烘干法水分测定仪培训资料

1、上海市计量测试技术研究院 2010年6月,烘干法水分测定仪检定规程,规程主起草人： 苏祎,company logo,目录,水分仪规程与jjg658-1990的区别,水分仪的分类和计量性能要求,检定标准、环境条件和检定项目,烘干法水分仪规程的修订背景,检定方法,烘干法水分测定仪的适用范围,主要术语和计量单位,一、烘干法水分测定仪规程的修订背景,1）社会需求 材料中的水分含量是主要的经济影响因素。例如，原材料往往是以它们的重量来定价的，相同的单价下，材料的水分含量越高，重量就越重，总价也就越高。换而言之，同质量的材料，水分含量越高，则材料的净重就越小，利润也就越少。 产品的水分含量或产品的净重的值

2、也直接关系着产品的质量和口感。例如，在粮食产业，稻谷的水分含量是有控制的（10%18%），当稻谷中的水分含量超标时，则它在贮存过程中会变质。同样，在奶制品行业中，奶产品净质量中的脂肪含量是有规定的。由于脂肪带有香气，因此，含脂量越高的奶制品，口感越好。,company logo,company logo,一、烘干法水分测定仪规程的修订背景,2）计量需求 20世纪80年代 第一代烘干法水分测定仪投向中国市场 1990年 jjg658-1990烘干法谷物水分测定仪颁布 至今，水分测定仪发展迅速，技术不断革新。 衡量方式：机械杠杆平衡原理 应变片，称重传感器等 烘干方式：红外加热原理 红外陶瓷加热器

3、、石英加热器、 远红外加热器、卤素灯、激光等 随着时间的推移，技术的飞速发展，迫切需要重新修订旧规程，既要与国际接轨，又要充分考虑到目前我国该类仪器的技术水平，使新的规程具有科学性、先进性和可操作性，以此保证该类仪器的量值的准确性，完善现有检定技术，更好地开展计量检测和校准服务。,company logo,二、水分仪规程与jjg658-1990的区别,1）删除了原规程名中的“谷物”二字 jjg65890规程制定于二十世纪九十年代，那是的烘干法水分测定仪主要用于对谷物的水分测定。 随着烘干法水分测定仪技术的革新，如今的烘干法水分测定仪已不再局限于对谷物的水分测定，它已被广泛的运用于医疗，卫生，环

4、境以及轻工业生产中，它可以对加热过程中物理形态和化学形态稳定的样品进行表面水分含量的测定。,company logo,二、水分仪规程与jjg658-1990的区别,2）增加了数显/模拟水分测定仪的概念 老规程中虽然没有明确水分测定仪的分类，但是就其性能要求和技术依据而言，该规程主要是针对模拟水分测定仪的。 随着技术的革新，数显水分测定仪已涌向市场。这类水分测定仪的水分测定原理与模拟水分测定仪一致，但其衡量原理和烘干方式却大相径庭。如何规范这类水分测定仪，如何与国际接轨对这类水分测定仪实施规范的简便的公正的检定，是新规程的重点，这也是新旧规程最大的区别之处。,company logo,二、水分仪

5、规程与jjg658-1990的区别,3）参照oiml r76 和 oiml r59 本规程中的名词术语部分参照oiml r59。 本规程中的水分测定仪的定级方法和水分测量评定方法与oiml r59 不同。 水分测定仪的外观、工作正常性、安全和可靠性要求以及衡量装置的示值误差、重复性均参照oimlr76和电子天平、机械天平检定规程。 本规程参照oiml r76 根据水分测定仪的衡量装置的性能对水分测定仪进行等级划分，同时在对大量的实验数据进行不确定度分析的基础上并参考thermogravimetric moisture analysis of materials从而得出的水分测定仪水分测量误差的

6、最大允许误差。,company logo,二、水分仪规程与jjg658-1990的区别,4）修改了水分准确度测定的方法 老规程中水分准确度的测定方法为：将谷物磨成颗粒相对均匀的粉末后作为检测样品，之后对其进行水分测定，采用双试验方法，当两次结果不超过0.1时，取两次结果的平均值与烘箱法得出的结果比较，如果两者之差不超过0.2%则证明水分准确度合格。这种方法在实际操作过程中有如下的问题： （a）谷物磨成颗粒相对均匀的粉末的工作量较大，且磨成粉末的谷物容易吸潮不易存储，如果每次检定时现磨，则不和实际。 （b）谷物的水分含量一般在12以下，且谷物为固体，对其的水分测定时间较长，从而降低了双试验的合格

