色，且輪廓分明清晰可辨，從而提高了液面觀察與調(diào)定的準(zhǔn)確性。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)100 mL容量瓶是否使用遮光帶正確觀察液面，測(cè)量結(jié)果相差約0.03 mL。不加遮光帶測(cè)量結(jié)果易偏低。

3 量器溫度與水溫的影響

3.1 量器溫度、水溫、室溫三者差異的影響

一般空量器的溫度取決于室溫，盛水量器的器壁溫度除了與室溫有關(guān)外，主要取決于水溫。當(dāng)環(huán)境溫度較高或較低時(shí)，非中央空調(diào)控制的實(shí)驗(yàn)室需使用空調(diào)進(jìn)行較大幅度的降溫或升溫來(lái)控制溫度，此時(shí)可能存在室溫、量器溫度和水溫三者溫度的不一致將會(huì)造成較大的測(cè)量誤差。若水溫與量器的實(shí)際溫度相差Δt，玻璃體膨脹系數(shù)為β，則由此帶來(lái)的容量誤差為：

若Δt為1℃，則10 mL量器引入的容量誤差為2.5×10–4mL；100 mL量器引入的容量誤差可能為2.5×10–3mL。

儲(chǔ)水瓶與空調(diào)安放的相對(duì)位置至關(guān)重要。因?yàn)榭照{(diào)室內(nèi)整個(gè)空間的溫場(chǎng)分布情況復(fù)雜，其溫度梯度往往很大，易造成室內(nèi)不同高度、不同位置上的室溫不均衡。如果儲(chǔ)水瓶的位置擺放不合理，使水源與量器處于不同的溫度，二者存在較大的溫差，也會(huì)造成較大的測(cè)量誤差，此種情況復(fù)雜，較難量化。

用衡量法對(duì)量器進(jìn)行容量校準(zhǔn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具有穩(wěn)定的環(huán)境條件，室溫、水溫必須滿足規(guī)程要求，至少提前4 h將被檢量器放入工作室確保室溫、水溫和量器溫度基本一致；另外，合理安排純水、天平、量器與恒溫裝置送風(fēng)口的相對(duì)位置，以減小環(huán)境條件對(duì)校準(zhǔn)的影響。

3.2 水溫測(cè)量誤差對(duì)容量測(cè)量的影響

測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量的水溫并不是貯水瓶?jī)?nèi)的水溫，而是量器內(nèi)的水溫，準(zhǔn)確地說(shuō)是在調(diào)定或讀取液面時(shí)量器內(nèi)的水溫。由于工作室溫度的變化會(huì)導(dǎo)致水溫的變化，若不及時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量也會(huì)造成誤差。

4 空氣密度的影響

對(duì)于一般工作量器的容量測(cè)量，空氣密度通常取平均值1.20 kg／m3。當(dāng)準(zhǔn)確度要求較高，如檢定標(biāo)準(zhǔn)玻璃量器，或在某些地區(qū)空氣密度偏離平均空氣密度較大時(shí)，需對(duì)空氣密度進(jìn)行測(cè)量。若實(shí)際空氣密度與表中的約定值不一致，將對(duì)被測(cè)量器的量值造成誤差。

空氣密度與實(shí)驗(yàn)室溫度、氣壓、濕度有關(guān)，室溫、氣壓或濕度的變化都會(huì)引起空氣密度的變化，從而給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差。該誤差的大小根據(jù)下式計(jì)算：

式中：ρB——砝碼密度，取8.00 g/cm3；

ρA——實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的空氣密度，g/cm3；

ρw——t℃時(shí)純水的密度，g/cm3；

β——被檢玻璃量器的膨脹系數(shù)，℃–1；

t——檢定時(shí)純水的溫度，℃。

稱量結(jié)果的誤差取決于空氣密度的變化量。一般恒溫室空氣密度的變化量最大不超過(guò)±2.5%，空氣密度的變化引起k(t)值的差值為3.0×10–5cm3／g。

