锅炉水总碱度测量不确定度的评估
第
25卷第8期 分析试验室Vol.25.No.8
2006年8月ChineseJournalofAnalysisLaboratory2006-8
锅炉水总碱度测量不确定度的评估
丁 红Ξ,孟昭武
1
2
(1.广东省东莞市质量技术监督局特种设备检验所,东莞523120;
2.国家有色金属及电子材料分析测试中心,北京100088)
摘 要:,过程中测量重复性、天平、标准物质纯度、量不确定度的影响,时,扩展不确定度为0112mmol,。;;不确定度
中图分类号:O651 文献标识码:A 文章编号:100020720(2006)082104204
本文以滴定法测量锅炉水中总碱度的实例,具体阐述对国家计量技术规范JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》的理解和实际评估应用。锅炉在运行时,其内部循环流动的水由于受热后沸腾、蒸发和浓缩,水中的杂质会结垢、腐蚀以及恶化蒸汽品质。为了保证锅炉安全经济运行,必须对进入锅炉里的水采用炉外处理,限制其硬度,同时进行炉内加药处理,而只有维持一定的碱度才能达到较好的防垢和防腐效果。碱度是指水中含有能接受氢离子的物质的量。如OH、CO3、HCO3、硅酸盐、磷酸盐、磷酸氢盐、亚硫
2---[1]
消耗H2SO4标准溶液体积38mL左右。
然后按照《工业锅炉水质》附录所述方法进行
总碱度的测定。取100mL炉水,加2滴酚酞指示剂,用标定好的H2SO4标准溶液滴定至溶液由红色变为无色,此时测得的为酚酞碱,表示为P碱度。再加入2滴甲基橙指示剂,继续滴定至溶液呈橙红色。此时测得的为甲基橙碱,表示为M碱度。P碱度和M碱度之和为炉水的总碱度。假设两次测定水样消耗H2SO4标准溶液体积均为13mL。2 数学模型
P碱度=
10×mNaCO×PNaCO×VTMNa2CO3×VT1×V炉水
6
酸盐和氨等,都是锅炉水中常见的碱性物质。因此测定锅炉水总碱度是锅炉水质监测的一个重要项目。国家标准《工业锅炉水质》中对工业锅炉炉水的总碱度规定了最低值和最高值。按照JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》的要求,以
[2]
,
M碱度=
10×mNa2CO3×PNa2CO3×VT3
MNa2CO3×VT1×V炉水
6
总碱度最高允许量26mmolΠL为例,其中碱度的基
-2--本单元为c(OH、1Π2CO3、HCO3),对锅炉水总碱度的测量不确定度进行了评估。1 测定方法
总碱度=P碱度+M
6
10×mNaCO×PNaCO×(VT+VT)
MNa2CO3×VT1×V炉水
6
碱度=
式中,10-由molΠmL转化为mmolΠL的换算系数;mNa2CO3-碳酸钠的质量,g;PNa2CO3-碳酸钠的纯度;VT2-采用酚酞指示剂滴定炉水消耗H2SO4体积,mL;VT3-采用甲基橙指示剂滴定炉水消耗H2SO4体积,mL;MNa2CO3-碳酸钠的摩尔质量,gΠ
首先称取0.2g左右基准无水碳酸钠,溶于50mL水中,加2滴甲基红-亚甲基蓝指示剂,用待
标定的H2SO4标准溶液滴定至溶液由绿色变紫色,
Ξ收稿日期:2006204213;修订日期:2006205224作者简介:丁 红(1969-),女,工程师
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mol;VT1-滴定碳酸钠消耗H2SO4体积,mL;V炉水-移取炉水体积,mL。3 各不确定度分量计算3.1 重复性rep
[3,4]
相应每个元素的标准不确定度将引用的不确
定度按矩形分布处理得到。因此其标准不确定度等于引用不确定度除以。
碳酸钠的摩尔质量为:MNa2CO3=45.979540+12.0107+47.9982=105.98844gΠmol。
标准不确定度u(MNa2CO3)是各不确定度分量
取6份锅炉水样,按照《工业锅炉水质》附录所述方法进行总碱度的测定,P碱度的测定值为12195、13105、12198、12196、13101、12199mmolΠL,
平均值为12199mmolΠL;M碱度的测定值为12194、13107、13101、12196、13102、13104mmolΠL,
平均值为13101mmolΠL。25189、26112、25199、25192mm平方之和的平方根。:
MNa2CO3)=
222
2×0.0000012)+0.00046+(3×0.00017)
平均值为261000108mmolΠL。rep=0108=01033mmolΠL,重复性相对标准不确定度rep=01033Π26100=010013。3.2 Na2CO3的质量mNa2CO3
=0000024+0.00046+0.00051
222
=0100069
gΠmol。
3.5 滴定Na2CO3消耗H2SO4体积VT1
采用50mL滴定管,计量部门给出滴定管的
误差值为0.05mL,按均匀分布考虑,标准不确定度为0.05=0.029mL。
本实验室温度在17～23℃之间变化,利用水的体积膨胀系数算出体积变化为38×2.1×10×3=0.024mL,按均匀分布计算,标准不确定度为:0.024=0.014mL。
-4
天平的校准证书标示的线性不确定度为±0115mg,假定线性贡献是矩形分布,天平的线性
标准不确定度为0.15=0.087mg,分别对瓶质量和总质量进行两次独立称量,因此Na2CO3的质量mNa2CO3的标准不确定度为:u(mNa2CO3)=087+0.087=0.12mg。3.3 Na2CO3的纯度PNa2CO3
2
2
本实验室标定采用指示剂目测终点。实验证明目测终点的标准不确定度约为0.03mL。
因此滴定Na2CO3消耗H2SO4体积VT1的标准不确定度为:u(VT1)=0.044mL。
3.6 采用酚酞指示剂滴定炉水消耗H2SO4体积
VT2
基准物质的纯度范围为99.95%～100.05%,即PNa2CO3=1.0000±0.0005,按矩形分布,标准不确定度为:u(PNa2CO3)=0.0005=0.00029。3.4 Na2CO3的摩尔质量MNa2CO3
029+0.014+0.03=
222
从
2003年的IUPAC相对原子质量表得到碳酸钠(Na2CO3)组成元素的相对原子质量和不确定度,见表1。