7、率，同时也使整个检定过程耗时太长。,company logo,二、水分仪规程与jjg658-1990的区别,4）修改了水分准确度测定的方法 （c）将水分仪的水分测定准确度溯源至同一温度下烘箱的检定结果这一溯源方式必须基于水分仪的烘干方式与烘箱的烘干方式一致。换句话说，石英加热器、卤素灯、激光、微波等鉴于其不同的加热原理，其结果不能直接溯源。如表1所示，实验证明同一温度下，某些快速水分测定仪可以在较短的时间内得到与烘箱相同的检定结果。反而言之，如果在同一时间内要得出同一结果，则这类水分测定仪的烘干温度必定低于烘箱。 表1 5ml5nacl溶液的水分测量结果对照表,company logo,二、水

8、分仪规程与jjg658-1990的区别,4）修改了水分准确度测定的方法 鉴于水分测定仪烘干原理的不同，新规程取消了将水分含量的准确性溯源至烘箱，而是将其溯源至标准样品（5nacl溶液）。这种方法在实际操作过程中的优势如下： （a） nacl是自然界中物质形态比较稳定的物质，而且在0100范围内其溶解度变化很小。5的nacl溶液比较容易获取，且极易保存，实际可操作性大。 （b）采用5nacl溶液，由于其为液体水分含量高，大大缩短了水分测量时间。 （c） 5nacl溶液是用氯化钠（国家标准物质，编号：gbw06103b）在相应的计量技术机构授权下配制，带检测证书，从而使水分仪烘干装置部分的检定具有

9、溯源性。,company logo,二、水分仪规程与jjg658-1990的区别,5）删除了老规程中“控温允差”的概念 删除原因： jjg658-90规程中提出了控温允差的概念，然而规程中并没有实际提出控温误差的检定方法。 查阅国际建议oiml r59“谷物和油籽水分测定仪”，其中也没有提出控温误差的测定方法。 修订小组成员进行了大量的实验，经过实验证明对于物质形态在加热过程中比较稳定的样品（如谷物，油籽，nacl溶液等），以表2所示，如果以失水速率判定法，则控温误差对水分含量的检定结果的影响可以忽略不计。 表2 以失水速率判定法，5nacl溶液在不同温度下的检定结果,company logo

10、,二、水分仪规程与jjg658-1990的区别,5）删除了老规程中“控温允差”的概念 删除原因： 对于物质形态在加热过程中不稳定的样品，则控温允差对检定结果至关重要，因为该误差将造成检定结果失效或样品破坏。然而，水分测定仪烘干装置的内部温场极不均匀，最大温差为4050，仅称量盘表面的温度波动就有810，这已完全超越了不稳定样品质变的温度误差极限。 截止目前为止，国内外还没有一种通用的方法能够精确的测量水分测定仪的控温误差。 烘干法水分测定仪主要对物理形态和化学形态相对稳定的样品进行水分含量的测定。,company logo,三、烘干法水分测定仪的适用范围,1）计量范围 本规程适用于以检测水分含

11、量为目的的烘干法水分测定仪（以下简称水分测定仪）的首次检定(修理后的检定视同首次检定，下同)、后续检定和使用中检验。 2）应用范围 该类水分测定仪主要对物理形态和化学形态相对稳定的样品进行水分含量的测定。,company logo,四、主要术语和计量单位,1）术语 1.1 水分含量（水分和挥发成分）moisture content 样品烘干前后的质量与样品初始质量的比值，以百分数表示。 式中：m2水分测定仪的水分含量（%）。 w1初始水分仪显示样品的质量值，单位：g。 w2烘干后水分仪显示样品的质量值，单位：g。 物质受热蒸发出的“水分”并不是单纯意义上的“水”，它包括该固体物质本身或者附着在

