基于目前環(huán)境監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)和廣泛的市場(chǎng)需求，分光光度法氨氮測(cè)定儀已經(jīng)得到迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于污水處理、化工、造紙、制藥、醫(yī)療、環(huán)保等行業(yè)。由于分光光度法具有操作簡(jiǎn)便、靈敏度高等特點(diǎn)，氨氮測(cè)定儀多基于分光光度法測(cè)定水中氨氮含量，包括水楊酸-次氯酸鹽分光光度法和納氏試劑比色法。目前，基于分光光度法的氨氮測(cè)定儀正朝著快速、準(zhǔn)確、高靈敏度、自動(dòng)化方向邁進(jìn)，尤其是便攜式氨氮測(cè)定儀由于其具有操作簡(jiǎn)便、快捷、重復(fù)性好、適用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等特點(diǎn)，因此普及率高，得到了廣泛應(yīng)用。
    與分光光度法氨氮測(cè)定儀的蓬勃發(fā)展相對(duì)，國(guó)內(nèi)氨氮測(cè)定儀的計(jì)量技術(shù)規(guī)范相對(duì)滯后。根據(jù)《計(jì)量法》規(guī)定，用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的工作計(jì)量器具要實(shí)行強(qiáng)制檢定。目前，國(guó)家尚未出臺(tái)針對(duì)實(shí)驗(yàn)室氨氮測(cè)定儀的計(jì)量檢定規(guī)程，因此對(duì)各類氨氮測(cè)定儀的計(jì)量特性評(píng)價(jià)沒有依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，難以保證氨氮測(cè)定儀的準(zhǔn)確、可靠以及量值溯源性。本文參考各類氨氮測(cè)定儀的相關(guān)參數(shù)及分析要求，對(duì)基于分光光度法的氨氮測(cè)定儀的校準(zhǔn)方法進(jìn)行探討。
    

一、校準(zhǔn)方法研究

    1.環(huán)境要求
    實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度在15℃～25℃之間，相對(duì)濕度不大于85%，無影響儀器正常工作的電磁場(chǎng)干擾和震動(dòng)。
    2.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及其他設(shè)備
    水中氨氮分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):采用國(guó)家有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW(E)080086)，濃度為50.0mg/L，其擴(kuò)展不確定度為2.6%(k=2)。
    各類移液管、容量瓶:A級(jí)。
    3.校準(zhǔn)項(xiàng)目與校準(zhǔn)方法
    (1)示值誤差
    按照儀器使用說明書的要求， 開機(jī)預(yù)熱并校準(zhǔn)。然后在儀器測(cè)量范圍內(nèi)對(duì)20%、50%和80%的濃度點(diǎn)的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)濃度值分別重復(fù)測(cè)量3次，得到測(cè)量值C_i，并求其平均值，按式(1)分別計(jì)算上述3種濃度下儀器的示值誤差ΔC_i，取其中絕對(duì)值最大值對(duì)應(yīng)的數(shù)值作為儀器的示值誤差:
    

    式中:ΔC_i???儀器的示值誤差，mg/L；???儀器測(cè)得的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液的算術(shù)平均值，mg/L；C_s???被測(cè)氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)稱值，mg/L。
    (2)重復(fù)性
    待儀器預(yù)熱穩(wěn)定后，按說明書所示的量程及方法校準(zhǔn)儀器。然后選取標(biāo)稱值最大的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，連續(xù)重復(fù)顯色6次并分別讀取儀器示值， 儀器測(cè)量的重復(fù)性以6次測(cè)量值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)表示，按式(2)計(jì)算:
    

    式中:C_i???第i次的測(cè)量值，mg/L；???6次測(cè)量值的算術(shù)平均值，mg/L；n???測(cè)量次數(shù)，n=6。
    (3)穩(wěn)定性
    待儀器預(yù)熱穩(wěn)定后，按說明書所示的量程及方法校準(zhǔn)儀器。然后選取標(biāo)稱值最大的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)量，儀器示值穩(wěn)定后讀取示值C₀，用同一份顯色的樣品連續(xù)測(cè)定20min，每隔2min記錄一次儀器示值C_i，按式(3)計(jì)算儀器穩(wěn)定性δi。取絕對(duì)值最大的δ_i作為儀器示值穩(wěn)定性。
    

