53.089.68:543
Состояние и перспективы развития эталонной базы УНИИМ в области физико-химических
измерений
С. В. МЕДВЕДЕВСКИХ, В. В. КАЗАНЦЕВ, Е. П. СОБИНА, М. Ю. МЕДВЕДЕВСКИХ, Г. И. ТЕРЕНТЬЕВ
Уральский научно-исследовательский институт метрологии, Екатеринбург, Россия, e-mail: uniim@uniim.ru
Приведены результаты разработки комплекса государственных первичных и вторичных эталонов единиц величин, применяемых в области физико-химических измерений и при решении проблем обеспечения единства измерений в индустрии наносистем, рациональном природопользовании. Показана роль эталонов в обеспечении функционирования обобщенной поверочной схемы.
Ключевые слова: эталон, стандартный образец, поверочная схема.
The article presents the information on the development of complex of state primary and secondary standards of values units used in the field of physical and chemical measurements including the solution of problems of ensuring the uniformity of measurements in nanosystems industry, harmonious nature management, energy efficiency, energy conservation and nuclear energy, fields.
Key words: measurement standard, certified reference material, verification scheme.
Эталонная база в области физико-химических измерений в УНИИМ была создана в 1970-е гг. Основное внимание тогда уделялось измерениям влажности твердых веществ и материалов и состава чистых веществ. В 1980-е гг. эталонная база состояла из двух установок высшей точности, на базе которых затем создали два государственных первичных эталона единиц величин, характеризующих содержание компонентов в твердых и жидких веществах и материалах.
Ориентация на метрологию в физико-химических измерениях в то время была обусловлена общими тенденциями развития и совершенствования этой области, потребностями народного хозяйства в стандартных образцах состава веществ и материалов, а также необходимостью создания эталонной базы для измерений влажности твердых веществ,
так как требования к точности измерений влажности таких стратегических запасов, как зерно и зернопродукты, значительно возросли.
В настоящее время уделяется большое внимание вопросам обеспечения прослеживаемости измерений к единицам международной системы единиц СИ и подтверждения измерительных и калибровочных возможностей в физико-химических измерениях. Область физико-химических измерений, характеризуемая сложностью и многообразием объектов, методов и средств измерений, их широким диапазоном и содержанием компонентов, постоянно развивается. Ниже представлены сведения о составе и метрологических характеристиках государственных первичных и вторичных эталонов, функционирующих на базе УНИИМ в этой сфере.
Т а б л и ц а 1
Метрологические характеристики ГЭТ 173—2013
Характеристика Массовая доля воды, % Массовая концентрация воды, кг/м3 Молярная концентрация воды, моль/дм3
0,005—0,1 0,1—100,0 0,05—1,0 1,0—900 2,0'10-3—0,05 0,05—55,5
Относительная стандартная неопределенность, % по типу А иА по типу В иВ 3,0—0,6 2,0—0,6 0,6—0,01 0,6—0,015 3,0—0,6 3,0—0,6 0,6—0,01 0,6—0,2 3,0—0,6 3,0—0,6 0,6—0,2 0,6—0,2
Относительное СКО результата измерений S0, % 3,0—0,6 0,6—0,01 3,0—0,6 0,6—0,01 3,0—0,6 0,6—0,2
Относительная неисключенная систематическая погрешность 80, % 4,0—1,2 1,5—0,04 3,0—1,2 1,5—0,5 3,2—1,2 1,2—0,4
Т а б л и ц а 2
Метрологические характеристики ГЭТ 176—2013
Характеристика Метод кулонометрического титрования Метод кулонометрии с контролируемым потенциалом
Доля компонента Концентрация компонента Доля компонента Концентрация компонента
массовая молярная массовая молярная массовая молярная массовая молярная
99,000—100,000 % 99,000—100,000 % 5—100 г/дм3 0,1—2 моль/дм3 1,000—100,000 % 1,000—100,000 % 0,1—100 г/дм3 0,002—2 моль/дм3
Неисключенная систематическая погрешность 80, % 0,007 0,007 0,013 0,013 0,007—0,03 0,007—0,03 0,013—0,07 0,013—0,07
Относительная стандартная неопределенность при семи независимых измерениях, % по типу А иА по типу В иВ 0,002—0,003 0,005 0,002—0,003 0,005 0,007—0,009 0,009 0,007—0,009 0,009 0,003—0,10 0,005—0,020 0,003—0,10 0,005—0,020 0,009—0,10 0,009—0,05 0,009—0,10 0,009—0,05
Суммарная стандартная неопределенность ис, % 0,006 0,006 0,013 0,013 0,006—0,10 0,006—0,10 0,013—0,11 0,013—0,11
Расширенная неопределенность и (к=2), % 0,012 0,012 0,025 0,025 0,012—0,20 0,012—0,20 0,025—0,22 0,025—0,22
Метрологические характеристики Государственного первичного эталона единицы массовой доли и массовой (молярной) концентрации воды в твердых и жидких веществах и материалах ГЭТ 173—2013 [1, 2] приведены в табл. 1.
