張錚

（梧州市水文水資源局 廣西梧州市 543001）

淺析量值溯源在化學(xué)分析測(cè)量中的作用及影響

張錚

（梧州市水文水資源局 廣西梧州市 543001）

本文簡(jiǎn)要闡明了量值溯源的概念和計(jì)量檢測(cè)/校準(zhǔn)的意義，分析酸度計(jì)應(yīng)用原理、檢測(cè)/校準(zhǔn)方法、量值溯源的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)以及酸度計(jì)計(jì)量前檢測(cè)數(shù)據(jù)變化對(duì)水質(zhì)的影響。

量值溯源；酸度計(jì)；化學(xué)分析測(cè)量

量值溯源是一個(gè)綜合性較強(qiáng)的學(xué)術(shù)研究理論體系，各專家、學(xué)者為研究量值溯源花費(fèi)了很多心血。將量值溯源運(yùn)用在化學(xué)分析測(cè)量中，可以提高產(chǎn)品檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)性和生產(chǎn)安全性，實(shí)現(xiàn)量值溯源最根本的技術(shù)手段是檢測(cè)和校準(zhǔn)。

1 量值溯源概論

化學(xué)分析測(cè)量中如果沒有衡量的標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)出現(xiàn)化學(xué)產(chǎn)品功用和特征出現(xiàn)多樣化的現(xiàn)象，投放到市場(chǎng)上流通，很難得到買家的青睞。此外，由于標(biāo)準(zhǔn)的多樣化，導(dǎo)致產(chǎn)品的可信度降低，甚至部分產(chǎn)品還有安全隱患。因此，需要加強(qiáng)研究衡量標(biāo)準(zhǔn)，才能為化學(xué)分析測(cè)量提供理論基礎(chǔ)。目前，量值溯源體系的研究已初步取得一定成果。量值溯源體系是指一條有規(guī)定不確定量的不間歇的比較鏈[1]，根據(jù)這個(gè)比較鏈，能使化學(xué)測(cè)量結(jié)果與規(guī)定參考數(shù)值產(chǎn)生一定關(guān)聯(lián)性，這種特性就是量值溯源。

2 計(jì)量檢測(cè)、校準(zhǔn)的意義

在化學(xué)測(cè)量分析中，要根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活的具體事件來運(yùn)用量值溯源，而不是照搬理論、無視客觀實(shí)際。當(dāng)前，在化學(xué)測(cè)量分析中運(yùn)用量值溯源，主要的技術(shù)手段就是計(jì)量檢測(cè)和校準(zhǔn)。為了確保計(jì)量?jī)x器能夠科學(xué)有效的應(yīng)用在化學(xué)測(cè)量分析中，必須評(píng)定測(cè)試計(jì)量?jī)x器的使用功能，這個(gè)過程稱為計(jì)量檢測(cè)。計(jì)量校準(zhǔn)是為了明確測(cè)量器具或測(cè)量體系在特定條件下所指示的實(shí)際量值，或者是根據(jù)客觀條件，由標(biāo)準(zhǔn)操作再現(xiàn)量值關(guān)系的一組操作手法。使用化學(xué)測(cè)量分析儀器對(duì)檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行測(cè)量分析通常包括三個(gè)流程：①實(shí)地取樣；②對(duì)采回的樣品進(jìn)行恰當(dāng)保存以及基本處理；③配置樣品溶液。其中，選擇的樣品要具有代表性、穩(wěn)定性和可操作性。配置過程中，要注意避免樣品的二次污染?；瘜W(xué)測(cè)量分析中運(yùn)用量值溯源的技術(shù)手段如圖1所示。

圖1 化學(xué)測(cè)量分析中的量值溯源圖

3 計(jì)量檢測(cè)、校準(zhǔn)對(duì)酸度計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響及作用

3.1 酸度計(jì)測(cè)量原理及使用領(lǐng)域

3.1.1 酸度的概念

酸度是一個(gè)物化特性參數(shù)，在水溶液中，可以用氫離子活度來表示水溶液酸堿度。一般地，水溶液中氫離子活度的負(fù)對(duì)數(shù)為水溶液的酸度值[2]，用pH值及公式表示如下：

