鉑鈷比色法水質(zhì)色度儀校準(zhǔn)方法的探討*

孫曉萍　蔡宗霖　李　琛　袁曉麗　王東麗

(1.河南省計(jì)量科學(xué)研究院，鄭州 450008；2.河北省計(jì)量科學(xué)研究所，石家莊 050000)

0　引言

色度是水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的一項(xiàng)重要指標(biāo)。天然水中因含有Fe(Ⅱ,Ⅲ)、Mn(Ⅱ)等金屬離子以及腐殖質(zhì),使水體著色。水質(zhì)色度儀是用來(lái)測(cè)定水的色度的測(cè)量?jī)x器，主要用于清潔水、輕度污染并略帶黃色調(diào)的水、比較清潔的地面水、地下水和飲用水的色度檢測(cè)。水質(zhì)色度儀廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、生活污水處理廠、純凈水廠、自來(lái)水廠、飲料廠、環(huán)境監(jiān)測(cè)、防疫系統(tǒng)和醫(yī)院等部門。目前水質(zhì)色度儀沒(méi)有相應(yīng)的國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范，為此，我們根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)以及儀器的結(jié)構(gòu)原理，對(duì)其校準(zhǔn)方法做一初步的探討。

1　測(cè)量原理及特性

鉑鈷比色法水質(zhì)色度儀是根據(jù)光電比色原理，采用鉑鈷色度單位，測(cè)定水質(zhì)色度的計(jì)量?jī)x器，通常由光源、濾光片、樣品池、光電檢測(cè)器、放大和顯示等部分組成。通過(guò)測(cè)定水樣對(duì)特定波長(zhǎng)(單色光)的吸光度來(lái)確定水樣的色度值。

根據(jù)儀器工作原理，計(jì)量特性包含三個(gè)方面：零點(diǎn)漂移、儀器示值誤差與重復(fù)性。

1)零點(diǎn)漂移：儀器在15min內(nèi)的零點(diǎn)漂移一般不應(yīng)超過(guò)所在量程范圍滿量程值的±2%。

2)示值誤差：儀器的示值誤差不應(yīng)大于±5%FS。

3)重復(fù)性：對(duì)同一樣品進(jìn)行重復(fù)性測(cè)量時(shí)，儀器測(cè)量值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不應(yīng)大于3%。

注：以上指標(biāo)不用于合格性判別，僅供參考。

2　校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

2.1　國(guó)家有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

可以購(gòu)買有證色度溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，500度，國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

注：度為色度的標(biāo)準(zhǔn)單位，每升含有2mg六水合氯化鈷(Ⅱ)和1mg鉑〔以六氯鉑(Ⅳ)酸的形式〕的鉑鈷溶液的顏色為1度。

2.2　色度儲(chǔ)備溶液

當(dāng)色度標(biāo)準(zhǔn)溶液用量較多時(shí)，可以在實(shí)驗(yàn)室自行配置。配置方法如下：

用分析天平或電子天平(最小分度值不大于0.1mg)稱取分析純的氯鉑酸鉀(K2PtCl6)1.245g±0.001g和分析純的六水氯化鈷(CoCl2·6H2O)1.000g±0.001g，用約500mL水溶解，加入100mL±1mL鹽酸(ρ=1.18g/mL)，用水定容至1000mL容量瓶即可。此溶液為色度標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，相當(dāng)于500度。應(yīng)避光儲(chǔ)存在棕色玻璃瓶中，存放溫度不超過(guò)30℃。

2.3　色度系列標(biāo)準(zhǔn)溶液

使用時(shí)根據(jù)儀器量程將2.1或2.2中的溶液用純水逐級(jí)稀釋即可。

3　校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法

3.1　零點(diǎn)漂移

選用最小量程，用光學(xué)純水調(diào)好零點(diǎn)C0，每隔5min記錄自動(dòng)或數(shù)字式儀器的示值，持續(xù)觀測(cè)15min，取偏離C0最大的值Cmax，按式(1)計(jì)算儀器的零點(diǎn)漂移ΔC0。

(1)

式中C為所選量程范圍的滿量程值。

3.2　示值誤差

當(dāng)儀器的測(cè)量范圍上限不大于50度時(shí)，均勻取三個(gè)測(cè)量點(diǎn)，選用色度值分別為儀器滿量程的20%、50%、80%的色度系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)量3次。按式(2)分別計(jì)算不同色度值的示值誤差ΔC。

(2)

對(duì)于具有多量程的儀器，應(yīng)在其他各量程選定一個(gè)色度值為量程中間測(cè)量點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按上述方法進(jìn)行校準(zhǔn)。

3.3　重復(fù)性

選用標(biāo)稱值在儀器量程范圍約80%處的標(biāo)準(zhǔn)溶液，連續(xù)重復(fù)測(cè)量6次，記錄每次的測(cè)量值，按式(3)計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD。

(3)

4　校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度評(píng)定

4.1　建立數(shù)學(xué)模型

根據(jù)上述校準(zhǔn)方法，色度示值誤差的數(shù)學(xué)模型同式(2)。

4.2　不確定度來(lái)源及評(píng)定

4.2.240度色度標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度u(Cs)

1)500度的色度標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書給出：U=5度(k=2)則

2)將500度溶液稀釋至40度引入的不確定度

b.移取及定容時(shí)由體積重復(fù)性產(chǎn)生的不確定度：稀釋溶液的重復(fù)性可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到：分別對(duì)10mL分度吸管、100mL容量瓶反復(fù)充滿10次并進(jìn)行稱量，得到實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.008mL、0.02mL，因此移取及定容引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為：u2(V10mL)=0.08%、u2(V10mL)=0.02%。

上述三方面因素彼此獨(dú)立不相關(guān)，則合成的體積分量不確定度為：

則

4.2.3合成不確定度

=0.80%

4.2.4擴(kuò)展不確定度

取k=2,U=k·u(ΔC)=2×0.80%=1.6%

5　結(jié)束語(yǔ)

在日常的檢定或校準(zhǔn)中，由于缺乏可依據(jù)的檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范等技術(shù)性文件，影響了水質(zhì)色度儀的溯源性和準(zhǔn)確性。本文根據(jù)水質(zhì)色度儀的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，分別對(duì)零點(diǎn)漂移、示值誤差和測(cè)量重復(fù)性等三個(gè)計(jì)量特性指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)，并對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定進(jìn)行了分析。實(shí)踐結(jié)果表明，該校準(zhǔn)方法切實(shí)可行，能較好的反映儀器的計(jì)量性能。

[1]郜洪文.分光光度法測(cè)定工業(yè)廢水色度研究.環(huán)境工程，1993，11(5)

[2]王安，謝宇，梁柱.水中色度測(cè)定的研究.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2000，16(2)

[3]GB/T 11903—1989水質(zhì)色度的測(cè)定[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989

[4]國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.國(guó)家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則(JJF1071-2000)[S].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2000

[5]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.測(cè)量不確定度評(píng)定與表示(JJF1059.1-2012)[S].北京:中國(guó)質(zhì)檢出版社,2013

[6]李慶忠，李宇紅.計(jì)量不確定度評(píng)估要點(diǎn).計(jì)量技術(shù)，2003(1)

[7]張瓏，紀(jì)建英.常用玻璃量器測(cè)量不確定度評(píng)定.計(jì)量技術(shù)，2008(10)