硫酸氫乙酯的配制及對密度計校準(zhǔn)結(jié)果的影響*

梁秀麗　李文春　張　坤　荀其寧　王學(xué)琴　梁　旭　王　強(qiáng)

(1.中國兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所，濟(jì)南 250031；2.中國兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所(余姚分所)，余姚 315400)

0　引言

密度計是測量液體密度最常用的儀器，它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究及國防等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。其量值是否準(zhǔn)確可靠，直接影響到被測液體密度測量的準(zhǔn)確性。

在密度計的校準(zhǔn)中，影響校準(zhǔn)結(jié)果的因素很多，不僅與主標(biāo)準(zhǔn)器和檢定人員的技術(shù)水平有關(guān)，還與檢定液有關(guān)，由于檢定液是密度計量標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分，其穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性也是影響校準(zhǔn)結(jié)果的重要因素。在實際工作中，我們發(fā)現(xiàn)檢定液的配制方法不當(dāng)，對密度計進(jìn)行毛細(xì)常數(shù)修正時，會給毛細(xì)常數(shù)修正值帶來誤差，直接影響校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，這一影響在硫酸氫酯中表現(xiàn)尤為突出。因此，筆者著重介紹了硫酸氫乙酯的配制過程，并進(jìn)行了不同配制條件下校準(zhǔn)結(jié)果的比較實驗，選擇出最佳配制方法，提高了校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。這一方法配制的密度液穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性在密度計校準(zhǔn)能力驗證中得以驗證。

1　實驗部分

1.1　儀器和試劑[1，2]

一等標(biāo)準(zhǔn)密度計組：測量范圍650～2000kg/m3，分度值為0.2kg/m3和0.5kg/m3。

電子天平：測量范圍10mg～1000g。

工作酒精計：測量范圍q為(0～100)%，10支組，分度值為0.2%。

千分尺：分度值0.01mm，測量范圍0～25mm。

內(nèi)標(biāo)式溫度計：分度值0.1℃，測量范圍0～50℃。

檢定筒：內(nèi)徑110mm，高500mm；燒杯為2L；量筒為1L。

攪拌器：帶有聚四氟乙烯攪拌棒。

95%乙醇(酒精)：分析純；濃硫酸：分析純；蒸餾水：三級。

1.2　密度計檢定工作原理[1，2]

采用直接比較法，按照J(rèn)JG 42—2011《工作密度計檢定規(guī)程》進(jìn)行工作密度計檢定。將被檢密度計與標(biāo)準(zhǔn)密度計同時浸入同一檢定液中，直接比較其分度表上的示值，檢定時如果檢定液與被檢密度計實際使用的液體不同，則進(jìn)行毛細(xì)常數(shù)修正，最后經(jīng)過一系列計算得出被檢密度計的修正值。

Δρ=ρ標(biāo)-ρ被

(1)

式中：Δρ為被檢密度計的修正值，kg/m3；ρ標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)密度計修正后的密度值，kg/m3；ρ被為被檢密度計修正后的密度值，kg/m3。

2　硫酸氫乙酯的配制

硫酸氫乙酯具有適用范圍廣、與玻璃浸潤性好、毛細(xì)常數(shù)較小、液體穩(wěn)定性好、能形成好的彎月面等優(yōu)點，因此在密度計量檢定中應(yīng)用較廣。

2.1　配制公式[3-5]

配制硫酸氫乙酯時，首先用濃硫酸和85%的酒精液進(jìn)行初配，然后用密度值不同的硫酸氫乙酯進(jìn)行微調(diào)，如用密度值分別為ρ1和ρ2的濃硫酸和85%酒精，配制密度值為ρ硫酸氫乙酯時，首先根據(jù)式(2)和式(3)計算各組分量，根據(jù)各組分的體積量進(jìn)行配制。

(2)

V2=V-V1

(3)

式中：V1為第一種溶液的體積，m3；ρ1為第一種溶液的密度,kg/m3；V2為第二種溶液的體積，m3；ρ2為第二種溶液的密度，kg/m3；V為待配制溶液的體積，m3；ρ為欲配制溶液的密度，kg/m3。

2.2　配制方法及注意事項[3，4]

配制硫酸氫乙酯時需要用濃度為85%的酒精液和濃硫酸，而且配制過程中因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，放出大量的熱，液溫超過40℃，檢定液變成暗紅色，影響視覺分辨力，從而影響校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，并且縮短保質(zhì)期，因此該檢定液的配制非常關(guān)鍵，我們在實踐中進(jìn)行了配制條件的選擇，摸索出一套可行的配制方法。