表1 各元素的相对原子质量和不确定度
Tab.1 Relativeatomicmassesanduncertainiesofvariousel2
ements
采用25mL滴定管,计量部门给出滴定管的
误差值为0.04mL,按均匀分布考虑,标准不确定度为0.04=0.023mL。
本实验室温度在17～23℃之间变化,利用水的体积膨胀系数算出体积变化为13×211×10×3=010082mL,按均匀分布换算成标准偏差:010082=0.0047mL。
-4
元素
NaCO
相对原子质量引用的不确定度标准不确定度
22.98977012.010715.9994
0.0000020.00080.0003
0.00000120.000460.00017
因此采用酚酞指示剂滴定炉水消耗H2SO4体积VT2的标准不确定度为:
u(VT2)=
023+0.0047=0.023mL。
22
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3.7 采用甲基橙指示剂滴定炉水消耗H2SO4体积
VT3
同理,采用甲基橙指示剂滴定炉水消耗H2SO4
体积VT3的标准不确定度为:
u(VT3)=
标准不确定度为0.05=0.029mL。
本实验室温度在17～23℃之间变化,利用水
-4
的体积膨胀系数算出体积变化为100×211×10×3=01063mL,按均匀分布换算成标准偏差:01063=01036mL。因此移取炉水体积V炉水的标
023+0.0081=0.023mL。
22
3.8 移取炉水体积
准不确定度u(VT2)=mL。
029+0.036=0.046
22
移取炉水水样用100mL移液管,计量部门给
出移液管的误差值为0.05mL,假定为均匀分布,
2。
酸T.resultsanduncertainty
repmNa2CO3PNa2CO3VT1VT2VT3MNa2CO3V炉水
x
26.00mmolΠL0.2015g1.037.91mL13.00mL13.00mL105.98844gΠmol
100mL
标准不确定度u(x)
0.033mmolΠL0.00012g0.000290.044mL0.023mL0.023mL0.00069gΠmol0.046mL
相对标准不确定度u(x)Πx
0.00130.000600.000290.00120.00180.00180.0000065gΠmol
0.00046
4 合成及评估
=
P碱度
u(mNaCO)mNa2CO3
2
2
+
u(PNaCO)PNa2CO3
2
2
+
2
u(VT)VT1
2
2
+
u(MNaCO)MNa2CO3
2
2
+
2
(炉水)V炉水
2
+u(rep)+
2
2
u(VT)VT2
2
=00060+0.00029+0.0013+0.0018+0.0000065+0.00046+0.0012=0.0031
u(P碱度)=P碱度×0.0031=0.040mmolΠL。
同理,u(M碱度)=0.040mmolΠL。
u(总碱度)=
u(P碱度)+u(M碱度)
2
2
=
滴定体积引入的不确定度分量是各种不确定度分
量中最大的分量,因此滴定管的准确度是影响炉水总碱度含量测量不确定度的主要因素。
参考文献
[1] JJF1059-1999.国家计量技术规范.测量不确定度
0.057mmolΠL
用包含因子2乘以合成标准不确定度计算得
到扩展不确定度为:
U(总碱度)=0.057×2=0.12mmolΠL因此总碱度的测定结果表示为(26100±0112)mmolΠL。
采用酸碱滴定法测定炉水总碱度,测量结果的扩展不确定度为0.12mmolΠL,在测量过程中,
评定与表示
[2] GB1576-2001.国家标准
[3] 中国实验室国家认可委员会编.化学分析中不确定
度的评估指南.北京:中国计量出版社,2002
[4] 刘立译.量化分析测量不确定度指南.北京:中国计
量出版社,2003
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Evaluationofuncertaintyindeterminationoftotalalkalinityinboilerwater
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DINGHongandMENGZhao2wu(1.DongGuanSpecialEquipmentInspectionDepartment,Dongguan523120;2.GeneralResearchInstituteforNon2ferrousMetals,Beijing100088),FenxiShiyanshi,2006,25(8):104～107Abstract:Sourcesoftheuncertaintyofmeasurementinthedeterminationoftotalalkalinityinboilerwaterwasana2lyzed.Theinfluencingfactorsontheuncertaintyofmeasurementinthedeterminationoftotalalkalinitywereevaluated,includingrepeatabilityofmeasurement,balance,purityofstandards,buretteandpipetteect.Anexpandeduncertain2ty0.096mmolΠLisobtainedindeterminationofaboilerwatersamplewithatotalalkalinitymmolΠL.Intheprocessofthedeterminationofthetotalalkalinity
,accuracyoftheburettepipettethewhichinfluencestheuncertaintyofmeasurement.
Keywords:Boilerwater;Totalalkalinity;—107
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