式中：αH表示氫離子活度。

比如，某溶液中氫離子的活度為10-9mol/L，這表明該溶液的酸度值：pH=9。

3.1.2 酸度計(jì)測(cè)量原理

一般利用酸度（pH）計(jì)測(cè)量水溶液中的pH值。酸度計(jì)是利用化學(xué)中原電池原理制成，屬于電子化學(xué)分析儀器，主要由指示電極、參比電極和電計(jì)表三部分組成。其中，參比電極和指示電極又俗稱為正負(fù)電極，一般玻璃電極和氫電極為指示電極，而重金屬類的比如甘汞電極、銀電極等為參比電極。當(dāng)一個(gè)氫指示電極和一個(gè)甘汞參比電極同時(shí)放置在某一溶液中，并配備相應(yīng)的線路和電計(jì)表，即可組成一個(gè)完整的原電池，給予溫度或其他特定條件，該原電池裝備會(huì)產(chǎn)生電流，而這種電流的強(qiáng)弱與氫離子的活度有關(guān)。氫離子活度大，電流會(huì)變強(qiáng)，氫離子活度小，那么電流會(huì)相應(yīng)的減弱。電流會(huì)通過電計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)化為pH值指示出來，測(cè)出的pH值即為該溶液的pH值，這是目前公認(rèn)的最科學(xué)精確的測(cè)量方法。

3.1.3 酸度計(jì)使用領(lǐng)域

酸度計(jì)是一種常規(guī)的化學(xué)測(cè)量分析儀器，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全、石油化工、國防安全、海洋監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域運(yùn)用廣泛，其主要使用目的是監(jiān)測(cè)水溶液的酸堿度即pH值，從而控制化學(xué)反應(yīng)，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、減少環(huán)境污染。在水質(zhì)檢測(cè)中，水樣的酸堿度決定了水質(zhì)的污染程度，因此，可以在海洋監(jiān)測(cè)、江河水質(zhì)中利用酸度（pH）計(jì)來檢測(cè)水質(zhì)狀況。

3.2 酸度計(jì)的計(jì)量檢測(cè)/校準(zhǔn)方法以及量值溯源標(biāo)準(zhǔn)

酸度測(cè)量值正式投入使用時(shí)，要對(duì)其外觀、電計(jì)初始指示值和重復(fù)使用效果等進(jìn)行計(jì)量檢定、校準(zhǔn)，一方面保證酸度指示劑的使用穩(wěn)定性，另一方面保證數(shù)據(jù)測(cè)量的精準(zhǔn)性。一般采用酸度計(jì)檢測(cè)儀和標(biāo)準(zhǔn)pH緩沖液作為儀器計(jì)量檢測(cè)/校準(zhǔn)的量值溯源計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.1 酸度計(jì)的計(jì)量檢測(cè)/校準(zhǔn)方法

第一步，用肉眼觀察被檢測(cè)/校準(zhǔn)酸度計(jì)的外在形態(tài)，確保儀器無損壞等情況；第二步，根據(jù)國家計(jì)量檢測(cè)明文規(guī)定以及操作要求將酸度計(jì)和酸度計(jì)檢測(cè)儀連接起來，接通電源并打開開關(guān)，根據(jù)基本操作規(guī)范調(diào)節(jié)溫度。根據(jù)操作說明校準(zhǔn)儀器后，利用酸度檢測(cè)儀向酸度計(jì)按順序輸入標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，正確讀取電計(jì)表的指示數(shù)值并記錄下來，計(jì)算電計(jì)指示值與真實(shí)值的相差度；第三步，將電計(jì)調(diào)到mA檢測(cè)檔，調(diào)節(jié)檢測(cè)儀，使其輸出毫安電流數(shù)值，將該數(shù)值輸入酸度計(jì)中，測(cè)量記錄電計(jì)指示值，計(jì)算毫安值與電計(jì)指示值之間的相差度。完成上述三步后，根據(jù)國家計(jì)量檢測(cè)規(guī)定分別對(duì)電計(jì)輸入電流、溫度、電阻等因素引起的誤差以及電計(jì)指示值重復(fù)性等項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)、校準(zhǔn)，記錄每一項(xiàng)的數(shù)據(jù)的相差度，該數(shù)據(jù)將是鑒定被檢測(cè)/校準(zhǔn)酸度計(jì)性能的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)節(jié)酸度計(jì)指示值誤差，是將酸度計(jì)的電極部分與主機(jī)連接，根據(jù)國家計(jì)量測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)酸度計(jì)和電極校準(zhǔn)后，再使用該酸度計(jì)的電極對(duì)其他溶液進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)出實(shí)際值和標(biāo)準(zhǔn)值之間的誤差，該誤差值即為酸度計(jì)的電計(jì)指示值誤差。酸度計(jì)指示值重復(fù)性是指將上述的操作連續(xù)操作8次，以8次檢測(cè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差表示重復(fù)性。

3.2.2 酸度計(jì)量值溯源計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)

一般地，采用標(biāo)準(zhǔn)pH緩沖液和酸度計(jì)檢測(cè)儀作為酸度計(jì)的量值溯源計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。①酸度計(jì)檢測(cè)儀需要采用標(biāo)準(zhǔn)裝置向其傳遞標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，然后根據(jù)國家計(jì)量檢測(cè)規(guī)定來鑒定儀器的使用性能和標(biāo)準(zhǔn)度，使用酸度計(jì)檢測(cè)儀測(cè)量被校準(zhǔn)酸度計(jì)的量值溯源計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，酸度計(jì)檢測(cè)儀的準(zhǔn)確度要高于酸度計(jì)準(zhǔn)確度的3～6倍；②酸度計(jì)檢測(cè)/校準(zhǔn)采用的標(biāo)準(zhǔn)pH緩沖液是指國家計(jì)量部門批準(zhǔn)可以作為pH緩沖液的物質(zhì)。

