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        土壤樣品中堿解氮測定不確定度評定

        2012-09-08 02:22:54蔡玉曼彭磊常青陳美芳李海敏
        地質(zhì)學刊 2012年2期
        關鍵詞:滴定管標準溶液標定

        蔡玉曼,彭磊,常青,陳美芳,李海敏

        (1.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院,江蘇南京210018;2.江蘇出入境檢驗檢疫局,江蘇南京210001)

        土壤樣品中堿解氮測定不確定度評定

        蔡玉曼1,彭磊1,常青1,陳美芳1,李海敏2

        (1.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院,江蘇南京210018;2.江蘇出入境檢驗檢疫局,江蘇南京210001)

        通過容量法測定土壤樣品中堿解氮,重復測定11次,計算實驗標準差,同時對測試過程系統(tǒng)效應產(chǎn)生的不確定度分量進行評估。經(jīng)評定,不確定度主要由鹽酸標準溶液標定、樣品重復性試驗和樣品制備所產(chǎn)生。當土壤樣品中堿解氮質(zhì)量分數(shù)為58.4、73.4、95.1、169 mg/kg時,其擴展不確定度分別為2.0、2.4、3.4、5.0 mg/kg。測定不確定度越小,用測定值表示真值的可靠性越高。

        容量法;土壤;堿解氮;不確定度評定

        0 引言

        土壤堿解氮是作物氮營養(yǎng)的主要來源。對測定土壤堿解氮的不確定度進行評定,可以判斷在測定過程中被測量值的分散性與測量結果相聯(lián)系的參數(shù),定量表示測量結果的可信程度,是對測量結果的正確表述(JJF 1059—1999),對正確判斷評估氮素豐缺有著指導意義。本評定依據(jù)《化學分析中不確定度的評估指南》(CNAS-GL06—2006)要求,采用綜合評定法評價不確定度。

        1 測試原理和測試過程

        1.1 測試原理

        用氫氧化鈉溶液處理土壤,對于硝態(tài)氮質(zhì)量分數(shù)較高的土壤,須加還原劑還原,土壤于堿性條件下進行水解,使易水解態(tài)氮經(jīng)堿解轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮,擴散后由硼酸溶液吸收,用標準酸滴定,計算堿解氮的質(zhì)量分數(shù)。

        1.2 測試方法

        測定方法見《森林土壤水解性氮的測定》(LY/T 1229—1999)。

        2 建立數(shù)學模型

        式中,w(N)為堿解氮質(zhì)量分數(shù)(mg/kg);V1為滴定待測液用去的鹽酸標準溶液體積(mL);V0為滴定試劑空白試驗用去的鹽酸標準溶液體積(mL);c為鹽酸標準溶液的濃度(mol/L);14為氮原子的摩爾質(zhì)量(g/mol);m為風干土壤樣品質(zhì)量(g)。

        3 不確定度的主要來源及其分析

        容量法測定土壤樣品中堿解氮的影響因數(shù)的不確定度主要有:(1)樣品制備過程引入的不確定度u1。包括:樣品均勻性、天平的最大允許誤差等。(2)滴定導致的不確定度u2。包括:滴定管容量允差、校準溫度差異和肉眼判斷滴定終點引入的偏差。(3)標定鹽酸標準溶液濃度帶來的不確定度u3,包括:①基準物質(zhì)的純度;②稱量;③標定體積;④摩爾質(zhì)量。(4)轉(zhuǎn)換系數(shù)14導致的不確定度u4。(5)重復性實驗產(chǎn)生的不確定度u5。(6)試劑空白產(chǎn)生的不確定度u6。

        4 不確定度的評定

        4.1 樣品制備過程引入的不確定度u1

        樣品制備過程引入的不確定度u1。包括:樣品均勻性、天平的最大允許誤差等。

        4.1.1 取樣u1-1本實驗采用的樣品通過2 mm篩孔的風干土樣1.00 g,按DZ/T 0130—2006規(guī)定,經(jīng)球磨,過2 mm篩后混合均勻,隨機取樣,可以認為樣品是均勻的,代表性充分,由此所致的不確定度忽略不計,u1-1=0。