12、固体物质表面的该温度下所有可挥发的物质。,company logo,四、主要术语和计量单位,1）术语 1.1 水分含量（水分和挥发成分）moisture content 鉴于对给定的被测物质所含的纯“水分”的分析能力的不同，“烘干法”水分分析技术中有“无筛选”和“水分筛选”两种分析技术之分。 “无筛选”分析法简单地将样品烘干前后的质量差定义为样品的水分含量而不区分挥发物中的成分的水分分析方法，其“水分含量”包括物质受热后挥发出得那部分质量中的所有成分。该方法分析精度较低，一般基于物理反应，主要运用于称重式烘干法水分测定仪。 “水分筛选”分析法使样品受热发生化学反应，并精确地将水分从气体化合物中

13、分离出来的水分分析方法， 其“水分含量”等于样品受热后所挥发出来的纯水分。该方法分析精度较高，一般基于化学反应，如卡式水分测定仪。,company logo,四、主要术语和计量单位,1）术语 1.2 水分含量可读性 readability of moisture content 可显示的水分含量变化的最小增量，以百分数表示。 例：水分含量可读性为1%、0.1%、0.05% 1.3 试样盘 sample plate 用于直接承载被测对象的容器。 例：模拟水分测定仪的不锈钢圆盘，数显水分测定仪的铝膜盘。 1.4 指示温度 temperature 水分测定仪所显示的温度。,company logo,

14、四、主要术语和计量单位,1）术语 1.5 烘干法 thermogravimetric moisture analysis 在指定的温度下，按设定的加热时间或失水速率，加热已知质 量的被测样品，通过物理反应，使样品内的水分蒸发。 这种方法是基于物质中各成分的沸点不同，或各成分的分子活跃程度不同而将物质中的各成分进行分离。 “烘干法”是一种直接的衡量固体物质表面分离物或微量水分的水分分析技术。当物质蒸发失水的过程中，它的质量也在减少。将物质蒸发到质量不再改变时，就能获得被测物质中的表面分离物或微量水分含量。 这种方法是基于对被测物质烘干前后重复称重的技术上的。烘干后的质量与初始质量之差就是被测物质

15、在该热效应过程中所蒸发的水分。,company logo,四、主要术语和计量单位,1）术语 1.5 烘干法 thermogravimetric moisture analysis 由于物质在热效应过程中，其物理性质或化学性质可能会随着温度的变化而发生改变，因此，“烘干法（热重力法）”从某种意义上说也是一种破坏性的分析测试方法。该方法主要针对“热敏感性*”低的物质进行表面水分含量的测定。 物质的热敏感性物质的物理性质和化学性质随温度变化而变化的反应能力。热敏感性低，则表示物质在热效应的过程中性质比较稳定，反之，则表示物质在热效应的过程中性质比较活跃。,company logo,四、主要术语和计量

16、单位,1）术语 1.6 升温时间 heating-up time 从打开水分仪加热功能开始直到达到预设温度或者达到热平衡 为止的时间间隔，单位：分（min）。 1.7 失水速率 weight loss per time unit 水分蒸发的速率，即烘干过程中，单位时间内样品的质量变化 量，单位：毫克每秒（mg/s）。 例：1mg/30s、1mg/60s、1mg/90s 2）计量单位 采用的计量单位有：克（g）、毫克（mg）、分（min）、秒（s）、摄氏度（）。,company logo,四、主要术语和计量单位,2）计量单位 采用的计量单位有：克（g）、毫克（mg）、分（min）、秒（s）、摄氏

17、度（）。,company logo,五、水分仪的分类和计量性能要求,1）水分仪的分类 根据计量分析对象的不同，可分为水分测定仪和含固量分析仪。 水分测定仪直接对衡量样品表面分离物或微量水分进行计量分析 的仪器。 含固量分析仪对衡量样品残留固体进行计量分析的仪器。 根据水分测定仪的组成，可分为烘干装置和衡量装置两部分。,company logo,五、水分仪的分类和计量性能要求,1）水分仪的分类 根据水分测定仪的显示方式和衡量装置的不同，可分为模拟显示水分测定仪和数字显示水分测定仪。 模拟显示水分测定仪以杠杆平衡原理构成，具有微分标尺的机械 衡量装置的水分测定仪。其加热元件通常 为：隧道式烘箱、红