3.3 檢測(cè)/校準(zhǔn)酸度計(jì)前后測(cè)量數(shù)據(jù)的變化

選用pHS-3C型酸度計(jì)，用來檢測(cè)我市河流水樣進(jìn)行試驗(yàn)。測(cè)量?jī)x器使用前，需要購買電極時(shí)廠家配置的緩沖液對(duì)測(cè)量?jī)x器正負(fù)極進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)方法為：選擇pH測(cè)試模式，進(jìn)入校準(zhǔn)選項(xiàng)，先用高溫蒸餾的純粹水將電極擦洗干凈并用干凈毛巾將其擦干，然后將電極放置標(biāo)示數(shù)值為7.00pH的緩沖液中，調(diào)節(jié)儀器，改變定位值，使電計(jì)指示數(shù)據(jù)顯示為7.00pH，待顯示的數(shù)據(jù)不再左右晃動(dòng)并趨向穩(wěn)定即可按確定鍵；取出電極，將其按上述步驟擦拭干凈，然后放入標(biāo)示數(shù)值為4.00pH或者9.00pH的緩沖液中，重復(fù)上述步驟，改變斜率值，使電計(jì)顯示值與緩沖液數(shù)值一致并顯示穩(wěn)定時(shí)，按確認(rèn)鍵；再次取出電極，重復(fù)上述操作將其擦拭干凈，酸度計(jì)的校準(zhǔn)工作完成。酸度計(jì)技術(shù)操作人員按照廠家配備的儀器操作說明書進(jìn)行水樣檢測(cè)工作，測(cè)出水樣的酸度值為6.63pH。

在生活中的一般檢測(cè)中，上述的操作沒有誤區(qū)，大致符合操作要求，檢測(cè)結(jié)果也無可異議。但為了進(jìn)一步了解數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，我們需要對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行再次驗(yàn)證。首先是對(duì)該酸度計(jì)進(jìn)行計(jì)量檢測(cè)/校準(zhǔn)工作，并對(duì)校準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行量值溯源。酸度計(jì)的檢測(cè)/校準(zhǔn)方法按上述的操作步驟進(jìn)行，但定位值和斜率值不能按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)值來設(shè)定，需要根據(jù)國家計(jì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)定，不同的溫度對(duì)應(yīng)不同的pH值，自行配置緩沖液，嚴(yán)格按照規(guī)定來進(jìn)行酸度計(jì)的檢測(cè)/校準(zhǔn)工作。校準(zhǔn)工作完成之后，保證操作環(huán)境、技術(shù)操作人員等外在因素不變，再次對(duì)該水樣進(jìn)行檢測(cè)，此時(shí)，得出該水樣的酸度值為6.66pH。

將酸度計(jì)的計(jì)量檢測(cè)/校準(zhǔn)工作進(jìn)行量值溯源后：①可以大致判斷該儀器功是否符合對(duì)溶液進(jìn)行檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)；②校準(zhǔn)過程中，能夠分析出該儀器的具體測(cè)量誤差，分析電計(jì)指示數(shù)值與真實(shí)數(shù)值的差別度。

4 結(jié)論語

在化學(xué)分析測(cè)量中應(yīng)用量值溯源，對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行檢測(cè)和校準(zhǔn)，能夠提高測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)度，使數(shù)據(jù)具有安全性和可靠性，避免數(shù)據(jù)誤差太大，造成不理影響。通過對(duì)酸度計(jì)檢測(cè)的原理、量值溯源標(biāo)準(zhǔn)等方面的闡述和分析，最終得出：通過計(jì)量檢測(cè)、校準(zhǔn)的方式對(duì)化學(xué)測(cè)量?jī)x器數(shù)據(jù)進(jìn)行量值溯源是確保儀器精準(zhǔn)性測(cè)量的重要方法。

[1]常 靜.談?wù)動(dòng)?jì)量標(biāo)準(zhǔn)量值溯源與量值傳遞[J].中國化工貿(mào)易，2015，36（30）：152.

[2]曹敏，王昕，段勇，等.高壓電能計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量值溯源及測(cè)試技術(shù)研究[J].科教導(dǎo)刊-電子版（中旬），2015，13（4）：156～157，188.

O651

A

1004-7344（2016）02-0329-02

2015-12-25

張錚（1968-），男，中級(jí)，本科，主要從事化學(xué)分析工作。