總磷測定儀校準方法

吳永順，黃金梅，李域，于得水

(陜西省計量科學(xué)研究院，西安 710065)

總磷是指海水、地表水、地下水等水體中無機磷和有機磷的總和，水中的磷可以元素磷、正磷酸鹽、縮合磷酸鹽、焦磷酸鹽、偏磷酸鹽和有機團結(jié)合的磷酸鹽等形式存在，其主要來源為生活污水、化肥、有機磷農(nóng)藥及洗滌劑所用的磷酸鹽增潔劑等。水體中的磷是藻類生長需要的一種關(guān)鍵元素，過量磷是造成水體污穢異臭、湖泊發(fā)生富營養(yǎng)化以及海灣出現(xiàn)赤潮的主要原因［1-6］，因此準確測定水體中的磷含量具有十分重要的意義。

目前對水中總磷的測定較多依據(jù)鉬酸銨分光光度法［7-14］。依據(jù)此原理制備的總磷測定儀作為常規(guī)水樣中總磷的分析儀器，廣泛應(yīng)用于廠礦企業(yè)排污口監(jiān)測、城市污水處理工廠進出口監(jiān)測、江河湖泊水質(zhì)監(jiān)測和污水治理設(shè)施過程控制中。鉬酸銨分光光度法采用過硫酸鉀使水樣所含磷全部氧化為正磷酸鹽，正磷酸鹽與鉬酸銨反應(yīng)生成藍色絡(luò)合物，根據(jù)在特定波長處的吸收度進行定量分析。目前JJG 1094-2013 《總磷總氮水質(zhì)在線分析儀》檢定規(guī)程僅用于在線總磷分析儀的檢定［15-16］，而實驗室用總磷測定儀，則沒有相應(yīng)的計量檢定規(guī)程或校準規(guī)范，使得該類儀器的校準缺乏可靠的技術(shù)依據(jù)，導(dǎo)致其無法進行量值溯源，從而影響了計量工作在環(huán)境檢測領(lǐng)域的開展。

筆者根據(jù)總磷測定儀的工作原理，結(jié)合實際檢測工作需求，建立了一種總磷測定儀的校準方法，提出了校準項目和技術(shù)指標。

1 實驗部分

1.1 總磷測定儀工作原理

總磷測定儀由高溫消解模塊和光度計分析模塊組成，用于測量水中磷酸鹽濃度。在消解過程中，所有價態(tài)的磷化合物均轉(zhuǎn)換成可被光度分析的正磷酸鹽，采用鉬酸銨分光光度法進行定量分析。

1.2 主要儀器與試劑

總磷測定儀：5B-3B(V)8 型，蘭州連華環(huán)?？萍加邢薰?。

溫度計：測量范圍為100～200℃(0.5℃級)，高碑店市興華電子儀器廠。

電子秒表：最小分度值為0.1 s，上海手表五廠。實驗所用容量瓶、移液管：均為A 級。

水中總磷溶液標準物質(zhì)：標準物質(zhì)編號為GBW(E) 082645，Urel=2%(k=2)，四川中測標物科技有限公司。

1.3 環(huán)境條件

溫度：15～35℃；相對濕度：不大于85%；無影響儀器正常工作的電磁場干擾和震動。

2 校準項目與方法

校準包括溫度示值誤差和溫場均勻性、消解時間示值誤差、儀器示值誤差、儀器重復(fù)性、示值穩(wěn)定性5 個項目。

2.1 溫度示值誤差和溫場均勻性

參照儀器說明書，將消解爐設(shè)置為所需溫度，預(yù)熱1 h 后，選取均勻的6 個消解孔，將溫度計分別插入各個消解孔中，待溫度穩(wěn)定后，每間隔1 min 讀取數(shù)值1 次，共讀取3 次，求其平均值。

