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COD是化学需氧量(Chemical Oxygen Demand)简称。化学需氧量(COD)是指在一定条件下,用强氧化剂将水样中有机物和无机还原性物质氧化时所消耗氧化剂相对氧的质量浓度。COD反映的是水体受有机物和无机还原性物质污染的程度,是我国公布的环境水质标准的主要监测指标之一。
COD标准溶液的配制用来检定校准化学需氧量(COD)在线自动监测仪,要求其不确定度不大于3%(k=2),并且所配制的COD标准溶液与有证标准物质溯源。因此要进行COD标准溶液配制的不确定度评定。
1 COD标准溶液的配制
依据JJG1012-2006《化学需氧量(COD)在线自动监测仪》检定规程规定,需要配制50mg/L、150mg/L、500mg/L的COD标准溶液。不确定度应不大于3%(k=2),其配制方法如下:
称取在120℃下干燥2h并冷却后的邻苯二甲酸氢钾(基准试剂)0.42 519于少量重蒸馏水中,溶解后全量转入1000rnL容量瓶中,用重蒸馏水稀释至刻度。使之成为500mg/L的COD标准溶液。50mg/L、150mg/L的COD标准溶液由该溶液逐级稀释后获得。
2 建立数学模型
所配制COD标准溶液的质量浓度可表示为:
[p][=mp/v]
式中:[m]——邻苯二甲酸氢钾标准物质的质量g;
[p]——邻苯二甲酸氢钾标准物质的纯度g/g;
[v]——所配制的标准溶液的体积。
3 方差与灵敏度系数
[u2(p)][=(p/v)2u2(m)+(m/v)2u2(p)+(mp/v2)2u2v]
[=][C12U2(m)+C22U2(p)+C32U2(v)]
式中灵敏度系数为:
P=99.95%~100.05%≈1
V=1000(mL)=I(L)
m=425.l(mg)
[C1=p/v]=1/1=1(1/L)
[C2=m/v]425.1(mg/L)
[C3=m/p]=-425.1(mg/L2)
4 不确定度分量
(1)邻苯二甲酸氢钾质量(m)测量的标准不确定度u(m)
邻苯二甲酸氢钾的质量由分辨力Img的电子天平用减量称量称取2009,其不确定来源主要有4个方面:读数的分辨力(lmg)、测量的重复性(lmg)、线性误差(2mg)以及天平校准的不确定度(3mg),其合成误差为:
△(m)=±[12+12+22+32]=±[15]=±3.87(mg)
按均匀分布计算邻苯二甲酸氢钾质量测量的标准不确定度为:u(m)=3.87/[3]=2.23(mg)
(2)邻苯二甲氢钾工作基准试剂含量的标准不确定度u(p)依据GB1257-1990工作基准试剂邻苯二甲酸氢钾,含量99.95%~100.05%,工作基准试剂误差为±0.05%,按正态分布计算标准不确定度。于是引入的标准不确定度为:
u(p)=0.05/3=0.000167
(3)溶液体积(v)测量的标准不确定度[u(V)]
用B级lOOOmL的容量瓶测量,容量瓶中的液体体积V的不确定来源主要3个方面:
容量瓶容积的不确定度。B级l000mL容量瓶JJG196-1990《常用玻璃量器检定规程》的最大允许误差为MPE:[±]0.8,按均匀分布计算标准不确定度为[u(V1)]=0.80/√3=0.46mL。
稀释溶液时将体积增加到容量瓶刻度时的不确定度。将溶液体积稀释到所需标准体积的重复性,可通过实验测得,对典型的1000mL容量瓶反复充满10次,并进行称量,得实验标准差为0.4mL,于是所引入的标准不确定度为[u(V2)]=0.40mL。
容量瓶和溶液的温度与容量瓶体积校准时温度不一致引入的不确定度。根据证书容量瓶的体积是在20℃下进行校准的,而配制溶液的实验室的温度在±15℃范围内变动,由于溶液的体积膨胀系数明显大于容量瓶的膨胀系数,只考虑溶液的体积,由于水的体积膨胀系数为2.1×l0-4℃-1,于是对体积测量所引入的不确定度为:
[u(V3)]=1000mL×2.1×10-4×15/[3]=1.82(mL)
则体积测量的合成不确定度为:
[u(V)]=[u(V1)2+u(V2)2+u(V2)2]=[0.462+0.42+1.822]=1.92
5 不确定度分量汇总表(表1)
表1 不确定度分量汇总表
6 合成标准不确定度
由于量取标液时不使用同一吸管与容量瓶,各分量彼此独立,则合成标准不确定度为:
[u(p)][=c12u2(m)+c22u2(p)+c32u2(v)]
=[2.232+0.0712+0.822]
=2.38(mg/L)
7 扩展不确定度
取包含因子k=2,于是扩展不确定度为:
U=2[u(p)]=2×2.38=4.76(mg/L)
由于配成浓度为500mg/L的标准溶液,所从相对扩展不确定度为:
Urel=4.76/500≈1%
配制的COD标准溶液与有证标准物的溯源吸取浓度为500mg/L的COD标准溶液100mL,置于500mL的容量瓶中,加重蒸馏水稀释至标线,混匀,配制成浓度为100mg/L的COD标准溶液。
将配制的100mg/L的COD标准溶液和国家标准物质研究中心购买的浓度为100mg/L标准物质溶液,依次导入仪器,分别测量,记录测量值。
所配制的COD标准溶液应溯源到有证标准物质,对两组测量值进行比较,其差值应符合下式:
[Y1-Y0]≤[v12+v02]]
