一种N2O4相当水含量标准物质及其使用方法

摘要

一种N2O4相当水含量标准物质由参考标准和测试标准组成，参考标准是一种在参考波长下具有特定吸光度值的滤光片或空白，测试标准是一组在测试波长下具有梯度吸光度值的滤光片，每一种测试标准在测试波长的吸光度值与参考标准在参考波长的吸光度值之差对应不同的N2O4相当水含量。标准物质镶嵌在样品架上，样品架具有与仪器样品池匹配的外形，标准物质平行透光面与入射光方向垂直。本发明涉及的标准物质特性指标稳定，可提高仪器的准确度，同时降低仪器的标定/校准成本。本发明涉及的标准物质还可有效避免对操作人员的危害及环境的污染。

说明书

一、技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及光谱法测量仪器的标定/校准，进一步涉及光谱法N₂O₄相当水含量测量仪器标定/校准方法，还涉及仪器标定/校准用标准物质。

二、背景技术

N₂O₄是一种重要的航天推进剂，其相当水含量直接影响氧化剂储罐的腐蚀速率和腐蚀产物的物理状态，严重时甚至影响发射。因此在N₂O₄的生产、运输、贮存、发射等各个环节必须对N₂O₄相当水含量进行严格控制。

N₂O₄相当水含量的测试方法主要有微波法、色谱法、光谱法等，其中光谱法因方便实用最为用户所接受，适用面最广。

光谱法N₂O₄相当水含量测试仪器的标定是通过测量系列已知浓度的N₂O₄相当水标准物质在测试波长(1470nm，下同)与参考波长(1315nm，下同)处的吸光度差、并对吸光度差与相当水浓度进行曲线拟合实现的；仪器校准则是通过测量标准物质的相当水含量、并与标准值比对实现的。

N₂O₄相当水标准物质为一组标准物质，对应的含量范围一般为0～0.4％，含量间隔一般为0.05％，密封包装；使用时倒入密闭的专用比色皿，连同比色皿一同置于仪器样品室。由于N₂O₄室温下易挥发(沸点＜20℃)，遇水生成硝酸和亚硝酸，对操作过程和实验条件极其敏感，极易因环境温/湿度变化和操作者的熟练程度导致仪器标定/校准误差，从而影响测试结果的准确性。另外N₂O₄产生的强烈的刺激性气味和腐蚀性，极易造成环境污染，危害人体健康。

三、发明内容

本发明针对N₂O₄相当水含量标准物质本身的不稳定性及使用该标准物质标定/校准测试仪器时存在的对环境和人员的危害，提供一种准确、不产生污染和危害的标准物质以及使用该标准物质进行仪器标定/校准的方法。

本发明是这样实现的，采用一组具有与N₂O₄相当水含量标准物质测试波长与参考波长处的吸光度差对应的滤光片(标准物质)代替现在使用的N₂O₄相当水含量标准物质，按在用的方法对仪器进行标定/校准。

本发明涉及的标准物质由参考标准和测试标准组成。参考标准是一种在参考波长下具有特定吸光度值的滤光片或空白；测试标准是一组在测试波长下具有梯度吸光度值的滤光片，每一种测试标准在测试波长的吸光度值与参考标准在参考波长的吸光度值之差对应不同的N₂O₄相当水含量。

本发明涉及的标准物质根据参考标准在参考波长处的吸光度值A₀及N₂O₄相当水含量标准物质(相当水含量为C_i)在测试波长和参考波长处的吸光度差(ΔAi)，确定测试标准在测试波长处的吸光度值(A₀+ΔA_i)，则该测试标准与参考标准对应相当水含量为C_i的N₂O₄标准物质(如图1所示)。

以光程长度为Lr(0.1mm＜Lr＜20mm)的滤光片为参考标准，测试其在1315nm及1470nm波长处的吸光度值A₀、A₀′，则1470nm波长处吸光度值为A₀+ΔA_i的滤光片光程长度Lr为：