        4.1.2 樣品稱量u1-2采用精度為0.001 g的電子天平,稱量1.00 g樣品(精確至0.01 g),其最大允差±0.01 g。稱量2次,一次是空盤置零,一次是毛重。導致的標準不確定度按二次矩形分布相對標準不確定

        則樣品制備過程引入的不確定度u1rel= 0.008 17。

        4.2 滴定導致的不確定度u2

        滴定導致的不確定度包括滴定管容量允差u2-1、校準溫度差異u2-2和肉眼判斷滴定終點引入的偏差u2-3。

        4.2.1 滴定管容量允差u2-1滴定過程采用的是2.000 mL的微量滴定管,參照JJG 196—2006中分度吸管的規(guī)定,分度值為0.001 mL的允許差為±0.003 mL,標定體積為三角分布,則滴定管容量

        4.2.2 校準溫度差異u2-2本試驗在夏天空調(diào)房間28℃的室溫下進行,而JJG 196—2006校準溫度是20℃,溫差為8℃,由膨脹系數(shù)(以水的膨脹系數(shù)計算)為2.1×10-4/℃得到2.000 mL的標準不確定度

        4.2.3 肉眼判斷滴定終點引入的偏差u2-3依據(jù)經(jīng)驗,肉眼判斷滴定終點引入的偏差u2-3=0.003 mL。

        則滴定導致的不確定度

        4.3 標定鹽酸標準溶液濃度帶來的不確定度u3

        采用基準物質(zhì)無水碳酸鈉標定鹽酸的濃度,計算公式如下:

        式中,c為鹽酸標準溶液的濃度(mol/L);m1為碳酸鈉基準物質(zhì)的質(zhì)量(g);V1為滴定基準碳酸鈉所消耗鹽酸標準溶液的體積(mL);V2為滴定空白所消耗鹽酸標準溶液的體積(mL);52.994為1/2碳酸鈉的摩爾質(zhì)量(g/mol)。

        則標定鹽酸標準溶液濃度帶來的不確定度u3包括基準物質(zhì)的純度u3-1、稱量u3-2、標定體積u3-3、摩爾質(zhì)量u3-4、標定過程隨機效應u3-5等不確定度。4.3.1基準物質(zhì)的純度u3-1基準物質(zhì)碳酸鈉的純度P為(100±0.05)%,取矩形分布,則基準物質(zhì)純度的標準不確定度u3-1=0.05%=0.029%,相對不確定度u3-1rel=0.029%/100%=0.000 29。

        4.3.2 稱量u3-2在實際操作中,基準物質(zhì)的稱取量約0.010 0 g,分析電子天平精度為0.000 1 g,其最大允差為±0.000 1 g,在稱量時導致的標準不確相對不確定度u3-2rel=0.000 082/0.010 0=0.008 2。

        4.3.3 標定體積u3-3滴定過程采用的是50.00 mL的滴定管,參照JJG 196—2006的規(guī)定,A類滴定管其允許差為±0.05 mL,標定體積為三角分布,則滴定管容量允差

        標定鹽酸標準溶液消耗的體積在19 mL左右,由校準溫度差異引入的不確定度u3-3-2=

        在實際工作中,標定鹽酸溶液的空白為零,故由空白引入的不確定度u3-3-3=0。

        肉眼判斷終點引入的偏差u3-3-4=0.003 mL。

        由此,標定體積引入的不確定度u3-3=,相對不確定度u3-3rel=0.029 mL/19 mL=0.001 6。

        4.3.4 摩爾質(zhì)量u3-4根據(jù)國際純粹與應用化學聯(lián)合會(IUPAC),碳酸鈉分子式中各元素的標準偏差及標準不確定度見表1,則碳酸鈉摩爾質(zhì)量的不確定度u3-4=0.000 60 g/mol,相對不確定度u3-4rel=0.000 60/52.994=0.000 012。

        表1 元素的標準偏差及標準不確定度

        4.3.5 標定過程隨機效應u3-5本實驗標定為5次,最后的濃度值取5次測定的平均值為0.009 647 mol/L。實際操作中5次測定的標準偏差為0.000 069 mol/L,標準不確定度u3-5=相對標準不確定度u3-5rel=0.003 2。

