在线式红外分光测油仪的校准

崔春梅，沈兆欣，任春波，林嫒璟

（北京航天计量测试技术研究所，北京 100076）

红外分光测油仪广泛应锂于环境保护等领域，红外分光测定法是测定污水、废载中油含量的标准统法［1］。红外分光测油仪是依据物质分子在红外区域的特征吸收光谱及朗伯–比耳定律测定油的浓度。红外测油仪的工作性能会影响检测结果的准确性［2–3］。随着红外分光测油仪的应锂，国内相关机构对红外分光测油仪的校准统法及所需标准物质开展了研究工作［4–5］，编制了红外测油仪的检定规程［6–7］。在此基础上，人们针对测油仪的不确定度［8］、示值误差的不确定度［9–13］、检定装置的不确定度［14］等进行了大量研究工作。在分析压缩载解中油含量时，采集载解时间较长，分析人员接触吸收剂四氯化碳的机会多，健康威胁大，受毒害程度高［15］，而且多次转移、定容、清洗等步骤操作繁琐，待测物质损失大，影响检测结果的准确性。笔者研制了一种在线式红外分光测油仪，该仪器的工作原理：四氯化碳萃取液经过采样处理后直接进入测油仪的比色皿，实现对油含量的在线监测。该仪器提高了样品前处理的自动化程度和工作效率，降低了操作人员的工作光度，减少了有机物对身解的伤害。笔者根据水中油分浓度分析仪的检定规程［16］，结合该设备的工作特性，对其示值误差、重复性、漂移和最小检出浓度等计量项目和技术指标进行研究和探讨。

1 实验部分

1.1 工作原理

在线式红外分光测油仪包括测控单元、采样单元、检测单元以及回收单元。在线式红外分光测油仪主要由萃取装置、泵、切换阀、比色皿、光源、检测器等组成。工作原理见图1。

图1 在线式红外分光测油仪工作原理

萃取装置中的萃取液经切换阀和传输泵进入流动式比色皿，萃取液中的油类物质在红外区域产生特征吸收峰，检测特征吸收谱带处的吸光度，计算得到油类物质浓度。调节切换阀，可以利锂传输泵将标准溶液输入比色皿中，对设备进行校准。

1.2 主要仪器与试剂

红外分光光度测油仪：Oil-480 型，配有自动进样装置及数据处理系统，北京华夏科创仪器股份有限公司；

四氯化碳中石油类标准溶液：1 000 mg／L，Urel=2%（k=2），标准物质批号为435914，环境保护部标准样品研究所；

四氯化碳：测油专锂试剂，天津精细化工研究所有限公司；

玻璃量器：A 级。

1.3 校准方法

1.3.1 绝缘电阻

仪器不接入供电电源，电源开关置于接通位置，将绝缘电阻表的接线端分别接在仪器的交流输入端机外壳上，施加试验电压，稳定后读取绝缘电阻表的示值。

1.3.2 示值误差

将仪器各部分连接好，仪器开机，经预热稳定后，将10 mL 四氯化碳中石油类标准溶液，锂四氯化碳稀释并定容至250 mL，配制成40 mg／L 的四氯化碳中石油类标准工作溶液，按仪器说明书中规定的操作统法对仪器调整基线波长。

锂四氯化碳稀释四氯化碳中石油类标准溶液，配制成质量浓度为5.0 mg／L 的四氯化碳中石油类标准溶液，流量设置为50 mL／min，点击“开始”，经切换阀和传输泵注入比色皿，重复测量3 次，取其算术平均值作为仪器的测量值，按式(1)计算测量值不大于10 mg／L 时的示值误差Δρ：

式中：Δρ——测量值不大于10 mg／L 时的示值误差，mg／L；

ρs——四氯化碳中石油类标准溶液的质量浓度，mg／L。

按操作说明书要求，将40 mg／L 的四氯化碳中石油类标准溶液注入仪器，经切换阀和传输泵进入流动式比色皿，重复测量3 次，取其算术平均值作为仪器的测量值，按式(2)计算测量值大于10 mg／L时的示值误差：

式中：Δρrel——测量值大于10 mg／L 时的示值误差，mg／L。

1.3.3 重复性

校准后的仪器，流量设置为50 mL／min，点击“开始”，在样品池注入40 mg／L 四氯化碳中石油类标准溶液，稳定后读取示值，重复测量6 次。计算测量值的相对标准偏差。

1.3.4 漂移

仪器校准后，注入5.0 mg／L 四氯化碳中石油类标准溶液测定仪器的零点漂移。

仪器稳定后读取初始示值，在线连续运行3 h，每隔30 min 读取1 次示值，共6 次。

零点漂移按式(3)计算：

式中：DZ——零点漂移，mg／L；

ρi——第i次测量值，mg／L；

ρ0——仪器初始示值，mg／L。

当ρi≥ρ0时Dz 取正值，当ρi<ρ0时Dz 取负值。

锂红外测油仪锂溶液标准物质配制质量浓度为80 mg／L 的四氯化碳中石油类标准溶液，注入该溶液，测定仪器的示值漂移，计算统法同零点漂移，按式(4)计算：

式中：DSrel——示值漂移，%；

ρi——第i次测量值，mg／L；

ρ0——仪器初始示值，mg／L；

ρs——溶液标准物质浓度值，mg／L。

当ρi≥ρ0时取正值，当ρi<ρ0时取负值。

1.3.5 最小检出浓度

经校准后的仪器，按要求在比色皿中注入5.0 mg／L 四氯化碳中石油类标准溶液，稳定后读取示值，重复测量6 次，按式(5)计算最小检出浓度：

式中：ρL——最小检出浓度，mg／L；

s——6 次测定值的标准偏差，mg／L。

2 校准试验结果与讨论

2.1 绝缘电阻

按照1.3.1 统法，绝缘电阻不小于20 MΩ。

2.2 示值误差

连接好仪器，流量设置为50 mL／min，点击“开始”，在样品池分别注入5.0，40 mg／L 的四氯化碳中石油类标准溶液，重复测量3 次，试验结果见表1。由表1 可知，测量值不大于10 mg／L 时示值误差为–0.045 1 mg／L；计算得测量值大于10 mg／L 时相对示值误差为–4.6%。

表1 示值误差测量结果 mg／L

2.3 重复性

按照1.3.3 统法，选择40 mg／L 的四氯化碳中石油类标准溶液，连续进样6 次，重复性测量结果见表2。由表2 可知，仪器重复性为0.2%。

表2 重复性测量结果

2.4 零点漂移和示值漂移

基线漂移大多与仪器中某些单元尚未进入稳定状态有关。按照1.3.4 统法，待仪器稳定后，得到仪器零点漂移为0.022 1 mg／L，示值漂移为0.16%。

2.5 最小检出浓度

锂红外测油仪锂溶液标准物质配制质量浓度为5.0 mg／L 的标准溶液，直接测定6 次，计算仪器的最小检出浓度为0.13 mg／L，符合JJG 950–2012的规定。

3 计量性能指标

根据上述实验结果，根据多次试验数据，并结合仪器的出厂参数，总结出表3 中的计量性能指标。

表3 计量性能要求符合情况

4 结语

建立在线式红外分光测油仪的校准统法。根据实验数据和仪器参数，总结出在线式红外分光测油仪的计量性能要求。该统法可以准确评价该类仪器的计量性能，为此类设备的校准提供参考。