式中:[Y1]——配制标准溶液的测量值;
[Y0]——有证标准物质的测量值;
[v1]——配制标准溶液的扩展不确定度(k=2);
[v0]——有证标准物质的扩展不确定度(k=2)。
COD标准溶液的配制用来检定校准化学需氧量(COD)在线自动监测仪,要求其不确定度不大于3%(k=2),并且所配制的COD标准溶液与有证标准物质溯源。因此要进行COD标准溶液配制的不确定度评定。
1 COD标准溶液的配制
依据JJG1012-2006《化学需氧量(COD)在线自动监测仪》检定规程规定,需要配制50mg/L、150mg/L、500mg/L的COD标准溶液。不确定度应不大于3%(k=2),其配制方法如下:
称取在120℃下干燥2h并冷却后的邻苯二甲酸氢钾(基准试剂)0.42 519于少量重蒸馏水中,溶解后全量转入1000rnL容量瓶中,用重蒸馏水稀释至刻度。使之成为500mg/L的COD标准溶液。50mg/L、150mg/L的COD标准溶液由该溶液逐级稀释后获得。
2 建立数学模型
所配制COD标准溶液的质量浓度可表示为:
[p][=mp/v]
式中:[m]——邻苯二甲酸氢钾标准物质的质量g;
[p]——邻苯二甲酸氢钾标准物质的纯度g/g;
[v]——所配制的标准溶液的体积。
3 方差与灵敏度系数
[u2(p)][=(p/v)2u2(m)+(m/v)2u2(p)+(mp/v2)2u2v]
[=][C12U2(m)+C22U2(p)+C32U2(v)]
式中灵敏度系数为:
P=99.95%~100.05%≈1
V=1000(mL)=I(L)
m=425.l(mg)
[C1=p/v]=1/1=1(1/L)
[C2=m/v]425.1(mg/L)
[C3=m/p]=-425.1(mg/L2)
4 不确定度分量
(1)邻苯二甲酸氢钾质量(m)测量的标准不确定度u(m)
邻苯二甲酸氢钾的质量由分辨力Img的电子天平用减量称量称取2009,其不确定来源主要有4个方面:读数的分辨力(lmg)、测量的重复性(lmg)、线性误差(2mg)以及天平校准的不确定度(3mg),其合成误差为:
△(m)=±[12+12+22+32]=±[15]=±3.87(mg)
按均匀分布计算邻苯二甲酸氢钾质量测量的标准不确定度为:u(m)=3.87/[3]=2.23(mg)
(2)邻苯二甲氢钾工作基准试剂含量的标准不确定度u(p)依据GB1257-1990工作基准试剂邻苯二甲酸氢钾,含量99.95%~100.05%,工作基准试剂误差为±0.05%,按正态分布计算标准不确定度。于是引入的标准不确定度为:
u(p)=0.05/3=0.000167
(3)溶液体积(v)测量的标准不确定度[u(V)]
用B级lOOOmL的容量瓶测量,容量瓶中的液体体积V的不确定来源主要3个方面:
容量瓶容积的不确定度。B级l000mL容量瓶JJG196-1990《常用玻璃量器检定规程》的最大允许误差为MPE:[±]0.8,按均匀分布计算标准不确定度为[u(V1)]=0.80/√3=0.46mL。
稀释溶液时将体积增加到容量瓶刻度时的不确定度。将溶液体积稀释到所需标准体积的重复性,可通过实验测得,对典型的1000mL容量瓶反复充满10次,并进行称量,得实验标准差为0.4mL,于是所引入的标准不确定度为[u(V2)]=0.40mL。
容量瓶和溶液的温度与容量瓶体积校准时温度不一致引入的不确定度。根据证书容量瓶的体积是在20℃下进行校准的,而配制溶液的实验室的温度在±15℃范围内变动,由于溶液的体积膨胀系数明显大于容量瓶的膨胀系数,只考虑溶液的体积,由于水的体积膨胀系数为2.1×l0-4℃-1,于是对体积测量所引入的不确定度为:
[u(V3)]=1000mL×2.1×10-4×15/[3]=1.82(mL)
则体积测量的合成不确定度为:
[u(V)]=[u(V1)2+u(V2)2+u(V2)2]=[0.462+0.42+1.822]=1.92
5 不确定度分量汇总表(表1)
表1 不确定度分量汇总表
6 合成标准不确定度
由于量取标液时不使用同一吸管与容量瓶,各分量彼此独立,则合成标准不确定度为:
[u(p)][=c12u2(m)+c22u2(p)+c32u2(v)]
=[2.232+0.0712+0.822]
=2.38(mg/L)
7 扩展不确定度
取包含因子k=2,于是扩展不确定度为:
U=2[u(p)]=2×2.38=4.76(mg/L)
由于配成浓度为500mg/L的标准溶液,所从相对扩展不确定度为:
Urel=4.76/500≈1%
配制的COD标准溶液与有证标准物的溯源吸取浓度为500mg/L的COD标准溶液100mL,置于500mL的容量瓶中,加重蒸馏水稀释至标线,混匀,配制成浓度为100mg/L的COD标准溶液。
将配制的100mg/L的COD标准溶液和国家标准物质研究中心购买的浓度为100mg/L标准物质溶液,依次导入仪器,分别测量,记录测量值。
所配制的COD标准溶液应溯源到有证标准物质,对两组测量值进行比较,其差值应符合下式:
[Y1-Y0]≤[v12+v02]]
式中:[Y1]——配制标准溶液的测量值;
[Y0]——有证标准物质的测量值;
[v1]——配制标准溶液的扩展不确定度(k=2);
[v0]——有证标准物质的扩展不确定度(k=2)。