溫度示值誤差按照式(1)進行計算：

式中：W——溫場均勻性，℃；

Tmax——溫度最高爐孔的溫度示值，℃；

Tmin——溫度最低爐孔的溫度示值，℃。

2.2 消解時間示值誤差

待儀器溫度示值穩(wěn)定后，按下儀器消解鍵，開始計時，待消解結(jié)束時，停止計時，記錄消解時間，重復(fù)3 次。

消解時間示值誤差按照式(3)進行計算：

2.3 儀器示值誤差

待儀器預(yù)熱穩(wěn)定后，按照使用說明書的要求，將儀器調(diào)試至正常工作狀態(tài)，在儀器常用量程范圍內(nèi)，分別對20%、50%和80%濃度點的總磷標準溶液進行測量，分別測量3 次，按照式(4)計算每個濃度點的示值誤差，取其中絕對值最大值對應(yīng)的數(shù)值作為儀器的示值誤差。

2.4 儀器重復(fù)性

選取40%的總磷標準溶液，在1.3 環(huán)境條件下重復(fù)測量7 次，記錄儀器示值，儀器重復(fù)性按照式(5)進行計算：

2.5 示值穩(wěn)定性

選取儀器量程80%的總磷標準溶液進行測量，讀取示值，觀察20 min，每隔2 min 記錄一次儀器示值，示值穩(wěn)定性按公式(6)進行計算。取絕對值最大的作為儀器示值穩(wěn)定性。

3 校準結(jié)果與討論

按照上述校準方法，對蘭州連華環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的5B-3B(V)8 型總磷測定儀進行校準。

3.1 溫度示值誤差和溫場均勻性

將消解爐溫度設(shè)置為120℃，預(yù)熱1 h，選取編號分別為1#、4#、6#、11#、13#、15#6 個消解孔，將溫度計分別插入各消解孔中，待溫度穩(wěn)定后，每間隔1 min，讀取1 次數(shù)值，共讀取3 次，求其平均值。溫度示值誤差和溫場均勻性的校準結(jié)果見表1。由表1 可知，儀器溫度示值誤差為1.1℃，溫場均勻性為0.6℃。

表1 溫度示值誤差和溫場均勻性校準結(jié)果 ℃

3.2 消解時間示值誤差

待儀器溫度示值穩(wěn)定后，按下儀器消解鍵，開始計時，待消解結(jié)束時，停止計時，記錄消解時間，重復(fù)試驗3 次，計算消解時間的示值誤差，校準結(jié)果見表2。由表2 可知，儀器消解計時誤差為0.1%。

表2 消解計時誤差校準結(jié)果

3.3 儀器示值誤差

待儀器預(yù)熱穩(wěn)定后，分別選取0.15、0.30、0.60 mg／L 的總磷標準溶液進行測量，分別測量3 次，計算儀器示值誤差，校準結(jié)果見表3。由表3 可知，儀器示值誤差為-3.2% ～ -1.3%。

3.4 儀器重復(fù)性

選取0.30 mg／L 的總磷標準溶液，在1.3 環(huán)境條件下，重復(fù)測量7 次，計算儀器重復(fù)性，校準結(jié)果見表4。由表4 可知，儀器重復(fù)性為3.1%。

表4 儀器重復(fù)性校準結(jié)果

3.5 示值穩(wěn)定性

選取0.60 mg／L 的總磷標準溶液，在1.3 環(huán)境下進行測量，讀取初始示值為0.589 mg／L，連續(xù)觀察20 min，每間隔2 min 讀取1 次，共讀取11 次，計算示值穩(wěn)定性，校準結(jié)果見表5。由表5 可知，示值穩(wěn)定性為2.9%FS。

表5 示值穩(wěn)定性校準結(jié)果

由表1～表5 校準結(jié)果可知，該校準方法適用于總磷測定儀的校準。

4 計量性能指標

根據(jù)表1～表5 校準結(jié)果，以及不同廠家儀器多次重復(fù)試驗數(shù)據(jù)，并結(jié)合儀器的出廠要求，綜合分析得出總磷測定儀的性能指標見表6。

表6 計量性能要求

5 結(jié)語

根據(jù)總磷測定儀的工作原理，結(jié)合實際檢測工作需求，建立了一種對總磷測定儀的校準方法，實現(xiàn)了對溫度示值誤差、溫場均勻性、消解時間示值誤差、儀器示值誤差、儀器重復(fù)性和示值穩(wěn)定性的綜合評價。該方法可以準確評價該類儀器的計量特性，為此類儀器的校準提供參考。