В состав Государственного первичного эталона единиц массовой (молярной) доли и массовой (молярной) концентрации компонента в жидких и твердых веществах и материалах на основе кулонометрии ГЭТ 176—2013 входят две эталонные установки, реализующие методы кулонометричес-кого титрования [3] и кулонометрии с контролируемым потенциалом. Метрологические характеристики ГЭТ 176—2013 приведены в табл. 2.
Для обеспечения передачи единиц, характеризующих содержание компонентов в веществах и материалах, от ГЭТ 176—2013 рабочим средствам измерений разработаны государственные вторичные эталоны (ГВЭТ):
Государственный вторичный эталон единиц массовой доли и массовой (молярной) концентрации компонентов в твердых и жидких веществах и материалах на основе объемного титриметрического метода анализа ГВЭТ 176-1—2010;
Государственный вторичный эталон единиц массовой доли и массовой (молярной) концентрации металлов в жидких и твердых веществах и материалах ГВЭТ 196-1—2012 [4].
Метрологические характеристики ГВЭТ 176-1—2010 приведены в табл. 3.
В состав ГВЭТ 196-1—2012 входят: атомно-эмиссион-ный спектрометр с индуктивно связанной плазмой
Optima 7300DV; масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой NexION 300D; специализированный комплект для весового титрования и вспомогательных технических средств, позволяющих в комплексе проводить аналитические измерения в диапазоне содержаний металлов от макро- до микроконцентраций в сложной матрице среди огромного многообразия объектов анализа. Данный эталон прослеживается к ГЭТ 176—2013 на основе кулонометрии и ГЭТ 196—2011 на основе спектральных методов согласно обобщенной поверочной схеме [5] и предназначен для воспроизведения единиц массовой доли металлов в твердых веществах и материалах; массовой доли, массовой концентрации, молярной концентрации металлов в жидких веществах и материалах; воспроизведения значений атомных единиц
Т а б л и ц а 3
Метрологические характеристики ГВЭТ 176-1—2010
Характеристика Массовая доля компонента, % Концентрация компонента
Массовая, г/дм3 Молярная, моль/дм3
0,05—100,0 0,05—100 110-3—2
Относительное СКО неисключенной систематической погрешности Se, % случайной составляющей погрешности S, % 0,34—0,61 0,02—0,4 0,34—0,61 0,05—0,3 0,34—0,61 0,05—0,3
Относительная стандартная неопределенность при семи независимых определениях, % по типу А иА по типу В иВ 0,02—0,4 0,2—0,35 0,05—0,3 0,2—0,35 0,05—0,3 0,2—0,35
массы и атомной доли изотопов элементов. Метрологические характеристики ГВЭТ 196-1—2012 приведены в табл. 4.
П р и м е ч а н и е: 5Д /ид — границы относительной погрешности и относительная расширенная неопределенность эталона сравнения (градуировочного раствора), с помощью которого передается единица массовой доли и массовой (молярной) концентрации, соответственно, %.
В 2014 г. институт завершает разработку нового эталона — государственного первичного эталона единиц удельной адсорбции газов, удельной поверхности, удельного объема и диаметра пор твердых веществ и материалов. Его создание и внедрение в метрологическую практику позволит решить проблемы, связанные с испытаниями, поверкой и калибровкой средств измерений характеристик сорбционной емкости (удельной поверхности, объема и размера пор) дисперсных и пористых материалов. Разрабатываемый эталон реализует газоадсорцбионный (объемный) метод сорбции азота, криптона и воды.
Эталоны в области физико-химических измерений разрабатываются и функционируют на базе созданного в институте Центра эталонов и стандартных образцов, в котором объединенными усилиями специалистов нескольких лабораторий выполняются работы по следующим направлениям:
создание новых типов стандартных образцов (ежегодно разрабатывается 5—7 новых типов стандартных образцов утвержденных типов, включая высокоточные);
разработка и аттестация методик измерений (ежегодно разрабатывается и аттестуется не менее 20 методик);
поверка, калибровка и испытания средств измерений в целях утверждения типа;
подготовка образцов для контроля и проведение проверок квалификаций посредством межлабораторных сличительных испытаний;
участие в работах по межлабораторной аттестации стандартных образцов.
Институт непрерывно участвует в международных сличениях в рамках МБМВ и КООМЕТ и подтверждает измерительные и калибровочные возможности разработанных эталонов.
На базе исследований по созданию эталонов специалисты института защищают диссертационные работы.
Заключение. УНИИМ осуществляет развитие эталонной базы России в области физико-химических измерений путем совершенствования имеющихся государственных первичных эталонов и разработки новых эталонов (в том числе в рамках объединенной поверочной схемы для средств измерений состава твердых и жидких веществ и материалов, разработанной совместно пятью ведущими государственными научными метрологическими институтами, такими как ВНИИМ им. Д. И. Менделеева, УНИИМ, ВНИИМС, ВНИИОФИ, ВНИИФТРИ); ведет плановую деятельность по разработке стандартных образцов для метрологического обеспечения методик измерений, предусмотренных техническими регламентами, в том числе техническими регламентами Таможенного союза.
Разработанный в институте комплекс государственных первичных и вторичных эталонов в области физико-химических измерений твердых и жидких веществ и материалов позволяет решать проблемы обеспечения единства измерений по следующим приоритетным направлениям развития науки и техники в Российской Федерации, установленным Указом Президента РФ: индустрия наносис
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.