分光光度法氨氮测定仪校准方法研究

基于目前环境监测的特点和广泛的市场需求，分光光度法氨氮测定仪已经得到迅速发展并广泛应用于污水处理、化工、造纸、制药、医疗、环保等行业。由于分光光度法具有操作简便、灵敏度高等特点，氨氮测定仪多基于分光光度法测定水中氨氮含量，包括水杨酸-次氯酸盐分光光度法和纳氏试剂比色法。目前，基于分光光度法的氨氮测定仪正朝着快速、准确、高灵敏度、自动化方向迈进，尤其是便携式氨氮测定仪由于其具有操作简便、快捷、重复性好、适用于现场检测等特点，因此普及率高，得到了广泛应用。

与分光光度法氨氮测定仪的蓬勃发展相对，国内氨氮测定仪的计量技术规范相对滞后。根据《计量法》规定，用于环境监测的工作计量器具要实行强制检定。目前，国家尚未出台针对实验室氨氮测定仪的计量检定规程，因此对各类氨氮测定仪的计量特性评价没有依据标准，难以保证氨氮测定仪的准确、可靠以及量值溯源性。本文参考各类氨氮测定仪的相关参数及分析要求，对基于分光光度法的氨氮测定仪的校准方法进行探讨。

一、校准方法研究

1.环境要求

实验室环境温度在15℃～25℃之间，相对湿度不大于85%，无影响仪器正常工作的电磁场干扰和震动。

2.标准物质及其他设备

水中氨氮分析标准物质:采用国家有证标准物质(GBW(E)080086)，浓度为50.0mg/L，其扩展不确定度为2.6%(k=2)。

各类移液管、容量瓶:A级。

3.校准项目与校准方法

(1)示值误差

按照仪器使用说明书的要求， 开机预热并校准。然后在仪器测量范围内对20%、50%和80%的浓度点的氨氮标准溶液进行测量，每个浓度值分别重复测量3次，得到测量值Ci，并求其平均值，按式(1)分别计算上述3种浓度下仪器的示值误差ΔCi，取其中**值*大值对应的数值作为仪器的示值误差:

式中:ΔCi———仪器的示值误差，mg/L；———仪器测得的氨氮标准溶液的算术平均值，mg/L；Cs———被测氨氮标准溶液的标称值，mg/L。

(2)重复性

待仪器预热稳定后，按说明书所示的量程及方法校准仪器。然后选取标称值*大的氨氮标准溶液，连续重复显色6次并分别读取仪器示值， 仪器测量的重复性以6次测量值的相对标准偏差(RSD)表示，按式(2)计算:

式中:Ci———第i次的测量值，mg/L；———6次测量值的算术平均值，mg/L；n———测量次数，n=6。

(3)稳定性

待仪器预热稳定后，按说明书所示的量程及方法校准仪器。然后选取标称值*大的氨氮标准溶液进行测量，仪器示值稳定后读取示值C0，用同一份显色的样品连续测定20min，每隔2min记录一次仪器示值Ci，按式(3)计算仪器稳定性δi。取**值*大的δi作为仪器示值稳定性。

式中:δi———仪器稳定性，%；Ci———各次测量值，mg/L；C0———初始测量值，mg/L；C———仪器满量程值，mg/L。

二、不确定度评定

1.测量模型

评定仪器示值误差的测量模型为

式中:ΔCi———仪器的示值误差，mg/L；———仪器测得的氨氮标准溶液的算术平均值，mg/L；Cs———被测氨氮标准溶液的标称值，mg/L。

2.输入量的标准不确定度评定

(1)输入量Cs的标准不确定度评定

Cs的不确定度来源于以下两个方面:水中氨氮分析标准物质定值的不确定度，以及由该标准物质稀释配制待测标准溶液过程中引入的不确定度。

根据标准物质认定证书，水中氨氮分析标准物质(GBW(E)080086)定值的相对扩展不确定度为2.6%，包含因子k=2，则该标准物质的相对标准不确定度为

水中氨氮分析标准物质稀释过程引入的不确定度主要包括移液和定容过程引入的不确定度。

以配制5mg/L氨氮标准溶液为例，10mL A级移液管的允许误差为±0.020mL，按三角分布计算，移液管引入的相对标准不确定度为

由于校准过程实验室温度控制在15℃～25℃的范围内，相对于20℃的温度*大变化为±5℃，水的体积膨胀系数为2.1×10-4℃-1，按反正弦分布计算，则移液过程中由温度变化引入的相对标准不确定度为

100mLA级容量瓶的允许误差为±0.10mL， 按三角分布计算，容量瓶引入的相对标准不确定度为

同理可得定容过程中由温度变化引入的相对标准不确定度为

根据以上计算可得配制氨氮标准溶液的稀释过程引入的标准不确定度为

由于氨氮标准物质定值与稀释过程独立不相关，可得输入量Cs的相对标准不确定度为

标准不确定度为u(Cs)=5×1.31%=0.0655mg/L

(2)输入量Ci的不确定度评定

Ci的不确定度主要来源于仪器测量过程重复性引入的不确定度，该不确定度可通过连续测量来估算。用浓度为5mg/L的水中氨氮成分分析标准物质进行测量，用氨氮测定仪对其重复测定8次，得到测量数据(单位:mg/L)为4.48、4.48、4.47、4.41、4.37、4.41、4.41和4.38，测量平均值为4.426mg/L，单次实验标准偏差为s=0.044mg/L。

实际重复测量是在重复性条件下连续测量3次，因此仪器测量过程重复性引入的标准不确定度为

(3)合成标准不确定度

根据不确定度传播律得

由式(1)可得u2(ΔC)=u2(Ci)+u2(Cs)

因此，合成标准不确定度为

取包含因子k=2， 可得到校准过程中示值误差的扩展不确定度为0.14mg/L。

三、校准方法评价

参照以上校准方法，我们对市场上常见的几种氨氮测定仪进行试验，对仪器各参数进行校准。结果如表1所示。

四、结果与讨论

目前市场上的氨氮测定仪多采用分光光度法测量氨氮含量。分光光度法具有操作简便、灵敏、检出限低等特点， 但分光光度法测量氨氮含量容易受到水中钙、镁、铁等离子，以及水体颜色和浊度等因素的影响。同时，分光光度法测量水中氨氮受显色反应的反应时间和反应温度影响较大。根据报道，采用纳氏试剂显色反应时， 反应温度应控制在20℃～25℃， 显色时间应控制在(10～30)min，可达到*佳显色效果。因此，在氨氮测定仪校准过程中，需要避免实验用水及器具的污染，同时要控制显色反应的温度及反应时间，以保证校准结果的可靠性。

表1 各类氨氮测定仪校准结果

本文提出了一种针对实验室氨氮测定仪的校准方法，参照该方法对市场上不同型号的氨氮测定仪的计量性能进行试验， 并讨论了影响校准过程的因素。试验证明该校准方法简便易行，能够实现对氨氮测定仪的示值误差、重复性和仪器稳定性的综合评价。同时也可为从事氨氮测量和仪器校准的人员提供参考，为此类仪器的校准工作提供实验基础。

作者：孟娇然 丁敏