趙娟 陸浩 朱俊 劉昆 / 上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

烘干法電子水分測(cè)定儀檢定中常見(jiàn)問(wèn)題及分析

趙娟 陸浩 朱俊 劉昆 / 上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

0 引言

近年來(lái)，隨著烘干法水分測(cè)定儀技術(shù)的革新，烘干法水分測(cè)定儀已被廣泛地運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)藥行業(yè)、食品行業(yè)、環(huán)境衛(wèi)生以及化工業(yè)生產(chǎn)中[1]。烘干法水分測(cè)定儀是基于烘干原理直接對(duì)衡量樣品表面分離物或微量水分進(jìn)行計(jì)量的儀器，作為測(cè)量物品含水量的專(zhuān)用儀器，它可以對(duì)加熱過(guò)程中物理形態(tài)和化學(xué)形態(tài)穩(wěn)定的樣品進(jìn)行表面水分含量的測(cè)定[2]。根據(jù)水分測(cè)定儀顯示方式和衡量裝置的不同，目前市場(chǎng)上的水分測(cè)定儀可分為模擬顯示水分測(cè)定儀和數(shù)字顯示水分測(cè)定儀,其中數(shù)字顯示水分儀即電子水分測(cè)定儀，因其操作簡(jiǎn)單、測(cè)量速度快、測(cè)量效率高而被應(yīng)用較多[3]。依據(jù)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 658-2010《烘干法水分測(cè)定儀》，本文對(duì)電子水分測(cè)定儀在日常檢定中遇到的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)分析，對(duì)如何提高電子水分測(cè)定儀檢定的準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行論述。

1 電子水分測(cè)定儀的正確檢定條件

根據(jù)檢定規(guī)程[4]的要求，水分儀工作的環(huán)境條件為：溫度10～30 ℃，溫度波動(dòng)不大于5 ℃/h，濕度30% RH～70%RH，電源電壓穩(wěn)定。水分測(cè)定儀應(yīng)置于堅(jiān)固平穩(wěn)的工作臺(tái)上使用，周?chē)荒苡杏绊懫溆?jì)量性能的振動(dòng)、氣流、腐蝕性氣體以及強(qiáng)磁場(chǎng)，應(yīng)避免陽(yáng)光直接照射。

1.1 試驗(yàn)前樣品的位置

電子水分測(cè)定儀在測(cè)試前應(yīng)置于堅(jiān)固的平臺(tái)上，并通過(guò)調(diào)整水平儀中的水平泡位置[5]，使其處于水平狀態(tài)，以保證稱(chēng)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.2 預(yù)熱

和電子天平一樣，電子水分儀在測(cè)試前應(yīng)先通電預(yù)熱。通常預(yù)熱時(shí)間應(yīng)大于或等于生產(chǎn)商規(guī)定的時(shí)間，一般不超過(guò)30 min。只有經(jīng)過(guò)充分的預(yù)熱，方可保證水分儀的平衡性能[6]。

1.3 預(yù)壓

通電預(yù)熱時(shí)間內(nèi)因水分儀的傳感器處于休眠狀態(tài)，此時(shí)其恢復(fù)性能欠佳，如果立即進(jìn)行稱(chēng)量，將影響電子水分儀加載后的回零效果，導(dǎo)致其示值不穩(wěn)定和重復(fù)性變大[7]。因此，電子水分儀預(yù)熱后不可立即進(jìn)行稱(chēng)量，應(yīng)進(jìn)行短暫的加載和卸載，為電子水分儀預(yù)壓。

1.4 秤量系統(tǒng)的自校準(zhǔn)

電子水分儀在預(yù)熱之后要先進(jìn)行自校準(zhǔn)后方可進(jìn)行稱(chēng)量測(cè)試。水分儀衡量裝置的自校準(zhǔn)方法分為外部校準(zhǔn)和內(nèi)部校準(zhǔn)。日常檢定中，遇到的型號(hào)大多為外部校準(zhǔn)。一般在水分儀預(yù)熱之后，按照說(shuō)明書(shū)指示，找到設(shè)置“CAL”的相應(yīng)操作鍵，再配備標(biāo)準(zhǔn)砝碼，完成對(duì)水分儀衡量裝置的自校準(zhǔn)。