5 操作過(guò)程的影響因素

5.1 水液蒸發(fā)的影響

水液蒸發(fā)對(duì)測(cè)量結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。測(cè)量過(guò)程中為減小水液蒸發(fā)的影響，容量檢定中必須對(duì)稱量杯（瓶）加蓋，并盡量縮短稱量時(shí)間，否則將造成測(cè)量結(jié)果偏低。

吸量管和滴定管在排液時(shí)液流表面與空氣接觸，也會(huì)有一定的蒸發(fā)損失。如果水流呈分散狀或水流沖入稱量杯使液面濺起大量的小水珠時(shí)，會(huì)加速水液的蒸發(fā)。因此校準(zhǔn)吸量管和滴定管時(shí)，建議使用100 mL的具塞三角瓶作稱量瓶。

量出式量器中水的質(zhì)量是通過(guò)稱量杯（瓶）稱量的。在空杯和盛水時(shí)的兩次稱量中，稱量杯是否衡重將直接影響到表觀質(zhì)量。校準(zhǔn)過(guò)程中，擦干后的濕稱量杯，由于吸附了空氣中的水分，其表面會(huì)逐漸變得濕潤(rùn)。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后稱量杯表面的水分與空氣中的水分達(dá)到平衡，稱量杯才能達(dá)到衡重。因此對(duì)于高精度的測(cè)量和小容積測(cè)量，此誤差因素不可忽視，建議對(duì)剛擦干的稱量杯放置3 min以上再使用。

5.2 容量瓶的校準(zhǔn)

注水方式不合理也會(huì)造成容量瓶測(cè)量結(jié)果的誤差。注水時(shí)勿用漏斗，采用漏斗易產(chǎn)生氣泡。注水過(guò)程要特別注意降低水流速度，盡量沿容量瓶刻度線以下內(nèi)壁緩緩流入，過(guò)急的水流易產(chǎn)生氣泡，造成測(cè)量結(jié)果偏低。

操作者的大拇指和食指應(yīng)握在具塞瓶口處，手不可直接接觸瓶體的注水部位，以免人為造成量器溫度、水溫的變化，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏低。

5.3 吸量管的校準(zhǔn)

量出式量器，水的流出時(shí)間、量器的垂直狀態(tài)和流液口的狀態(tài)，都會(huì)直接影響量出體積的準(zhǔn)確性。

吸量管屬于量出式量器，其排液時(shí)間的長(zhǎng)短影響量器內(nèi)殘留液體量，造成測(cè)量結(jié)果的差異。吸液時(shí)，不要使液面高于標(biāo)線太高，否則吸量管非計(jì)量部分沾附過(guò)多的液體，在調(diào)定液面和排液時(shí)流下來(lái)，造成測(cè)量結(jié)果偏高。

調(diào)定液面或排液時(shí)，吸量管均應(yīng)垂直放置，其流液口與稱量杯（瓶）內(nèi)壁相接觸，稱量杯（瓶）須傾斜30度，兩者不能相互移動(dòng)。為保證水完全流出，當(dāng)液面下降到流液口，吸量管從接收容器上移開以前，可等待約3 s，保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，不能在吸量管懸空時(shí)調(diào)定液面或排液，以免造成測(cè)量誤差。

5.4 滴定管的校準(zhǔn)

滴定管校準(zhǔn)時(shí)，水的流出時(shí)間、滴定管的垂直狀態(tài)和流液口的狀態(tài)都會(huì)直接影響其量值的準(zhǔn)確性。

具塞滴定管的塞、無(wú)塞滴定管的下部流液嘴，均應(yīng)配套使用，不同號(hào)的不能使用。使用具塞滴定管，轉(zhuǎn)動(dòng)活塞時(shí)不要向外拉，以免活塞芯移位造成漏水，也不要用力向里扣，以免使活塞芯對(duì)套壓迫太緊而轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活。使用無(wú)塞滴定管時(shí)，手捏住流液口使之垂直不擺動(dòng)，并在玻璃珠部位往一旁捏皮管，使水液從玻璃珠旁縫隙處完全流出。

