Эталонная установка на основе термогравиметрического анализа с масс-спектрометрическим детектированием в составе государственного первичного эталона ГЭТ 173

В настоящей статье обсуждается вопрос обеспечения прослеживаемости результатов определения воды в твердых и жидких веществах и материалах. Рассмотрены этапы разработки и совершенствования, а также состав Государственного первичного эталона единиц массовой доли и массовой (молярной) концентрации воды в твердых и жидких веществах и материалах ГЭТ 173. Выявлены проблемы ограниченной применимости эталона для разделения воды с различными энергиями связи, а также невозможности идентификации отличных от воды летучих соединений при термической обработке исследуемых материалов. Представлены результаты совершенствования ГЭТ 173 путем включения в его состав дополнительной эталонной установки, реализующей методы термогравиметрического анализа (ТГА), дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и масс-спектрометрии (МС). Описаны состав и принцип действия новой эталонной установки. Представлен алгоритм оценки неопределенности воспроизведения единицы массовой доли воды с применением данной эталонной установки и выявлены источники неопределенности. Приведены результаты эксперимента по установлению нижней границы диапазона воспроизведения единицы массовой доли воды. Рассмотрены результаты сличений результатов определения воды в кристаллогидратах, полученные с использованием усовершенствованного эталона и высокоточных установок метрологических и ведущих отраслевых институтов европейских стран. Представлены результаты разработки стандартного образца массовой доли воды в дигидрате молибдата натрия (Na₂MoO₄ · 2H₂O СО УНИИМ) ГСО 10911–2017, предназначенного для метрологического обеспечения средств измерений и методик измерений, основанных на использовании термогравиметрического метода. Описаны дополнительные возможности, открывающиеся в результате введения новой эталонной установки в состав государственного первичного эталона ГЭТ 173, такие как идентификация и определение отличных от воды летучих компонентов, установление и корректировка режимов сушки как в лабораторных условиях, так и в ходе технологического процесса, а также определение воды как одной из основных примесей при оценке массовой доли основного компонента высокочистых веществ.

1. ГОСТ 8.630–2013. Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений содержания влаги в твердых веществах и материалах. — М.: Стандартинформ, 2014. — 12 с.

2. Горшков В. В., Коряков В. И., Медведевских М. Ю., Медведевских С. В. Государственный первичный эталон единиц массовой доли и массовой концентрации влаги в твердых веществах и материалах / Измерительная техника. 2010. № 4. С. 24 – 27.

3. Медведевских С. В., Медведевских М. Ю., Карпов Ю. А. Общие подходы к оценке неопределенности результатов воспроизведения единиц содержания воды в твердых веществах и материалах / Измерительная техника. 2015. № 8. С. 65 – 70.

4. Митчелл Дж., Смит Д. Акваметрия. — М.: Химия, 1980. — 600 с.

5. Ребиндер П. А. Физико-химическая механика дисперсных структур. — М.: Наука, 1966 — 399 с.

6. Redman-Furey N., Poiesz K., Miller J., Grundner C. An evaluation of primary water standards by TG/DTA and vapor sorption analysis / J. Thermal Analysis and Calorimetry. 2010. Vol. 102. N 2. P. 633 – 639.

7. Kociba K. J., Gallagher P. K. A study of calcium oxalate monohydrate using dynamic differential scanning calorimetry and other thermoanalytical techniques / Thermochim Acta. 1996. Vol. 282 – 283. P. 277 – 296.

8. Matejtschuk P., Duru C., Malik K., et al. Use of thermogravimetric analysis for moisture determination in difficult lyophilized biological samples / American J. Anal. Chem. 2016. N 7. P. 260 – 265.

9. Vuataz G., Meunier V., Andrieux J. C. TG-DTA approach for designing reference methods for moisture content determination in food powders / Food Chem. 2010. Vol. 122. N 2. P. 436 – 442.

10. Kimihiko Y., Yasuhide T. Water content using karl-fisher aquametry and loss on drying determinations using thermogravimeter for pesticide standard materials / J. Health Sci. 2004. Vol. 50. N 2. P. 142 – 147.

11. Медведевских М. Ю., Медведевских С. В., Собина Е. П., Горшков В. В. Дополнительные исследования источников неопределенности результатов измерений массовой доли влаги в зерне и зернопродуктах с помощью ГЭТ 173–2008 в рамках подготовки к ключевым сличениям / Измерительная техника. 2012. № 9. С. 66 – 69.

12. Медведевских М. Ю., Медведевских С. В., Сергеева А. С., Звягинцев Н. И. Стандартный образец моногидрата оксалата кальция / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2013. Т. 79. № 12. С. 62 – 66.

13. ГОСТ OIML R 76-1-2011. Государственная система обеспечения единства измерений. Весы неавтоматического действия. Часть 1. Метрологические и технические требования. Испытания. — М.: Стандартинформ, 2013. — 133 с.

14. Количественное описание неопределенности в аналитических измерениях»: руководство ЕВРАХИМ/СИТАК. — С.-Петербург: ВНИИМ им. Д. И. Менделеева, 2002. — 141 с.

15. https://www.gov.uk/government/organisations/national-measurement-and-regulation-office.

16. Дерффель К. Статистика в аналитической химии / Пер. с нем. — М.: Мир, 1994. — 268 с.

17. Heinonen M., Bell S., Choi B. I., et al. New primary standards for establishing SI traceability for moisture measurements in solid materials / Int. J. Thermophys. 2018. Vol. 39. P. 20.