基于目前環境監測的特點和廣泛的市場需求，分光光度法氨氮測定儀已經得到迅速發展并廣泛應用于污水處理、化工、造紙、制藥、醫療、環保等行業。由于分光光度法具有操作簡便、靈敏度高等特點，氨氮測定儀多基于分光光度法測定水中氨氮含量，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定儀正朝著快速、準確、高靈敏度、自動化方向邁進，尤其是便攜式氨氮測定儀由于其具有操作簡便、快捷、重復性好、適用于現場檢測等特點，因此普及率高，得到了廣泛應用。
    與分光光度法氨氮測定儀的蓬勃發展相對，國內氨氮測定儀的計量技術規范相對滯后。根據《計量法》規定，用于環境監測的工作計量器具要實行強制檢定。目前，國家尚未出臺針對實驗室氨氮測定儀的計量檢定規程，因此對各類氨氮測定儀的計量特性評價沒有依據標準，難以保證氨氮測定儀的準確、可靠以及量值溯源性。本文參考各類氨氮測定儀的相關參數及分析要求，對基于分光光度法的氨氮測定儀的校準方法進行探討。
    

一、校準方法研究

    1.環境要求
    實驗室環境溫度在15℃～25℃之間，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.標準物質及其他設備
    水中氨氮分析標準物質:采用國家有證標準物質(GBW(E)080086)，濃度為50.0mg/L，其擴展不確定度為2.6%(k=2)。
    各類移液管、容量瓶:A級。
    3.校準項目與校準方法
    (1)示值誤差
    按照儀器使用說明書的要求， 開機預熱并校準。然后在儀器測量范圍內對20%、50%和80%的濃度點的氨氮標準溶液進行測量，每個濃度值分別重復測量3次，得到測量值C_i，并求其平均值，按式(1)分別計算上述3種濃度下儀器的示值誤差ΔC_i，取其中絕對值最大值對應的數值作為儀器的示值誤差:
    

    式中:ΔC_i???儀器的示值誤差，mg/L；???儀器測得的氨氮標準溶液的算術平均值，mg/L；C_s???被測氨氮標準溶液的標稱值，mg/L。
    (2)重復性
    待儀器預熱穩定后，按說明書所示的量程及方法校準儀器。然后選取標稱值最大的氨氮標準溶液，連續重復顯色6次并分別讀取儀器示值， 儀器測量的重復性以6次測量值的相對標準偏差(RSD)表示，按式(2)計算:
    

    式中:C_i???第i次的測量值，mg/L；???6次測量值的算術平均值，mg/L；n???測量次數，n=6。
    (3)穩定性
    待儀器預熱穩定后，按說明書所示的量程及方法校準儀器。然后選取標稱值最大的氨氮標準溶液進行測量，儀器示值穩定后讀取示值C₀，用同一份顯色的樣品連續測定20min，每隔2min記錄一次儀器示值C_i，按式(3)計算儀器穩定性δi。取絕對值最大的δ_i作為儀器示值穩定性。
    

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

二、不確定度評定

    1.測量模型
    評定儀器示值誤差的測量模型為
    

    式中:ΔC_i???儀器的示值誤差，mg/L；???儀器測得的氨氮標準溶液的算術平均值，mg/L；C_s???被測氨氮標準溶液的標稱值，mg/L。
    2.輸入量的標準不確定度評定
    (1)輸入量C_s的標準不確定度評定
    C_s的不確定度來源于以下兩個方面:水中氨氮分析標準物質定值的不確定度，以及由該標準物質稀釋配制待測標準溶液過程中引入的不確定度。
    根據標準物質認定證書，水中氨氮分析標準物質(GBW(E)080086)定值的相對擴展不確定度為2.6%，包含因子k=2，則該標準物質的相對標準不確定度為
    

    水中氨氮分析標準物質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氨氮標準溶液為例，10mL A級移液管的允許誤差為?0.020mL，按三角分布計算，移液管引入的相對標準不確定度為
    

    由于校準過程實驗室溫度控制在15℃～25℃的范圍內，相對于20℃的溫度最大變化為?5℃，水的體積膨脹系數為2.1?10^-4℃^-1，按反正弦分布計算，則移液過程中由溫度變化引入的相對標準不確定度為
    

    100mLA級容量瓶的允許誤差為?0.10mL， 按三角分布計算，容量瓶引入的相對標準不確定度為
    

    同理可得定容過程中由溫度變化引入的相對標準不確定度為
    

    根據以上計算可得配制氨氮標準溶液的稀釋過程引入的標準不確定度為
    

    由于氨氮標準物質定值與稀釋過程獨立不相關，可得輸入量C_s的相對標準不確定度為
    

    標準不確定度為u(C_s)=5?1.31%=0.0655mg/L
    (2)輸入量C_i的不確定度評定
    C_i的不確定度主要來源于儀器測量過程重復性引入的不確定度，該不確定度可通過連續測量來估算。用濃度為5mg/L的水中氨氮成分分析標準物質進行測量，用氨氮測定儀對其重復測定8次，得到測量數據(單位:mg/L)為4.48、4.48、4.47、4.41、4.37、4.41、4.41和4.38，測量平均值為4.426mg/L，單次實驗標準偏差為s=0.044mg/L。
    實際重復測量是在重復性條件下連續測量3次，因此儀器測量過程重復性引入的標準不確定度為
    

    (3)合成標準不確定度
    根據不確定度傳播律得
    

    由式(1)可得u²(ΔC)=u²(C_i) u²(C_s)
    因此，合成標準不確定度為
    

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

三、校準方法評價

    參照以上校準方法，我們對市場上常見的幾種氨氮測定儀進行試驗，對儀器各參數進行校準。結果如表1所示。
    

四、結果與討論

    目前市場上的氨氮測定儀多采用分光光度法測量氨氮含量。分光光度法具有操作簡便、靈敏、檢出限低等特點， 但分光光度法測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，分光光度法測量水中氨氮受顯色反應的反應時間和反應溫度影響較大。根據報道，采用納氏試劑顯色反應時， 反應溫度應控制在20℃～25℃， 顯色時間應控制在(10～30)min，可達到最佳顯色效果。因此，在氨氮測定儀校準過程中，需要避免實驗用水及器具的污染，同時要控制顯色反應的溫度及反應時間，以保證校準結果的可靠性。
    

表1  各類氨氮測定儀校準結果