二級(jí)粘度液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制*

梁秀麗，張坤，姜河,李艷玲，周彤，劉元俊，荀其寧

（1.中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所，濟(jì)南 250031； 2.總裝南京軍事代表局駐濟(jì)南地區(qū)軍事代表室，濟(jì)南 250031）

二級(jí)粘度液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制*

梁秀麗1，張坤1，姜河2,李艷玲1，周彤1，劉元俊1，荀其寧1

（1.中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所，濟(jì)南 250031； 2.總裝南京軍事代表局駐濟(jì)南地區(qū)軍事代表室，濟(jì)南 250031）

以基礎(chǔ)油為原料研制了二級(jí)粘度液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，對(duì)其均勻性和穩(wěn)定性進(jìn)行了考察，用方差分析法進(jìn)行了評(píng)價(jià)，用標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管粘度計(jì)對(duì)其進(jìn)行了定值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該粘度液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的均勻性良好，穩(wěn)定性在1年以上，量值準(zhǔn)確可靠，達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的技術(shù)指標(biāo)要求。

粘度；標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；均勻性；穩(wěn)定性；定值

粘度是流體材料的一個(gè)重要物理化學(xué)參數(shù)，是產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。粘度性能指標(biāo)需要用粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，各實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行粘度計(jì)自校及各地計(jì)量部門進(jìn)行粘度計(jì)量傳遞均需大量粘度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。然而目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)粘度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的單位很少，不能滿足對(duì)二級(jí)粘度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的需求。為此筆者開展了研制二級(jí)粘度液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的工作，一方面能給社會(huì)各實(shí)驗(yàn)室提供量值準(zhǔn)確的粘度參考標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；另一方面能給各計(jì)量部門提供一個(gè)統(tǒng)一的量值標(biāo)準(zhǔn)，為粘度計(jì)量器具的有效控制提供了保障。

采用相對(duì)測(cè)量法，用標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管粘度計(jì)，按照J(rèn)JG 155–1991附錄1規(guī)定的方法對(duì)配制的粘度液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行均勻性、穩(wěn)定性考核及定值實(shí)驗(yàn)。分別采用F檢驗(yàn)法和t檢驗(yàn)法對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明配制的粘度液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是均勻和穩(wěn)定的。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)量值準(zhǔn)確可靠，完全符合國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的要求。

研制的二級(jí)粘度液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)共有15個(gè)牌號(hào)，20℃運(yùn)動(dòng)粘度小于1 000 mm2/s的標(biāo)準(zhǔn)粘度液由精制的石油產(chǎn)品組成，2 000 mm2/s以上由硅油精制而成，筆者僅以標(biāo)稱值為20 mm2/s（20#）的二級(jí)粘度液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為例介紹其研制過程。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器設(shè)備［1］

標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管粘度計(jì)：經(jīng)檢定合格，內(nèi)徑0.95 mm，毛細(xì)管長(zhǎng)度300 mm，量程10～100 mm2/s，沈陽玻璃儀器廠；

高精度恒溫槽：LT–2型，溫度波動(dòng)≤0.01℃，溫場(chǎng)均勻性≤0.01℃，槽深約600 mm，中國(guó)計(jì)量學(xué)研究院尼蒙公司；

熱敏電阻溫度計(jì)：JW–1型，分度值0.001℃，經(jīng)檢定合格，河北興華電子儀器廠；

電子秒表：DM1001型，分度值0.01 s，經(jīng)檢定合格，上海秒表廠。

1.2 試劑和材料

（1）煤油、變壓器油、液壓油、航空潤(rùn)滑油、汽輪機(jī)油。

（2）硫酸鈉、活性白土、硅藻土。

2 制備過程［2］

2.1 基礎(chǔ)油性能測(cè)試

基礎(chǔ)油的生產(chǎn)過程及油的本身會(huì)含有一些水分及其它雜質(zhì)，這些雜質(zhì)將會(huì)影響粘度液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)量值的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，因此在進(jìn)行粘度液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配制前需對(duì)基礎(chǔ)油進(jìn)行性能檢測(cè)，指標(biāo)要求見表1。如果測(cè)量值不符合規(guī)定要求，基礎(chǔ)油必須經(jīng)過脫水和脫色等處理后，再進(jìn)行性能測(cè)試。性能指標(biāo)符合規(guī)定要求后才能進(jìn)行粘度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的制備。