18、外陶瓷加热器、石英 加热器等。 数字显示水分测定仪以数字显示的且具有电子衡量装置的水分测 定仪。其加热方法为：红外陶瓷加热器、 石英加热器、远红外加热器、卤素灯、激 光技术、微波等。,company logo,五、水分仪的分类和计量性能要求,2）计量性能要求 水分测定仪按其衡量装置的检定分度值e和检定分度数n， 划分为： 、 水分测定仪准确度等级与衡量装置的检定分度值e、检定分度数n的关系参见表2。 表2水分测定仪的准确度等级与e、n的关系,2）计量性能要求 示值误差 加载或卸载时各载荷点的误差。 重复性同一载荷多次秤量结果间的差值。 水分测定误差水分测定仪的显示水分值与标准水分值之间的差值。

19、 试样盘对于不具备除皮装置的水分测定仪，同一台水分测定仪中 所有试样盘之间的质量差值应不大于一个检定分度值。 试样盒必须用耐高温的金属材料制造。,company logo,五、水分仪的分类和计量性能要求,2）计量性能要求 模拟显示水分测定仪 （a）模拟显示水分测定仪所配备的砝码按砝码相应的等级进行检定， 检定结果必须符合砝码检定规程的要求。 （b）模拟显示水分测定仪的最大允许误差（mpe），应符合下表要求。 * 模拟显示水分测定仪的水分测定误差是质量为5g的5%0.02%的标准氯化钠溶液，在105下，烘一小时后，水分测定仪的显示水分值与标准水分值之间的差值。,company logo,五、水分

20、仪的分类和计量性能要求,允差,项目,等级,2）计量性能要求 数字显示水分测定仪 数字显示水分测定仪的最大允许误差（mpe），应符合下表要求。 * 数字显示水分测定仪的水分测定误差是质量为5g的5%0.02%的标准氯化钠溶液，在105下，据1mg/60s失水速率判定，水分测定仪的显示水分值与标准水分值之间的差值。,company logo,五、水分仪的分类和计量性能要求,允差,项目,等级,1）检定标准 配备一组相应准确度等级的标准砝码，其最大允差不得大于被检水分测定仪在该载荷下最大允许误差的1/3。该标准砝码的磁性应符合jjg99-2006砝码检定规程中规定的相应要求。 例：检定100g/1mg

21、，d=1mg，e=10d=10mg 100g时的mpe=1.0e=10mg，50g时的mpe=0.5e=5mg 100g砝码的mpe=10/3=3.33mg 50g砝码的mpe=5/3=1.67mg 查jjg99-2006中砝码允差表，得所需标准砝码为f2等级。 配备氯化钠国家标准物质，编号：gbw06103b，以下简称氯化钠标物。,company logo,六、检定标准、环境条件和检定项目,2）配套设备 选取氯化钠标物，配备5%0.02%的标准氯化钠（nacl）溶液。 配备5ml移液器（最大允许误差为0.6%）。 配备玻璃纤维纸。 配备秒表（读数能力0.1s）。 对于不具备去皮装置的水分测定

22、仪的检定，应配备实际分度值不大于0.1mg天平。,company logo,六、检定标准、环境条件和检定项目,3）环境条件 检定室的温度和湿度 检定应在稳定的环境条件下进行，除特殊的温度界限外，一般为1030。工作环境条件应符合下表的要求。 水分测定仪的周围不能有影响水分测定仪计量性能的振动、气流、腐蚀性气体以及强磁场。避免阳光直射。 供电电源 对于额定电压变化为-15%+10% 对于50hz电源频率变化为-2%+2%,company logo,六、检定标准、环境条件和检定项目,4）检定项目 注：（1）该项目仅针对没有去皮装置的水分测定仪。 （2）该项目仅目力检查。,company logo,

23、六、检定标准、环境条件和检定项目,1）外观和主要零部件的检查 以目力观察和手动检查的方式检查水分测定仪的外观质量是否符合规程第6.1条的要求。 模拟水分测定仪的试样盘用实际分度值不大于0.1mg的天平检定。 以目力观察和有目的的有限操作方式，检查水分测定仪的工作正常性以及安全和可靠性是否符合第6.26.3条的相应规定。,company logo,七、检定方法,2）衡量装置的检定 2.1 模拟显示水分测定仪 (a) 示值误差 各载荷点的示值误差不得超过1e。 在秤盘内放最大秤量的标准砝码，调整平衡，使指针与标尺上的零位分度线相重合（或微分标尺零线与基准线相重合）。 载荷点由检定人员视水分测定仪的

