生物反应器校准规范

34JF

湖南省地方计量技术规范

JJF（湘）xx-2023

生物反应器校准规范

CalibrationSpecificationforBioreactor

（征求意见稿）

2023-xx-xx发布2024-xx-xx实施

湖南省市场监督管理局发布

JJF（湘）XX—2023

生物反应器校准规范

JJF（湘）XX—2023

CalibrationSpecification

forBioreactor

归口单位：湖南省市场监督管理局

主要起草单位：湖南省计量检测研究院

本规范委托湖南省计量检测研究院负责解释

本规范主要起草人:

马一航（湖南省计量检测研究院）

徐倩（湖南省计量检测研究院）

刘李亮（湖南省计量检测研究院）

参加起草人：

陈杨（湖南省计量检测研究院）

李娅（湖南省计量检测研究院）

吴婷（湖南省计量检测研究院）

目录

引言........................................................................(II)

1范围......................................................................(1)

2引用文件..................................................................(1)

3术语和计量单位...........................................................(1)

4概述......................................................................(2)

5计量特性..................................................................(3)

6校准条件..................................................................(3)

7校准项目和校准方法......................................................(4)

8校准结果表达..............................................................(9)

9复校时间间隔............................................................(9)

附录A溶解氧校准用水的制备...............................................(11)

附录B国际温标纯水密度表.................................................(12)

附录C生物反应器校准原始记录格式(推荐)...............................(13)

附录D生物反应器校准证书内页格式(推荐)...............................(16)

附录E生物反应器校准结果的测量不确定度评定示例..........................(17)

