環(huán)境及相關(guān)領(lǐng)域中鋇、硅重量基準測量方法的研究.pdf

1、鋇和硅普遍存在于環(huán)境中，對人體健康和生態(tài)環(huán)境有較大的影響，如何準確測定生態(tài)環(huán)境中的Ba和Si，一直是環(huán)境監(jiān)測和分析中的研究熱點。 硅是人體必需的微量元素，鋇是人體非必需的微量元素。當(dāng)人體缺乏(硅)或過多攝入鋇和硅時，都會產(chǎn)生不良影響。隨著人們對鋇和硅認識的深入，國際上逐漸關(guān)注鋇和硅對環(huán)境的影響，鋇和硅的測量問題也日益顯得重要。測量結(jié)果可比性差是個全球性問題。環(huán)境問題的全球化，使得測量結(jié)果的可比性和溯源性成為當(dāng)前國際分析測量的前沿

2、研究領(lǐng)域。許多國際組織都在積極探討實現(xiàn)全球測量結(jié)果可比、溯源的途徑。各國也都在為實現(xiàn)化學(xué)測量的溯源作積極的努力。本論文致力于研究環(huán)境及相關(guān)領(lǐng)域中鋇和硅測量的基準方法—重量基準方法。 研究基準方法主要是研究并確定影響測量不確定度的因素，減小這些因素對測量不確定度的影響，并定量給出這些影響量的大小，從而獲得最佳測量不確定度。本論文研究工作將重量法與儀器分析相結(jié)合，創(chuàng)造性地開展了鋇-硫酸鋇和硅-硅酸重量基準方法研究，以解決環(huán)境及相關(guān)領(lǐng)

3、域中鋇成分量和硅成分量測量的溯源問題。 首先選擇合適的沉淀反應(yīng)，確保反應(yīng)按反應(yīng)式定量進行且完全；形成純凈、易于過濾、易于洗滌和轉(zhuǎn)移的沉淀；稱量形式具有固定的組成，而且穩(wěn)定；研究影響沉淀純度、溶解性等的因素。其次，研究并確定了影響測量不確定度的因素，包括殘留在濾液和洗滌液中的分析物；沉淀的沾污；沉淀的機械損失；測量的重復(fù)性；稱量引入的不確定度等；通過一系列的條件實驗研究，得到最佳測量條件，使分析物的損失量和沉淀的包夾量降到了最低水

4、平。實現(xiàn)了目標的第一步和第二步，也即研究并確定影響測量不確定度的因素，將這些因素的影響量降到最低水平。 研究并確定測定這些影響量的方法和最佳的測量條件，包括試劑、設(shè)備等。采用等離子體發(fā)射光譜法測定濾液、洗滌液和機械損失的鋇和硅量。硫酸鋇中包夾的硫酸鈉采用火焰原子吸收法測定鈉含量換算而得，包夾的氯化鋇采用離子色譜法測定氯換算而得。對于硅酸中的包夾物，采用氫氟酸溶解并除去二氧化硅后測定殘余物質(zhì)量的方法測定。從而實現(xiàn)了研究目標的第三步

5、，即定量給出這些影響量的大小。 在最佳實驗條件的基礎(chǔ)上，確定了測量關(guān)鍵技術(shù)，制定了標準操作程序，并嚴格執(zhí)行。對測量的關(guān)鍵技術(shù)問題，包括稱量、沉淀轉(zhuǎn)移損失和環(huán)境沾污的控制、機械損失的控制及測定、空氣浮力修正和反修正等，采取了適當(dāng)?shù)拇胧┻M行了有效的控制和解決。尤其對于機械損失，創(chuàng)造性地采取了將沉淀再溶解，并逐個樣品進行定量測定和修正的方法，解決了機械損失測定的難題；采用了反浮力修正解決了真空中沉淀質(zhì)量的難以獲得的難點。確定了參與計算

6、的修正因子及換算系數(shù)。 重復(fù)測定鋇溶液，得到重量法的結(jié)果為19.2639mg/g，重復(fù)性為0.089％；重量法與儀器分析結(jié)合，對損失量和包夾量進行逐個樣品修正后，得到的測定結(jié)果為19.3010mg/g，重復(fù)性為0.024％。修正后鋇溶液濃度增加了約0.2％，測量重復(fù)性提高了近3倍。重復(fù)測定硅溶液，得到重量法測定的結(jié)果為9.7398mg/g，重復(fù)性為0.068％；采用儀器分析和重量法相結(jié)合，對損失量和包夾量進行逐個樣品修正后，獲得

7、的測定結(jié)果為9.7373mg/g，重復(fù)性為0.044％，明顯改善了測量的重復(fù)性。結(jié)果表明通過一系列的研究，將影響不確定度的因素降到了萬分之幾甚至十萬分之幾的水平，達到了理想的狀態(tài)。 對測量結(jié)果的不確定度進行了評定，根據(jù)不確定度的分類和評定方法，A類不確定度采用統(tǒng)計的方法，B類不確定度采用其他方法。首先確定不確定度來源：包括：A類不確定度(即測量重復(fù)性)；B類不確定度主要來自樣品質(zhì)量、沉淀質(zhì)量、濾液和洗滌液中分析物的質(zhì)量、沉淀機械

8、損失質(zhì)量、沉淀包夾質(zhì)量、摩爾質(zhì)量以及其他因素等，繪制了因果關(guān)系圖。利用實驗數(shù)據(jù)及其他相關(guān)信息，對各分量進行了量化，合成后得到了標準不確定度和擴展不確定度(k=2)：Ba2+-BaSO4重量法與儀器分析相結(jié)合測量Ba2+的擴展不確定度：0.06％。Si-SiO2·XH2O重量法與儀器分析相結(jié)合測量Si的擴展不確定度：0.10％。實現(xiàn)了目標的第四步，也即獲得最佳測量不確定度，并以SI單位表述。 本論文研究工作得到的測量重復(fù)性和不確定

9、度，具有目前國際上該兩個成分量測量的領(lǐng)先水平。得到了具有世界測量先進水平的美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)的重量法專家ThomasW.Vetter博士的贊揚。 通過系列研究，對鋇和硅的測量實現(xiàn)了基準方法的定義“基準方法是具有最高計量品質(zhì)(也即最小的測量不確定度)的方法，它的操作可以完全地被描述和理解，它的不確定度可以用SI單位表述”。 該方法的研究成功解決了環(huán)境及相關(guān)領(lǐng)域鋇和硅成分量測量的溯源問題，將為保證我國鋇和硅