表1 基礎(chǔ)油各項(xiàng)指標(biāo)及測(cè)定結(jié)果

2.2 精制基礎(chǔ)油

20℃運(yùn)動(dòng)粘度小于1 000 mm2/s的標(biāo)準(zhǔn)粘度液是由精制的石油產(chǎn)品組成，制備標(biāo)準(zhǔn)粘度液的基礎(chǔ)油從低粘度到高粘度分別為煤油、變壓器油、液壓油、航空潤(rùn)滑油和汽輪機(jī)油等，由相鄰粘度的基礎(chǔ)油按一定的比例配制不同粘度量值的標(biāo)準(zhǔn)液。

2.2.1 基礎(chǔ)油脫水

將一定量的基礎(chǔ)油置于玻璃燒杯中，在密閉電爐上加熱至80℃左右，然后加入基礎(chǔ)油質(zhì)量10%的新烘干的硫酸鈉，攪拌15 min左右，放置數(shù)小時(shí)后過濾。

2.2.2 基礎(chǔ)油脫色

把活性白土和硅藻土在140℃下烘干2 h，將經(jīng)過脫水處理后的基礎(chǔ)油加熱到80℃左右，然后加入占油重10%的活性白土，連續(xù)攪拌10 min，再加入5%的硅藻土，攪拌5 min，靜置后過濾。

2.3 粗測(cè)基礎(chǔ)油的粘度［1］

在(20±0.1)℃的條件下，用工作粘度計(jì)粗略測(cè)量精制基礎(chǔ)油的粘度。

2.4 基礎(chǔ)油的粘度配制［6］

由相鄰兩種粘度標(biāo)稱值基礎(chǔ)油，如用運(yùn)動(dòng)粘度分別為10，50 mm2/s的基礎(chǔ)油，按一定的比例配制成20 mm2/s粘度值的基礎(chǔ)油。實(shí)際工作中，用相鄰兩種粘度分別為v1和v2的基礎(chǔ)油配制粘度為v3的基礎(chǔ)油時(shí)，可以用公式（1）進(jìn)行計(jì)算，據(jù)此配制的標(biāo)準(zhǔn)粘度液的粘度值與標(biāo)稱值的相對(duì)誤差一般不大于10%。

式中：x1——基礎(chǔ)油1的體積分?jǐn)?shù)；

x2——基礎(chǔ)油2的體積分?jǐn)?shù)。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分裝

將配制好的基礎(chǔ)油攪拌均勻，密閉放置一周后進(jìn)行分裝，并進(jìn)行均勻性、穩(wěn)定性考察實(shí)驗(yàn)。

3 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的均勻性［7，8］

均勻性實(shí)驗(yàn)采用F法檢驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配制完成后，從分裝的100鉻單元中隨機(jī)抽取18個(gè)單元，最小取樣量為30 mL，對(duì)抽取的粘度液分別編號(hào)，用標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管粘度計(jì)，按照定值實(shí)驗(yàn)的條件進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)最小單元測(cè)定4次，計(jì)算組間方差和組內(nèi)方差，通過組間方差和組內(nèi)方差的比較來判斷各組測(cè)量值之間有無系統(tǒng)誤差，以檢驗(yàn)二級(jí)粘度液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是否均勻。

應(yīng)用F法檢驗(yàn)的公式計(jì)算F值，并查表得統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的臨界值，取給定的某一顯著水平(α)，設(shè)α=0.05，當(dāng)自由度為（17，54）時(shí)，查表得到統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的臨界值F（17，54），0.05=1.82。當(dāng)F＜F（17，54），0.05時(shí)，則認(rèn)為組內(nèi)與組間無明顯差異，該粘度液是均勻的；若F值大于或等于F（17，54），0.05，則懷疑各組間有系統(tǒng)誤差，即樣品之間存在差異，表明該粘度液是不均勻的。均勻性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)粘度液的均勻性考察結(jié)果

由表2均勻性檢驗(yàn)結(jié)果計(jì)算統(tǒng)計(jì)量F=1.45，F(xiàn)＜F（17，54），0.05，說明二級(jí)粘度液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是均勻的。

4 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的穩(wěn)定性［7，8］

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的穩(wěn)定性是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的重要技術(shù)指標(biāo)，在貯存期間必須定期對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)物料進(jìn)行抽樣測(cè)定。實(shí)驗(yàn)采用t檢驗(yàn)法對(duì)配制的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行穩(wěn)定性考察?？刂茦?biāo)準(zhǔn)粘度液儲(chǔ)存溫度為(20±10)℃，從18個(gè)單元中任取一組，用標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管粘度計(jì)按照定值實(shí)驗(yàn)的條件進(jìn)行測(cè)量，每隔一段時(shí)間在相同的條件下測(cè)量一次。在測(cè)量過程中，每組測(cè)量4次，兩組數(shù)據(jù)的自由度為6，當(dāng)α=0.05時(shí)，查表得到t0.05，6=2.45。當(dāng)各組的計(jì)算結(jié)果均小于或等于t0.05，6時(shí)，認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)液在一年內(nèi)是穩(wěn)定的。穩(wěn)定性檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)粘度液的穩(wěn)定性考察