$>>>L>i>>=>>>\Delta >>A>i>>+>>A>0>>>>>A>0>>\prime >\; >·>Lr>$>

式中：L_i--对应相当水含量为C_i的测试标准的光程长度；

ΔA_i-相当水含量为C_i的N₂O₄标准物质在测试波长与参考波长处的吸光度差；

A₀-参考标准在参考波长处的吸光度值；

A₀′-参考标准在测试波长处的吸光度值；

Lr-参考标准的光程长度。

根据不同浓度的N₂O₄相当水含量标准物质测试波长与参考波长的吸光度差，根据公式(2)计算测试标准滤光片的光程长度。

以空白为参比时，直接根据对应的测试波长处的吸光度值计算测试标准的光程长度。

本发明涉及的标准物质的N₂O₄相当水含量介于0～0.4％之间，相当水含量间隔不大于0.05％，最优可小于0.01％。

本发明涉及的标准物质的材质选自中性暗色玻璃或石英玻璃等特种光学玻璃中的一种，按一般加工工艺制作。优选中性暗色玻璃。

本发明涉及的N₂O₄相当水含量标准物质为一组镶嵌在样品架4上的滤光片3，样品架4具有与仪器样品池匹配的外形，滤光片3平行透光面与入射光方向垂直，一种结构形式如附图2所示。

本发明涉及的标准物质的使用方法是采用由参考标准和测试标准组成的标准物质按在用的方法对光谱法N₂O₄相当水含量测量仪器进行标定/校准。

本发明与现有N₂O₄相当水含量标准物质相比具有以下优点及突出效果：光学玻璃滤光片性能稳定，以此为标准可以提高仪器的准确度、有效避免原标准物质对操作人员的危害及对环境的污染，同时降低仪器的标定/校准成本。

本发明涉及的标准物质对加工精度要求相对较低，对在允许范围内出现加工偏差的测试标准根据曲线拟合法或内插法计算对应的相当水含量，有效减少损失。

本发明涉及的光谱法N₂O₄相当水含量测试仪器标定/校准方法，通过采用滤光片标准物质代替在用的N₂O₄相当水含量标准物质，有效降低因N₂O₄相当水含量标准物质特征参数受环境条件影响程度，提高仪器的准确性；采用标准滤光片代替N₂O₄相当水含量标准物质，实现以固态标准器代替腐蚀性液态标准物质，降低环境污染和对操作人员的危害；采用标准滤光片代替N₂O₄相当水含量标准物质，有效降低仪器校准操作周期，节省校准时间两倍以上。

四、附图说明

附图1本发明涉及标准物质的原理示意图

其中：曲线1及曲线2分别为浓度为C₁、C₂的N₂O₄相当水含量标准物质光谱曲线

附图2本发明涉及的一种标准物质结构

其中：3-滤光片    4-样品架

五、具体实施方式

下面结合实施例对发明内容进行进一步说明，但不作为对发明内容的限制。

                        实施例一

以一组(9个)相当水含量间隔为0.05％的标准物质在测试波长(1470nm)与参考波长(1315nm)处的吸光度关系(Ci-ΔAi)为设计基准，以光程长度(Lr)为2.0mm的中性暗色玻璃ZAB70为参考标准，该参考标准在1315nm及1470nm波长处的吸光度值分别为0.217、0.173，依据公式(1)计算对应的相当水含量的测试标准的光程长度L_i(如表1所示)。采用切割、粗磨、精磨、抛光等通用方法加工滤光片。

参考标准的光程长度分别为0.1mm、0.5mm、2.0mm、5.0mm、10.0mm、15.0mm、20.0mm时对应的测试标准的光程长度如表2所示。

                  表1不同相当水含量的N₂O₄标准物质的对应的测试标准的光程长度

  C_i/％ 0.00  0.05  0.10  0.15  0.20  0.25  0.30  0.35  0.40  ΔA_i 0.013  0.084  0.140  0.192  0.243  0.298  0.354  0.405  0.451  L_i/mm 2.66  3.48  4.13  4.73  5.32  5.95  6.60  7.19  7.72