    式中:δ_i???儀器穩(wěn)定性，%；C_i???各次測(cè)量值，mg/L；C₀???初始測(cè)量值，mg/L；C???儀器滿量程值，mg/L。
    

二、不確定度評(píng)定

    1.測(cè)量模型
    評(píng)定儀器示值誤差的測(cè)量模型為
    

    式中:ΔC_i???儀器的示值誤差，mg/L；???儀器測(cè)得的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液的算術(shù)平均值，mg/L；C_s???被測(cè)氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)稱值，mg/L。
    2.輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定
    (1)輸入量C_s的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定
    C_s的不確定度來源于以下兩個(gè)方面:水中氨氮分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值的不確定度，以及由該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稀釋配制待測(cè)標(biāo)準(zhǔn)溶液過程中引入的不確定度。
    根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定證書，水中氨氮分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW(E)080086)定值的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為2.6%，包含因子k=2，則該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
    

    水中氨氮分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稀釋過程引入的不確定度主要包括移液和定容過程引入的不確定度。
    以配制5mg/L氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液為例，10mL A級(jí)移液管的允許誤差為?0.020mL，按三角分布計(jì)算，移液管引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
    

    由于校準(zhǔn)過程實(shí)驗(yàn)室溫度控制在15℃～25℃的范圍內(nèi)，相對(duì)于20℃的溫度最大變化為?5℃，水的體積膨脹系數(shù)為2.1?10^-4℃^-1，按反正弦分布計(jì)算，則移液過程中由溫度變化引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
    

    100mLA級(jí)容量瓶的允許誤差為?0.10mL， 按三角分布計(jì)算，容量瓶引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
    

    同理可得定容過程中由溫度變化引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
    

    根據(jù)以上計(jì)算可得配制氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液的稀釋過程引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
    

    由于氨氮標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值與稀釋過程獨(dú)立不相關(guān)，可得輸入量C_s的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
    

    標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u(C_s)=5?1.31%=0.0655mg/L
    (2)輸入量C_i的不確定度評(píng)定
    C_i的不確定度主要來源于儀器測(cè)量過程重復(fù)性引入的不確定度，該不確定度可通過連續(xù)測(cè)量來估算。用濃度為5mg/L的水中氨氮成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，用氨氮測(cè)定儀對(duì)其重復(fù)測(cè)定8次，得到測(cè)量數(shù)據(jù)(單位:mg/L)為4.48、4.48、4.47、4.41、4.37、4.41、4.41和4.38，測(cè)量平均值為4.426mg/L，單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為s=0.044mg/L。
    實(shí)際重復(fù)測(cè)量是在重復(fù)性條件下連續(xù)測(cè)量3次，因此儀器測(cè)量過程重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
    

    (3)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
    根據(jù)不確定度傳播律得
    

    由式(1)可得u²(ΔC)=u²(C_i) u²(C_s)
    因此，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
    

    取包含因子k=2， 可得到校準(zhǔn)過程中示值誤差的擴(kuò)展不確定度為0.14mg/L。
    

三、校準(zhǔn)方法評(píng)價(jià)

    參照以上校準(zhǔn)方法，我們對(duì)市場(chǎng)上常見的幾種氨氮測(cè)定儀進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)儀器各參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果如表1所示。
    

四、結(jié)果與討論

    目前市場(chǎng)上的氨氮測(cè)定儀多采用分光光度法測(cè)量氨氮含量。分光光度法具有操作簡(jiǎn)便、靈敏、檢出限低等特點(diǎn)， 但分光光度法測(cè)量氨氮含量容易受到水中鈣、鎂、鐵等離子，以及水體顏色和濁度等因素的影響。同時(shí)，分光光度法測(cè)量水中氨氮受顯色反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度影響較大。根據(jù)報(bào)道，采用納氏試劑顯色反應(yīng)時(shí)， 反應(yīng)溫度應(yīng)控制在20℃～25℃， 顯色時(shí)間應(yīng)控制在(10～30)min，可達(dá)到最佳顯色效果。因此，在氨氮測(cè)定儀校準(zhǔn)過程中，需要避免實(shí)驗(yàn)用水及器具的污染，同時(shí)要控制顯色反應(yīng)的溫度及反應(yīng)時(shí)間，以保證校準(zhǔn)結(jié)果的可靠性。
    

表1  各類氨氮測(cè)定儀校準(zhǔn)結(jié)果