2.2.1試劑的選擇

選擇試劑級的濃硫酸、95%酒精和蒸餾水。因為試劑級的濃硫酸和95%酒精中雜質(zhì)少，配制出的檢定液透明度好，能形成好的彎月面。

2.2.2配制85%的酒精液

先測定一定溫度下95%酒精的密度，按照式(2)和式(3)計算出配制一定量的85%酒精液所需95%酒精和蒸餾水的體積，量取95%酒精和蒸餾水 ，倒入細(xì)口瓶中，配制成85%的酒精液。配制好的酒精液搖勻，放置12h后，用酒精計進(jìn)行測量，如濃度為85%，則可用以繼續(xù)配制硫酸氫乙酯，否則，要重新調(diào)配酒精液濃度，直至達(dá)到85%為止，這也是配制硫酸氫乙酯的關(guān)鍵之一。多次實驗表明酒精液濃度不準(zhǔn)，配制的硫酸氫乙酯不穩(wěn)定，其原因為：1)酒精液濃度較低時，按照公式計算的硫酸過量，由于硫酸的毛細(xì)常數(shù)較大，使得檢定液和密度計接觸處不能形成好的彎月面，甚至呈鋸齒狀；2)按照毛細(xì)常數(shù)表進(jìn)行計算時，計算出的毛細(xì)常數(shù)修正值會產(chǎn)生一定誤差；3)當(dāng)酒精液濃度較低時，由于酒精過量所配制的硫酸氫乙酯不穩(wěn)定，也會產(chǎn)生毛細(xì)常數(shù)修正誤差，影響校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2.3硫酸氫乙酯的粗配

配制硫酸氫乙酯需要硫酸和85%酒精液。先用量筒量取一定體積的85%的酒精水溶液，并將其倒入燒杯中，將盛有85%的酒精水溶液的燒杯放入盛有冷水的容器中，加入硫酸時沿著燒杯內(nèi)壁緩緩地加入，并不斷攪拌，絕不可反向操作及一次加入量過大，以免因局部反應(yīng)而放出大量的熱，強(qiáng)烈沸騰濺出傷人。在加硫酸的同時不斷攪拌，并不斷降溫，隨時觀察液體的溫度，絕不能超過40℃，按此條件配制的檢定液均勻透明，穩(wěn)定性好，能存放較長時間，并可反復(fù)使用。

2.2.4硫酸氫乙酯微調(diào)

硫酸氫乙酯粗配好后，由于混合液體積收縮，需放置2天后搖勻，并待液體靜止后，用密度計測量其密度值，然后根據(jù)需要按照2.1配制公式計算各組分量，按照上述操作程序進(jìn)行微調(diào)，搖勻放置一周后，液體基本穩(wěn)定。

3　不同濃度酒精液配制硫酸氫乙酯的影響

在工作中發(fā)現(xiàn)85%酒精液濃度不準(zhǔn)確，則配制出的硫酸氫乙酯不穩(wěn)定，用該密度液校準(zhǔn)密度計時，結(jié)果不準(zhǔn)確，重復(fù)性差。為了驗證對校準(zhǔn)結(jié)果的影響情況，我們選用同一種濃硫酸和濃度分別為84%、85%、86%的酒精液配制成3種硫酸氫乙酯,用配制好的硫酸氫乙酯，進(jìn)行密度計檢定，比較其校準(zhǔn)結(jié)果。選擇一支1500～1600kg/m3工作密度計，用一等標(biāo)準(zhǔn)密度計對其校準(zhǔn)，控制檢定液溫度20℃，按照式(1)計算被檢密度計的修正值，結(jié)果見表1。

由表1可見，用濃度為84%、85%、86%酒精液配制的硫酸氫乙酯進(jìn)行密度計校準(zhǔn)時，校準(zhǔn)點1500kg/m3的修正值最大差值為0.3kg/m3，由于檢定規(guī)程中規(guī)定，密度計的修正值不能超過±1個分度值，當(dāng)檢定密度計時，可能因為檢定液的不準(zhǔn)，使得檢定結(jié)果超差，而誤判密度計不合格，這給應(yīng)用單位帶來一定影響。因此在配制硫酸氫乙酯時，一定要用85%酒精液配制。

表1　不同濃度酒精液配制硫酸氫乙酯的影響

4　密度計校準(zhǔn)結(jié)果的驗證

我們用最佳方法配制的硫酸氫乙酯進(jìn)行密度計校準(zhǔn)，提高了校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。2011年參加由中國合格評審委員會(CNAS )組織，由中國計量科學(xué)研究院實施的“工作密度計校準(zhǔn)”能力驗證項目，取得了很好的結(jié)果。結(jié)果比較見表2。

由表2的結(jié)果可知，校準(zhǔn)結(jié)果非常準(zhǔn)確，說明本標(biāo)準(zhǔn)器組的計量性能符合要求，同時說明所配制的檢定液穩(wěn)定。

表2　密度計校準(zhǔn)結(jié)果的比較kg/m3

5　結(jié)語

硫酸氫乙酯是密度檢定液的重要組成部分，覆蓋范圍大，其量值準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性是影響密度計校準(zhǔn)結(jié)果的重要因素，一定要重視其配制過程。首先選定一定純度的試劑，避免雜質(zhì)影響視覺分辨力，并熟練掌握配制技術(shù)，以提高校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

[1]JJG 86—2011標(biāo)準(zhǔn)玻璃浮計檢定規(guī)程

[2]JJG 42—2011工作玻璃浮計檢定規(guī)程

[3]李興華.密度、濃度校準(zhǔn).北京:中國計量出版社，1990

[4]李興華.密度計量.北京:中國計量出版社，2002

[5]徐秀華.密度計量.北京:中國計量出版社，2010