調(diào)零前，須檢查滴定管流液口有無(wú)氣泡。調(diào)定零位時(shí)，不要使液面超出標(biāo)線過(guò)高，否則非計(jì)量部分沾附過(guò)多的液體，在調(diào)定液面和排液時(shí)流下來(lái)，造成測(cè)量結(jié)果偏高。滴定管排液時(shí)，流液口不得與杯壁及液面相接觸，并且稱量杯要防止水液濺出和蒸發(fā)損失。防止具塞滴定管的流液口因油脂涂抹過(guò)多，堵塞活塞孔和流液口，延長(zhǎng)排液時(shí)間造成測(cè)量結(jié)果的差異。

為了使滴定管（乳白背藍(lán)線襯背的滴定管除外）彎液面清晰可辨，可于彎液面下不大于1 mm處，緊靠滴定管上襯遮光帶觀察。若分度線不是圍線，可使用輔助圍線方法，使視線與彎液面最低點(diǎn)處在同一水平面上，從而提高液面觀察與調(diào)定的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)語(yǔ)

常用玻璃量器校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性受多種因素影響，在實(shí)際操作過(guò)程中，由于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量器具和操作人員不同，往往容易忽視對(duì)某些影響因素的研究和評(píng)價(jià)，造成校準(zhǔn)結(jié)果的不準(zhǔn)確和不統(tǒng)一。筆者探討了玻璃量器的清潔程度、彎液面的觀察方法、量器溫度與水溫、空氣密度、操作過(guò)程等對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的影響程度并給出了合理的技術(shù)建議，對(duì)實(shí)施常用玻璃量器校準(zhǔn)、保障校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確和統(tǒng)一具有重要的意義。

［1］GB／T 12810–1991 實(shí)驗(yàn)室玻璃量器的容量校準(zhǔn)和使用方法［S］.

［2］JJG 196–2006 常用玻璃量器［S］.

2014年美國(guó)分析儀器市場(chǎng)預(yù)計(jì)達(dá)73億

通過(guò)收集美國(guó)市場(chǎng)儀器儀表設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，Market Research.com公布了一份新的市場(chǎng)報(bào)告——“美國(guó)分析儀器市場(chǎng)預(yù)測(cè)報(bào)告”。

2011年，美國(guó)分析儀器市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到66億美元。而據(jù)以上發(fā)展態(tài)勢(shì)，美國(guó)分析儀器市場(chǎng)預(yù)計(jì)到2014年可達(dá)到73億美元。其中，這一市場(chǎng)的增長(zhǎng)在很大程度上依賴于幾個(gè)行業(yè)，如化工、食品飲料、石油天然氣、電力事業(yè)、醫(yī)藥等，由于這些行業(yè)的大多部門運(yùn)行良好，且資本支出多是有效的，而這些行業(yè)的質(zhì)量監(jiān)控將促進(jìn)分析儀器整體市場(chǎng)的發(fā)展。此外，政府為了確保社會(huì)安全而進(jìn)行的儀器采購(gòu)仍然位于所有行業(yè)的前列。金屬加工在線將從檢測(cè)、測(cè)量?jī)x器在金屬加工行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)做更多的分析預(yù)測(cè)。

當(dāng)前美國(guó)分析儀器市場(chǎng)中的主流產(chǎn)品包括氣體分析儀器、液體分析儀器、最終控制元件、電子流量計(jì)和控制系統(tǒng)，2011年這些儀器加在一起可能占市場(chǎng)總量的70%左右。另外，政府在環(huán)境安全、食品安全、化工廠、藥物生產(chǎn)方面的相關(guān)法規(guī)措施，將成為這些細(xì)分儀器市場(chǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。

O657.12

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1008-6145(2012)01-0088-03

聯(lián)系人：王愛萍； E-mail:53wangap@sina.com

2011- 11- 08

10.3969/j.issn.1008-6145.2012.01.028