                             表2不同参考标准对应的测试标准的光程长度

 C_i/％ 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 Li/mm Lr＝0.1mm 0.28 1.10 1.75 2.35 2.93 3.57 4.22 4.81 5.34 Lr＝0.5mm 0.78 1.60 2.25 2.85 3.44 4.07 4.72 5.31 5.84 Lr＝2.0mm 2.66 3.48 4.13 4.73 5.32 5.95 6.60 7.19 7.72 Lr＝5.0mm 6.42 7.24 7.89 8.49 9.08 9.71 10.36 10.95 11.48 Lr＝10.0mm 12.69 13.51 14.16 14.76 15.35 15.99 16.64 17.23 17.76 Lr＝15.0mm 18.97 19.79 20.43 21.03 21.62 22.26 22.91 23.50 24.03 Lr＝20.0mm 25.24 26.06 26.70 27.31 27.90 28.53 29.18 29.77 30.30

参考标准为空白时，直接根据对应的测试波长处的吸光度值计算测试标准的光程长度，如表3所示。

                       表3参考标准为空白时对应的测试标准的光程长度

 C_i/％ 0.00 0.05 0.10 0.15  0.20  0.25  0.30  0.35  0.40 Li/mm 0.15 0.97 1.62 2.22  2.81  3.44  4.09  4.68  5.21

                               实施例二

按实施例一加工的滤光片的光程不能完全对应设计参数时，对N₂O₄相当水含量标准物质测试波长与参考波长的吸光度差与浓度数据进行曲线拟合，得到C_i与ΔA_i的线性关系。

               C_i＝0.9218^*ΔA_i-0.0234                    (2)

根据公式(2)、公式(1)及曲线拟合残差，确定某一光程的滤光片对应的相当水含量，如表4所示。

                           表4不同光程的测试标准(ZAB70)对应的N₂O₄相当水浓度(Lr＝2.0mm)

 L/mm 2.7  2.9  3.0  3.1  3.2  3.3  3.5  4.1  4.7  5.3  6.0  6.6  7.2  7.7 ΔA_i 0.016  0.034  0.043  0.051  0.06  0.068  0.086  0.137  0.190  0.241  0.302  0.354  0.406  0.449 C_i/％ 0.003  0.015  0.022  0.027  0.034  0.039  0.052  0.097  0.148  0.198  0.254  0.300  0.351  0.398

                              实施例三

采用镀膜工艺，以石英为基片，以参考波长处特定吸光度值的滤光片为参考标准(假设A₀＝1.0)，设计测试波长处相应的吸光度值(A₀+ΔAi)的测试标准，则与相应的标准物质的相当水含量相对应，如表5所示。

                    表5测试波长处吸光度值与N₂O₄相当水含量的对应关系

 A₀+ΔAi 1.013  1.084  1.140  1.192  1.243  1.298  1.354  1.405  1.451 C_i/％ 0.00  0.05  0.10  0.15  0.20  0.25  0.30  0.35  0.40

如不能得到表5中所述的吸光度值，根据内插法或曲线拟合确定对应的标准物质的相当水含量，如表6所示。

                                         表6测试波长处吸光度值与N₂O₄相当水含量的对应关系

 A₀+ΔAi 1.016  1.034 1.043 1.051 1.06 1.068 1.086 1.137 1.190  1.241  1.302 1.354 1.406 1.449 C_i/％ 0.003  0.015 0.022 0.027 0.034 0.039 0.052 0.097 0.148  0.198  0.254 0.300 0.351 0.398

                               实施例四

为保证滤光片及参考标准的透光面与光路垂直，制作结构如图2所示的定位架4，定位架4为长方体结构，与仪器样品室匹配，定位架4的外形尺寸为12.7mm(宽)×54.0mm(高)，根据滤光片的光程长度，定位架4的厚度介于12.7mm～35.0mm之间，滤光片3嵌入定位架4，并使其透光面与入射光垂直，入射光的方向如箭头所示。