24、具体情况选取，但必须包括下述载荷点：空载；标尺最大载荷点；最大秤量。 (b) 重复性 在秤盘上放最大秤量的标准砝码调整平衡，测定其平衡位置，记录此时水分仪的示值误差，重复上述步骤三次。 模拟显示水分测定仪的重复性计算公式： 式中， 为水分仪示值误差最大值； 为水分仪示值误差最小值。,company logo,七、检定方法,2）衡量装置的检定 2.1 模拟显示水分测定仪 (c) 所配备的砝码的误差 对于模拟显示水分测定仪所配备的砝码，其最大允许误差绝对值之和应不大于1e。 按砝码的相应等级根据jjg99-2006砝码检定规程予以检定，其检定结果必须符合砝码检定规程的要求。,company log

25、o,七、检定方法,2）衡量装置的检定 2.2 数字显示水分测定仪 (a) 示值误差 取走试样盘，在承载支架中心放置砝码。各载荷点的示值误差是对零点修正后的修正误差，它不得超过水分测定仪在该载荷时的最大允许误差，即 。 当水分测定仪的实际分度值d大于0.2e时，应先确定天平修约前的示值，消除任何包含在数字示值中的化整误差，方法如下： 式中： p修约前的示值； i 水分测定仪的示值； 附加砝码的值。 式中： e化整前的示值误差； 式中： e化整前的修正误差； l 载荷值。 零点或零点附近的误差。,company logo,七、检定方法,2）衡量装置的检定 2.2 数字显示水分测定仪 (a) 示值误

26、差 取走试样盘，在承载支架中心放置砝码。各载荷点的示值误差是对零点修正后的修正误差，它不得超过水分测定仪在该载荷时的最大允许误差，即 。 当水分测定仪的实际分度值d大于0.2e时，应先确定天平修约前的示值，消除任何包含在数字示值中的化整误差，方法如下： 式中： p修约前的示值； i 水分测定仪的示值； 附加砝码的值。 式中： e化整前的示值误差； 式中： e化整前的修正误差； l 载荷值。 零点或零点附近的误差。,company logo,七、检定方法,2）衡量装置的检定 2.2 数字显示水分测定仪 (a) 示值误差 测试时，载荷应从零载荷开始逐渐往上加载直至加到衡量装置的最大秤量，然后逐点卸

27、载直到零载荷为止。 试验载荷的载荷点由检定人员视水分测定仪的具体情况选取，但必须包括下述载荷点： 空载； 最大允许误差转换点所对应的载荷（或接近最大允许误差转换点）； 最大秤量。 无论加载或卸载应分别保证有足够的测量点数，一般不得少于5点。,company logo,七、检定方法,2）衡量装置的检定 2.2 数字显示水分测定仪 (b)重复性同一载荷多次测量结果的差值不得大于该载荷下最大允 许误差的绝对值。 试验载荷应选择80100最大秤量的单个砝码。 测量次数不得少于6次，测量中每次加载前可置零。 数字显示水分测定仪的重复性计算公式如下： 式中， 为水分仪示值误差最大值； 为水分仪示值误差最小

28、值。,company logo,七、检定方法,3）烘干装置的检定（水分测定误差的检定） 3.1 模拟显示水分测定仪 将玻璃纤维纸放在水分测定仪试样盘上，在105温度下预烘10分钟。 关闭加热装置，调节衡量装置上的砝码，使水分测定仪的指示刻度回到零点，记下此时秤盘上的砝码值r。 取走衡量装置上5g砝码，并用5ml移液器量取5ml氯化钠溶液，并将其均匀的滴在玻璃纤维纸上，开启衡量装置，待平衡后记下此时的刻度线示值x1和秤盘上的砝码值r1。 关闭衡量装置后打开加热装置，升温至105，升温过程需平缓，以免温度过冲造成焦灼现象。 1小时后打开衡量装置，增减衡量装置上的砝码以便在显示屏上读取平衡位置。待示值稳定后，