2 電子水分測(cè)定儀的檢定分度數(shù)判定及準(zhǔn)確度等級(jí)與e、n關(guān)系

根據(jù)檢定規(guī)程，電子水分測(cè)定儀按其衡量裝置的檢定分度值e和檢定分度數(shù)n，n=Max/e，劃分為兩個(gè)等級(jí)：特種準(zhǔn)確度級(jí)和高準(zhǔn)確度級(jí)，如表1所示。

表1 水分測(cè)定儀的準(zhǔn)確度等級(jí)與e、n的關(guān)系

2.1 衡量裝置的最大允許誤差

衡量裝置的檢定項(xiàng)目包括示值誤差和重復(fù)性，最大允許誤差應(yīng)滿(mǎn)足表2的要求。

表2 電子水分測(cè)定儀衡量裝置的最大允差(MPE)

2.2 電子水分測(cè)定儀的水分誤差

電子水分儀烘干裝置的檢定方法：首先在試樣盤(pán)上放上玻璃纖維紙，在105 ℃溫度下，選擇標(biāo)準(zhǔn)烘干程序，以1 mg/60 s的失水速率判定法對(duì)其進(jìn)行預(yù)烘；預(yù)烘結(jié)束后，按去皮鍵，然后用5 ml移液器取5 ml的氯化鈉溶液(濃度為5%)均勻地滴在玻璃纖維紙上，啟用標(biāo)準(zhǔn)加熱方式，以1 mg/60 s的失水速率判定，記下最終的水分值。若水分測(cè)定儀的測(cè)量結(jié)果以質(zhì)量值顯示，按下列公式計(jì)算水分值：

式中：M2—— 水分含量，% ；

ω1—— 初始顯示樣品質(zhì)量值，g；

ω2—— 烘干后顯示樣品質(zhì)量值，g

氯化鈉溶液為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，其制備方法符合GB/T 603-2002《化學(xué)試劑試驗(yàn)方法中所用制劑及制品的制備》中的有關(guān)規(guī)定[4]。其濃度可由下式計(jì)算：

式中：c3(Nacl) —— 標(biāo)準(zhǔn)氯化鈉溶液濃度，%；

c2(Nacl) —— 標(biāo)準(zhǔn)氯化鈉溶液的質(zhì)量-體積濃度，g/mL；

ρ—— 標(biāo)準(zhǔn)氯化鈉溶液的密度，g/mL

電子水分測(cè)定儀的顯示水分值（M2）與標(biāo)準(zhǔn)水分值（1 -c3(Nacl) = 95%）之間的差值應(yīng)滿(mǎn)足表3。

表3 電子水分測(cè)定儀的最大允差（MPE）

3 常見(jiàn)型號(hào)及實(shí)際檢定中的問(wèn)題

日常檢定中常見(jiàn)的電子水分儀生產(chǎn)廠(chǎng)商有：梅特勒-托利多、賽多利斯、 奧豪斯、日本A&D、日本島津、美國(guó)丹佛、ADAM、上海精科天美天平科學(xué)儀器有限公司、上海精密科學(xué)儀器有限公司等。

3.1 量程和實(shí)際分度值的判斷

實(shí)際檢定過(guò)程中，一些水分儀的量程范圍比較容易搞錯(cuò)。例如METTLRT TOLEDO型號(hào)為HG63-P，最大秤量是61 g，而不是60 g；HG83-P的最大量程是81 g而不是80 g；sartorius 型號(hào)為MA45的最大量程是45 g，而不是40 g；OHAUS型號(hào)MB25的量程為99 g/5 mg ，110 g/10 mg雙量程；MB23為99 g/5 mg，110 g/10 mg雙量程；MB35量程為單量程35 g/5 mg，諸如此類(lèi)問(wèn)題。因此，在實(shí)際檢定過(guò)程中，為了防止出錯(cuò)，在有說(shuō)明書(shū)的情況下應(yīng)首先仔細(xì)閱讀說(shuō)明書(shū)；其次，在加載標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行稱(chēng)量測(cè)量時(shí)，再次仔細(xì)確認(rèn)實(shí)際分度值、量程分段點(diǎn)和最大量程點(diǎn)。