由表3可知，穩(wěn)定性考察的所有統(tǒng)計(jì)量t均小于臨界值t0.05，6=2.45，說明標(biāo)準(zhǔn)粘度液在1年內(nèi)是穩(wěn)定的。

5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值

二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)粘度液的定值采用相對(duì)測(cè)量法［1］，控制室溫(20±2)℃，水浴溫度(20.00±0.01)℃，選用標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，具體操作步驟如下：在標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)中裝入標(biāo)稱值為20 mm2/s的標(biāo)準(zhǔn)液，按照J(rèn)JG 155–1991附錄1規(guī)定進(jìn)行測(cè)量，每種標(biāo)準(zhǔn)粘度液需由兩支內(nèi)徑相同的標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)定值，每支粘度計(jì)裝一次液重復(fù)測(cè)定6次。按照式（2）計(jì)算粘度值，結(jié)果見表4。

式中：ν——標(biāo)準(zhǔn)粘度液的運(yùn)動(dòng)粘度，mm2/s；

C——標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)的常數(shù)，mm2/s2；

t——標(biāo)準(zhǔn)粘度液在標(biāo)準(zhǔn)粘度計(jì)中的流動(dòng)時(shí)間，s。

表4 標(biāo)準(zhǔn)粘度液的定值結(jié)果

6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所研制的二級(jí)粘度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)量值的準(zhǔn)確性，與中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)粘度液GBW13604進(jìn)行粘度量值比對(duì)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量結(jié)果見表5。

表5 比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本毛細(xì)管粘度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)器組測(cè)量結(jié)果的不確定度U=0.34%，由表5可知，相對(duì)誤差R＜U，說明該粘度液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)量值準(zhǔn)確可靠。

7 結(jié)論

F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn)表明研制的二級(jí)粘度液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均勻性、穩(wěn)定性良好，與國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)粘度液進(jìn)行量值比對(duì)結(jié)果表明，定值結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，完全符合國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的要求。

［1］ JJG 155–1991 工作毛細(xì)管粘度計(jì)檢定規(guī)程［S］.

［2］ 陳惠釗.粘度測(cè)量（修訂版）［M］.北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2003.

［3］ GB/T 511–2010 石油和石油產(chǎn)品及添加劑機(jī)械雜質(zhì)測(cè)定法［S］.

［4］ GB/T 264–1991 石油產(chǎn)品酸值測(cè)定法［S］.

［5］ SH/T 0257–1992 潤(rùn)滑油水分定性試驗(yàn)法［S］.

［6］ SH 0526–1992 粘度標(biāo)準(zhǔn)油［S］.

［7］ 全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)管理委員會(huì).標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的管理研制與應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2010.

［8］ 全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)管理委員會(huì)，北京國(guó)質(zhì)聯(lián)企業(yè)管理中心.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)應(yīng)用指南［M］.北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2008.

《化學(xué)分析計(jì)量》入選美國(guó)《化學(xué)文摘》（CA）千種表

根據(jù)中國(guó)高等學(xué)校自然科學(xué)學(xué)報(bào)研究會(huì)資料，美國(guó)《化學(xué)文摘》數(shù)據(jù)庫總計(jì)10 000種以上期刊，中國(guó)期刊已超過1 412種；引文頻次最高的1 000種期刊表中，收錄中國(guó)（含港臺(tái)）期刊236種，其中《化學(xué)分析計(jì)量》在千種表中排名第772。我們將一如既往，努力為行業(yè)奉獻(xiàn)精品期刊。

Preparation of Secondary Standard Liquids of Viscosity

Liang Xiuli1， Zhang Kun1， Jiang He2，Li Yanling1， Zhou Tong1， Liu Yuanjun1， Xun Qining1
(1.CNGC Institute 53， Jinan 250031， China， 2.Nanjing Military Representive Of fi ce in Jinan, General Fitting Ministry, Jinan 250031, China)

The Secondary Standard Liquids of Viscosity were prepared with base oils. The homogeneity and stability were tested by variance analysis method, and the values were certi fi cated with standard capillary viscometers. The results showed that the homogeneity was good，the stability term was over one year，the values were accurate and reliable，and it can meet the technical requirement of secondary reference materials.

viscosity; reference material; homogeneity; stability; certi fi cation

O645.16+1

A

1008–6145(2012)03–0004–03

10.3969/j.issn.1008–6145.2012.03.001

*國(guó)防科工局項(xiàng)目

聯(lián)系人：梁秀麗；E-mail: liangxl818@126.com

2012–03–08