趙娟 陸浩 朱俊 劉昆 / 上海市計量測試技術(shù)研究院

烘干法電子水分測定儀檢定中常見問題及分析

趙娟 陸浩 朱俊 劉昆 / 上海市計量測試技術(shù)研究院

0 引言

近年來，隨著烘干法水分測定儀技術(shù)的革新，烘干法水分測定儀已被廣泛地運用于實驗室、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]。烘干法水分測定儀是基于烘干原理直接對衡量樣品表面分離物或微量水分進行計量的儀器，作為測量物品含水量的專用儀器，它可以對加熱過程中物理形態(tài)和化學(xué)形態(tài)穩(wěn)定的樣品進行表面水分含量的測定[2]。根據(jù)水分測定儀顯示方式和衡量裝置的不同，目前市場上的水分測定儀可分為模擬顯示水分測定儀和數(shù)字顯示水分測定儀,其中數(shù)字顯示水分儀即電子水分測定儀，因其操作簡單、測量速度快、測量效率高而被應(yīng)用較多[3]。依據(jù)國家計量檢定規(guī)程JJG 658-2010《烘干法水分測定儀》，本文對電子水分測定儀在日常檢定中遇到的問題進行總結(jié)分析，對如何提高電子水分測定儀檢定的準(zhǔn)確性和可靠性進行論述。

1 電子水分測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 ℃，溫度波動不大于5 ℃/h，濕度30% RH～70%RH，電源電壓穩(wěn)定。水分測定儀應(yīng)置于堅固平穩(wěn)的工作臺上使用，周圍不能有影響其計量性能的振動、氣流、腐蝕性氣體以及強磁場，應(yīng)避免陽光直接照射。

1.1 試驗前樣品的位置

電子水分測定儀在測試前應(yīng)置于堅固的平臺上，并通過調(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，電子水分儀在測試前應(yīng)先通電預(yù)熱。通常預(yù)熱時間應(yīng)大于或等于生產(chǎn)商規(guī)定的時間，一般不超過30 min。只有經(jīng)過充分的預(yù)熱，方可保證水分儀的平衡性能[6]。

1.3 預(yù)壓

通電預(yù)熱時間內(nèi)因水分儀的傳感器處于休眠狀態(tài)，此時其恢復(fù)性能欠佳，如果立即進行稱量，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)熱后不可立即進行稱量，應(yīng)進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)熱之后要先進行自校準(zhǔn)后方可進行稱量測試。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，遇到的型號大多為外部校準(zhǔn)。一般在水分儀預(yù)熱之后，按照說明書指示，找到設(shè)置“CAL”的相應(yīng)操作鍵，再配備標(biāo)準(zhǔn)砝碼，完成對水分儀衡量裝置的自校準(zhǔn)。

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

根據(jù)檢定規(guī)程，電子水分測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，劃分為兩個等級：特種準(zhǔn)確度級和高準(zhǔn)確度級，如表1所示。

表1 水分測定儀的準(zhǔn)確度等級與e、n的關(guān)系

2.1 衡量裝置的最大允許誤差

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

表2 電子水分測定儀衡量裝置的最大允差(MPE)

2.2 電子水分測定儀的水分誤差

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其進行預(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。若水分測定儀的測量結(jié)果以質(zhì)量值顯示，按下列公式計算水分值：

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)滿足表3。

表3 電子水分測定儀的最大允差（MPE）

3 常見型號及實際檢定中的問題

日常檢定中常見的電子水分儀生產(chǎn)廠商有：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 量程和實際分度值的判斷

實際檢定過程中，一些水分儀的量程范圍比較容易搞錯。例如METTLRT TOLEDO型號為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 型號為MA45的最大量程是45 g，而不是40 g；OHAUS型號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，諸如此類問題。因此，在實際檢定過程中，為了防止出錯，在有說明書的情況下應(yīng)首先仔細閱讀說明書；其次，在加載標(biāo)準(zhǔn)砝碼進行稱量測量時，再次仔細確認實際分度值、量程分段點和最大量程點。

3.2 校準(zhǔn)方法

3.2.1 加熱單元的校準(zhǔn)

一些電子水分測定儀的加熱單元也可以進行校準(zhǔn)，如sartorius型號為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)套件的的說明書。由于JJG 658-2010中沒有對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)

在實際檢定過程中，水分儀的秤量校準(zhǔn)可通過按照說明書的指示來完成。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，在試樣盤上放置外部校準(zhǔn)砝碼才可完成校準(zhǔn)。例如METTLER TOLEDO的HX204水分儀，通過“主界面＞測試/校正＞校正”，可進行校準(zhǔn)。OHAUS的水分儀通過按主界面的砝碼圖樣的按鍵來完成校準(zhǔn)。A&D型號為MF-50水平儀，通過長按“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)。通過正確的秤量校準(zhǔn)，可減小測定樣品實際質(zhì)量和顯示測量值的差異，提高水分儀烘干裝置的準(zhǔn)確性。

3.3 加熱過程注意事項

根據(jù)檢定規(guī)程，水分儀的加熱方法是在105 ℃下，用standard自動加熱模式加熱。設(shè)置好加熱方式和溫度后，在烘樣品前要進行預(yù)烘。而有些水分儀不具備預(yù)烘功能，或者無法設(shè)置預(yù)烘。此外，有些水分儀啟動烘干模式時，不是通過按啟動鍵，而是通過閉合箱蓋。這樣在結(jié)束時，匆忙啟開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

實際檢定過程中，有時加熱結(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：三角支架沒有放好，樣品鋁盤變形，玻璃纖維紙沒有進行足夠預(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，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行試驗的結(jié)果會在誤差范圍內(nèi)?？梢?，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的精度會影響檢定結(jié)果。

4 結(jié)語

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

[1] 楊雁,滕召勝.水分測定電子天平關(guān)鍵技術(shù)研究[J].計量學(xué)報，2003，24（4）：345-346.

[2] 張志俊，張力新.快速水分測定技術(shù)[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2003（3）：57-59.

[3] 蘇祎.淺談烘干法水分測定儀的檢定方法[J].上海計量測試，2009（4）：09-11.

[4] 國家計量檢定規(guī)程.JJG 658—2010[S].烘干法水分儀S].國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2010-11-05.

[5] 馮思紅,楊向輝等.數(shù)顯水分測定儀的測量值的不確定度評定[J].計量與測試技術(shù)，2016，43（1）：90-91.

[6] 倪忠英.如何確保電子天平在使用中的準(zhǔn)確性[J].中國計量，2010（11）：119-120．

[7] 李郝鵬.如何確保電子天平稱量的準(zhǔn)確性[J].計量與測試技術(shù)，2016，43（3）：44-47.