3.2 校準(zhǔn)方法

3.2.1 加熱單元的校準(zhǔn)

一些電子水分測(cè)定儀的加熱單元也可以進(jìn)行校準(zhǔn)，如sartorius型號(hào)為MA35的水分儀，其加熱單元的校準(zhǔn)步驟可參看YTM04MA溫度校準(zhǔn)套件的的說(shuō)明書(shū)。由于JJG 658-2010中沒(méi)有對(duì)溫度元件檢定的要求，這里就不再贅述。

3.2.2 秤量系統(tǒng)的校準(zhǔn)

在實(shí)際檢定過(guò)程中，水分儀的秤量校準(zhǔn)可通過(guò)按照說(shuō)明書(shū)的指示來(lái)完成。秤量校準(zhǔn)分為內(nèi)校和外校。其中有的水分儀秤量外校是直接在支架上放置校準(zhǔn)砝碼，如sartorius的MA系列：MA35，MA150,MA100（例如MA100，通過(guò)按“Test”鍵找出校準(zhǔn)程序，屏幕顯示“-100.000 g”,然后放置校準(zhǔn)砝碼完成校準(zhǔn)）。有的水分儀的校準(zhǔn)必須要配用自帶的試樣盤(pán)，在試樣盤(pán)上放置外部校準(zhǔn)砝碼才可完成校準(zhǔn)。例如METTLER TOLEDO的HX204水分儀，通過(guò)“主界面＞測(cè)試/校正＞校正”，可進(jìn)行校準(zhǔn)。OHAUS的水分儀通過(guò)按主界面的砝碼圖樣的按鍵來(lái)完成校準(zhǔn)。A&D型號(hào)為MF-50水平儀，通過(guò)長(zhǎng)按“PROGRAM”鍵，出現(xiàn)“CH”，再按“PROGRAM”一次，出現(xiàn)“CAL”，再按“ENTER”鍵等組合鍵完成校準(zhǔn)。通過(guò)正確的秤量校準(zhǔn)，可減小測(cè)定樣品實(shí)際質(zhì)量和顯示測(cè)量值的差異，提高水分儀烘干裝置的準(zhǔn)確性。

3.3 加熱過(guò)程注意事項(xiàng)

根據(jù)檢定規(guī)程，水分儀的加熱方法是在105 ℃下，用standard自動(dòng)加熱模式加熱。設(shè)置好加熱方式和溫度后，在烘樣品前要進(jìn)行預(yù)烘。而有些水分儀不具備預(yù)烘功能，或者無(wú)法設(shè)置預(yù)烘。此外，有些水分儀啟動(dòng)烘干模式時(shí)，不是通過(guò)按啟動(dòng)鍵，而是通過(guò)閉合箱蓋。這樣在結(jié)束時(shí)，匆忙啟開(kāi)蓋子容易造成人員灼傷。安全性應(yīng)該受到足夠重視。

3.4 加熱后結(jié)果分析

實(shí)際檢定過(guò)程中，有時(shí)加熱結(jié)束后，顯示水分值與標(biāo)準(zhǔn)水分值之差超出允許誤差范圍。影響因素有：三角支架沒(méi)有放好，樣品鋁盤(pán)變形，玻璃纖維紙沒(méi)有進(jìn)行足夠預(yù)烘，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)Nacl溶液失效（如烘干后結(jié)果水分顯示為100%）。還有一些Nacl溶液在有效期內(nèi)，但是烘干結(jié)果也超出誤差。根據(jù)檢定經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在吸取Nacl溶液前，將盛有Nacl溶液的瓶子搖一搖，再用移液器吸取溶液進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果會(huì)在誤差范圍內(nèi)。可見(jiàn)，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的精度會(huì)影響檢定結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

以上主要根據(jù)烘干法水分測(cè)定儀的檢定規(guī)程，對(duì)烘干法數(shù)顯水分儀的正確檢定條件、方法進(jìn)行了闡述，并結(jié)合實(shí)際檢定中遇到的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)及分析，提高烘干法水分儀檢定的準(zhǔn)確性和可靠性。

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