        綜上,標定鹽酸溶液的相對不確定度u3rel=

        標準不確定度u3=0.009 647 mol/L×0.009 0= 0.000 008 7 mol/L。

        4.4 轉(zhuǎn)換系數(shù)14導致的不確定度u4

        由IUPAC的國際原子量表,氮的摩爾質(zhì)量14的偏差為0.000 07 g/mol,標準不確定度u4= 0.000 041 g/mol,相對不確定度u4=0.000 002 9。4.5重復性實驗產(chǎn)生的不確定度u5

        本實驗對4個土壤樣品進行11次測定,通過計算其平均值ˉw、標準偏差s及標準不確定度u5、相對標準不確定度u5rel的結果見表2,其中單次測量的不確定度,算術平均值的不確定度

        4.6 試劑空白u6

        本實驗所用試劑均為分析純,符合本法要求,因而扣除空白所致的堿解氮的微小變化產(chǎn)生的影響很小,可忽略不計,u6=0。

        5 不確定度分量列表

        根據(jù)以上分析評定,主要的不確定度分量列于表3。

        表2 土壤堿解氮質(zhì)量分數(shù)重復性試驗結果

        6 相對合成標準不確定度

        將各不確定度分量進行合成,urel=4個土壤樣品的相對合成不確定度見表3。

        7 擴展不確定度

        在沒有特殊要求的情況下,按國際慣例,測量結果的擴展不確定度包含因子k取2,則相對擴展不確定度Urel=k×urel,則擴展不確定度U=Urel×ˉw。

        按容量法重復11次,測定土壤樣品中堿解氮的質(zhì)量分數(shù)平均值,測定不確定度分量見表3。

        表3 土壤樣品中堿解氮質(zhì)量分數(shù)測定不確定度分量

        8 結論

        本例通過對生態(tài)地球化學土壤樣品中堿解氮質(zhì)量分數(shù)的重復性測量結果計算實驗標準差,同時對測量過程系統(tǒng)效應產(chǎn)生的不確定度分量進行評估,最后計算相對合成不確定度,求出土壤樣品中堿解氮質(zhì)量分數(shù)的擴展不確定度。不確定度的主要貢獻是鹽酸標準溶液標定、樣品重復性試驗和樣品制備。當土壤樣品中堿解氮質(zhì)量分數(shù)為58.4、73.4、95.1、169 mg/kg時,其擴展不確定度分別為2.0、2.4、3.4、5.0 mg/kg。測定不確定度越小,用測定值表示真值的可靠性越高。

        CNAS-GL06—2006,化學分析中不確定度的評估指南[S].

        DZ/T 0130—2006,地質(zhì)礦產(chǎn)實驗室測試質(zhì)量管理規(guī)范[S].

        杭州大學化學系分析化學教研室.1982.分析化學手冊(第二分冊):化學分析[M].北京:化學工業(yè)出版社.

        JJF 1059—1999,測量不確定度評定與表示[S].

        JJG 196—2006,常用玻璃量具[S].

        LY/T 1229—1999,森林土壤水解性氮的測定[S].

        Uncertainty evaluation of measurement results for determination of alkaline-N in soil

        CAI Yu-man1,PENG Lei1,CHANG Qing1,CHEN Mei-fang1,LI Hai-min2
        (1.Geological Survey of Jiangsu Province,Nanjing 210018,China;2.Jiangsu Entry-Exit Inspeition and Quarantine Bureau,Nanjing 210001,China)

        Alkaline-N in soil was determined through volumetric method for 11 times,standard deviation was calculated and uncertainty assessment was evaluated in experiment testing process system at the same time.Uncertainty was generated by hydrochloric acid calibration,sample repeatability tests and sample preparation.When the content of alkaline-N in soil samples reached 58.4,73.4,95.1 and 169 mg/kg,its extending uncertainty was 2.0,2.4,3.4 and 5.0 mg/kg,respectively.

        Volumetric method;Soil;Alkaline-N;Uncertainty evaluation

        book=1,ebook=71

        X833

        A

        1674-3636(2012)02-0212-04

        10.3969/j.issn.1674-3636.2012.02.212

        2011-03-08;

        2011-05-10;編輯:蔣艷

        蔡玉曼(1964—),女,高級工程師,從事化學分析及質(zhì)量管理工作,E-mail:yuman@sina.com

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