王愛萍，劉霞，姚旭霞，劉新，龔維

（中國兵器集團工業(yè)集團第五三研究所，濟南 250031）

影響常用玻璃量器校準結果準確性的因素及技術建議

王愛萍，劉霞，姚旭霞，劉新，龔維

（中國兵器集團工業(yè)集團第五三研究所，濟南 250031）

玻璃量器是化學分析實驗中使用非常普遍的計量器具，它主要包括滴定管、容量瓶、分度吸量管、單標線吸量管、量筒、量杯等6種。玻璃量器的量值是否準確可靠，將直接影響化學標準溶液、標準物質的量值以及化學分析測試結果的準確性。因此必須對常用玻璃量器實施校準，以保證容量量值的準確可靠。

玻璃量器的校準方法有衡量法和容量比較法兩種。衡量法通常用于標準玻璃量器、常用玻璃量器（A級）、微量量器和其它高準確度量器的容量檢定。容量比較法是通過介質采用標準量器的容量與被檢量器的容量進行直接比對的方法，其計量準確度低于衡量法。筆者主要分析總結了采用“衡量法”進行常用玻璃量器的校準，影響其結果準確性的因素及技術建議。

1 玻璃量器的清潔程度

在玻璃量器的校準中，量器內壁的清潔度是獲得準確結果的前提條件。對于容量瓶，內壁的不清潔會產(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定，易導致測量結果偏低。另外，內壁的不清潔還會造成彎液面形狀的不穩(wěn)定，即在同一分度線上，幾次調定的彎液面形狀不相同，影響液面的觀察與調定。

對于吸量管和滴定管，內壁不潔會導致“掛水”使排出的水量減少，如果內壁沾附有油類物質，則液膜不能正常形成，使管內的殘留量減少，排出的水量增加。因此吸量管和滴定管內壁不清潔，造成測量結果的誤差可能為正，也可能為負。為了減小量器內壁不清潔對容量校準的影響，校準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，保證內壁不掛水，使其清潔度達到校準要求。

2 彎液面最低點的觀察方法

2.1 液面的觀察和調定

液面的觀察和調定直接影響測量結果，是產(chǎn)生測量誤差的重要因素。

我國與國際標準一致，均采用彎液面最低點作為凹液面調定和讀數(shù)的標志。調定液面時，應使彎液面最低點與分度線上邊緣的水平面相切，視線應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，觀察者的視線應使量器的前后兩部分圍線的上邊緣相重合，即視線應與圍線上邊緣處于同一水平面上，使彎液面最低點與圍線上邊緣相切。

由于操作者的個人習慣，調定液面時，視線可能高于或低于真實的分度線位置。液面調定后其最低點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。一般操作者在調定液面時能將液面調定誤差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。設視線偏離水平面引起的測量誤差為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量誤差ΔV：

雖然具圍線的量器有助于調節(jié)視線的水平，避免視線不水平所造成的視差，但調節(jié)視線使圍線前后部分的上邊緣相重合時，其重合程度由于操作者眼睛的分辨能力，也會產(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到0.1 mm左右，若觀察圍線時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。當量器內徑大于5 mm時，視線不水平所引起的視差較大，則產(chǎn)生的測量誤差會較大。

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才是真正的彎液面最低點，其上層和中層陰影帶只是光線折射和反射的結果。

如果操作人員按各自的習慣，以彎液面的中間層或底層輪廓的最低點進行讀數(shù)和調定液面，對于通過上下兩個液面讀數(shù)的量器(如滴定管)，由于系統(tǒng)誤差，可能造成的影響不大；而對于僅以一個液面讀數(shù)的量器(如容量瓶)則會產(chǎn)生較大的測量誤差。因此觀察液面時應以白色為背景，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。黑色紙帶應緊靠量器管壁放置，此時液面底層呈現(xiàn)黑色，且輪廓分明清晰可辨，從而提高了液面觀察與調定的準確性。

經(jīng)實驗100 mL容量瓶是否使用遮光帶正確觀察液面，測量結果相差約0.03 mL。不加遮光帶測量結果易偏低。

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外，主要取決于水溫。當環(huán)境溫度較高或較低時，非中央空調控制的實驗室需使用空調進行較大幅度的降溫或升溫來控制溫度，此時可能存在室溫、量器溫度和水溫三者溫度的不一致將會造成較大的測量誤差。若水溫與量器的實際溫度相差Δt，玻璃體膨脹系數(shù)為β，則由此帶來的容量誤差為：

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。

儲水瓶與空調安放的相對位置至關重要。因為空調室內整個空間的溫場分布情況復雜，其溫度梯度往往很大，易造成室內不同高度、不同位置上的室溫不均衡。如果儲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，也會造成較大的測量誤差，此種情況復雜，較難量化。

用衡量法對量器進行容量校準時，實驗室應具有穩(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口的相對位置，以減小環(huán)境條件對校準的影響。

3.2 水溫測量誤差對容量測量的影響

測量過程中，測量的水溫并不是貯水瓶內的水溫，而是量器內的水溫，準確地說是在調定或讀取液面時量器內的水溫。由于工作室溫度的變化會導致水溫的變化，若不及時準確地測量也會造成誤差。

4 空氣密度的影響

對于一般工作量器的容量測量，空氣密度通常取平均值1.20 kg／m3。當準確度要求較高，如檢定標準玻璃量器，或在某些地區(qū)空氣密度偏離平均空氣密度較大時，需對空氣密度進行測量。若實際空氣密度與表中的約定值不一致，將對被測量器的量值造成誤差。

空氣密度與實驗室溫度、氣壓、濕度有關，室溫、氣壓或濕度的變化都會引起空氣密度的變化，從而給測量結果帶來誤差。該誤差的大小根據(jù)下式計算：

式中：ρB——砝碼密度，取8.00 g/cm3；

ρA——實驗室內的空氣密度，g/cm3；

ρw——t℃時純水的密度，g/cm3；

β——被檢玻璃量器的膨脹系數(shù)，℃–1；

t——檢定時純水的溫度，℃。

稱量結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±2.5%，空氣密度的變化引起k(t)值的差值為3.0×10–5cm3／g。

5 操作過程的影響因素

5.1 水液蒸發(fā)的影響

水液蒸發(fā)對測量結果也會產(chǎn)生一定的影響。測量過程中為減小水液蒸發(fā)的影響，容量檢定中必須對稱量杯（瓶）加蓋，并盡量縮短稱量時間，否則將造成測量結果偏低。

吸量管和滴定管在排液時液流表面與空氣接觸，也會有一定的蒸發(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，會加速水液的蒸發(fā)。因此校準吸量管和滴定管時，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量是通過稱量杯（瓶）稱量的。在空杯和盛水時的兩次稱量中，稱量杯是否衡重將直接影響到表觀質量。校準過程中，擦干后的濕稱量杯，由于吸附了空氣中的水分，其表面會逐漸變得濕潤。經(jīng)過一定時間后稱量杯表面的水分與空氣中的水分達到平衡，稱量杯才能達到衡重。因此對于高精度的測量和小容積測量，此誤差因素不可忽視，建議對剛擦干的稱量杯放置3 min以上再使用。

5.2 容量瓶的校準

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

操作者的大拇指和食指應握在具塞瓶口處，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，導致測量結果偏低。

5.3 吸量管的校準

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

吸量管屬于量出式量器，其排液時間的長短影響量器內殘留液體量，造成測量結果的差異。吸液時，不要使液面高于標線太高，否則吸量管非計量部分沾附過多的液體，在調定液面和排液時流下來，造成測量結果偏高。

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

5.4 滴定管的校準

滴定管校準時，水的流出時間、滴定管的垂直狀態(tài)和流液口的狀態(tài)都會直接影響其量值的準確性。

具塞滴定管的塞、無塞滴定管的下部流液嘴，均應配套使用，不同號的不能使用。使用具塞滴定管，轉動活塞時不要向外拉，以免活塞芯移位造成漏水，也不要用力向里扣，以免使活塞芯對套壓迫太緊而轉動不靈活。使用無塞滴定管時，手捏住流液口使之垂直不擺動，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。

調零前，須檢查滴定管流液口有無氣泡。調定零位時，不要使液面超出標線過高，否則非計量部分沾附過多的液體，在調定液面和排液時流下來，造成測量結果偏高。滴定管排液時，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多，堵塞活塞孔和流液口，延長排液時間造成測量結果的差異。

為了使滴定管（乳白背藍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處在同一水平面上，從而提高液面觀察與調定的準確性。

6 結語

常用玻璃量器校準結果的準確性受多種因素影響，在實際操作過程中，由于實驗室測量器具和操作人員不同，往往容易忽視對某些影響因素的研究和評價，造成校準結果的不準確和不統(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、操作過程等對校準結果的影響程度并給出了合理的技術建議，對實施常用玻璃量器校準、保障校準結果的準確和統(tǒng)一具有重要的意義。

［1］GB／T 12810–1991 實驗室玻璃量器的容量校準和使用方法［S］.

［2］JJG 196–2006 常用玻璃量器［S］.

2014年美國分析儀器市場預計達73億

通過收集美國市場儀器儀表設備的數(shù)據(jù)信息，Market Research.com公布了一份新的市場報告——“美國分析儀器市場預測報告”。

2011年，美國分析儀器市場規(guī)模預計將達到66億美元。而據(jù)以上發(fā)展態(tài)勢，美國分析儀器市場預計到2014年可達到73億美元。其中，這一市場的增長在很大程度上依賴于幾個行業(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)的大多部門運行良好，且資本支出多是有效的，而這些行業(yè)的質量監(jiān)控將促進分析儀器整體市場的發(fā)展。此外，政府為了確保社會安全而進行的儀器采購仍然位于所有行業(yè)的前列。金屬加工在線將從檢測、測量儀器在金屬加工行業(yè)的發(fā)展趨勢做更多的分析預測。

當前美國分析儀器市場中的主流產(chǎn)品包括氣體分析儀器、液體分析儀器、最終控制元件、電子流量計和控制系統(tǒng)，2011年這些儀器加在一起可能占市場總量的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)方面的相關法規(guī)措施，將成為這些細分儀器市場的主要驅動力。

O657.12

A

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