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引言

本规范依据JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF1059.1-2012《测量不

确定度评定与表示》JJF1001-2011《通用计量术语及定义》，并参考部分相关技术文件

进行编制。

本规范为首次发布。

II

JJF（湘）XX—2023

生物反应器校准规范

I范围

本规范适用于实验室用的搅拌式生物反应器的性能参数的校准，其他中试用生物反

应器、光生物反应器、气升式生物反应器等相关反应器可参照此规范执行。

2引用文件

本规范引用了下列文件：

JJG119实验室pH（酸度）i|-

JJG291溶解氧测定仪

JJG1871磁电式转速传感器

JJF1030恒温槽技术性能测试规范

JJF1265生物计量术语及定义

JJF1001通用计量术语及定义

JJF1101环境试验设备温度、湿度参数校准规范

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于该规范；凡是不注日期的引用文件，

其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。

3术语和计量单位

JJF1001-2011>JJF1265-2010中界定的及以下术语和定义适用于本规范。

3.1生物反应器biorcactor

生物反应器一般是指用于进行是进行相应条件下微生物的培养、发酵，从而获取活

体微生物或其所需的代谢产物的相应生产或实验仪器。

3.2灭菌sterilization

用物理或化学的方法杀灭全部微生物，包括致病和非致病微生物、芽泡和阮病毒蛋

白，使之达到无菌保障水平。常用的灭菌方法有化学试剂灭菌（如环氧乙烷、甲醛等）、

射线灭菌（如丫射线、电子束辐射等）、湿热灭菌、干热灭菌和过滤除菌等。

3.3菌落形成单位colony-formingunit,CFU

菌落形成单位是指单位体积样品在琼脂平板上经过一定温度和时间培养后形成的细

JJF（湘）XX—2023

菌群落总数，是计算细菌或霉菌数量的单位。

4概述

生物反应器一般是指月于进行是进行相应条件下微生物的培养、发酵，从而获取活

体微生物或其所需的代谢产物的相应生产或实验仪器。生物反应器类型众多，本规范主

要针对实验室使用的搅拌式生物反应器。中试生物反应器或其他类型反应器可参照本规

范的相关参数进行校准工作。

搅拌电机

图1常用生物反应器示意图

生物反应器是一种利月酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生

化反应的装置系统。它主要通过在封闭或半封闭的无菌环境容器中，通过合适的技术手

段，针对特定的生物反应过程，对生物反应环境的温度、pH值、转速、溶解氧、气体流

速、压力等条件进行监控，并利用监控结果进行反馈调节而控制罐体内环境的稳定，从

而达到在充分利用底物的情况下获得较高的目标产物的目的。图1所示为常用的实验室

搅拌式生物反应器的基本结构。

2

JJF（湘）XX—2023

搅拌式生物反应器主要由反应器罐体、管路组件、监控传感器及配套的控制单元组

成。管路组件包括进样管、取样管、进气管、排气管等。监控传感器包括温度传感器、

pH传感器、溶解氧传感器以及相应的显示设备。配套控制单元包括进样泵、搅拌电机、

恒温装置等。目前，大量生物反应器已经将监控显示和控制单元等都集成在电脑或控制

面板上，便于统一进行设定、监控和联动管理。实验空用生物反应器一般以台式为主，

罐体方便拆卸。部分实验室也会使用原位生物反应器，这类反应器一般会另外配备原位

灭菌系统，便于试验前后的清洗、灭菌工作。

5计量特性

生物反应器的计量项目及参考计量性能要求检表1。

表1生物反应器的计量性能指标

序号校准项目参考计量性能要求

温度示值误差±1.0℃

1温度

温度波动度0.5℃

pH示值误差±0.2pH

2pH

pH重复性0.1pH

3转速转速示值误差±3%

溶解氧浓度示值误差±0.5mg/L

4溶解氧.

溶解氧浓度重复性0.15mg/L

5气体流量”气体流量示值误差±5%

液体流量示值误差±5%

6液体流量”

液体流量稳定性5%

7无菌性能测试’无菌落检出

注1：以上技术指标不适用于合格性判定，仅供参考。计量性能指标也可参照反应器制造

厂商给出的技术要求。

注2：*根据反应器的适用项目，选择进行项目的校准。

6校准条件

6.1环境条件

3

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6.1.1供电电源：(220±22)V,(50±1)Hz。

6.1.2环境温度:(1()~30)℃。

6.1.3相对湿度:<85%o

6.1.4室内应防潮、避光、防热、无腐蚀性物品，通风良好。

6.2校准用标准物质及设备

6.2.1温度计：温度测量范围(5.0〜50.0)℃,最大允许误差±0.2℃,精度不低于0.01℃。

6.2.2pH有证标准物质：应使用经政府计量行政部门批准的pH有证标准物质。

6.2.3光电转速表：转速测量范围(0~2(X)0)rpm,不确定度不大于3%32)。

6.2.4气体流量计：流量测量范围(0.3〜3())L/min,不确定度不大于3%32)。

6.2.5电子天平：实际分度值不大于0.1mg,4级。

6.2.6气压表：分度值1hPa,最大允许误差不超过土2.5hPa。

6.2.7秒表：分辨力0.1s,最大允许误差不超过0.5s/d。

6.2.8鼓泡器：多孔。

6.2.9亚硫酸钠(Na2s03)试剂：分析纯。

6.2.10二价钻盐试剂：分析纯。

7校准项目和校准方法

7.1校准前准备及检查

检查待校生物反应器铭牌标识是否完好。将待校生物反应器开机预热，并确定生物

反应器各传感器工作正常。

7.2温度示值误差

设置反应器温度在37℃,或根据实际使用情况设定一个或多个恒温温度点,将反应

器的温度探头放入反应器内，与标准数字温度计靠近放置于反应器同一水平面。在设定

的温度点，同时分别读取生物反应器温度示值外和标准数字温度计示值八，分别读取三

次，取各自的三次平均值为该温度点的八、7s,按式(1)计算

A7^7R-7S(1)

式中：

八——生物反应器的温度探头平均值，。C；

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Ts——标准数字温度计示值平均值，°C；

△r—温度示值误差，。c。

7.3温度波动度

设置反应器温度在37℃,或根据实际使用情况设定一个或多个恒温温度点°将反应

器设置开启，使其处于工作状态。将标准数字温度计插入工作区域内1/2深度位置或反应

器温度探头位置，在反应器第一次达到设定温度后稳定至少10min或反应器使用说明书

要求的稳定时间，开始读数。以每分钟至少6次的均匀间隔读取示值，持续10min或反应

器使用说明书中规定的时间。取最大值与最小值的差，换算为温度值，即为反应器在该

温度点下相应时间间隔内的波动度。

ATl=Tmax-Tmin（2）

式中：

Tmax——测量期间数字温度计最大示值，℃；

Tmin——测量期间数字温度计最小示值，℃；

ATf—温度波动度，C。

7.4pH示值误差及重复性

按仪器操作要求，使仪器处于稳定工作状态。对待测反应器的酸度（pH）计传感探

头，用一-种标准溶液（对具有两点校准或多点校准方法的传感器，应选用两种或多种溶

液校准）校准后，测量另一种标准溶液。测量点可根据实际常用点进行选择。进行重复

测量操作6次，取平均值作为仪器示值，按式（3）计算该反应器的pH计传感器示值误差

值ApH。测量时应注意温度平衡及温度修正。

ApH=pHi-pHs（3）

式中：

pHi——仪器示值平均值，pH；

pHs——pH缓冲溶液标准值，pH；

ApH——pH示值误差，pHo

取6次仪器示值结果，按式（4）计算pH重复性结果SpH。

S=性】（PH「西）:（4）

PH、n-1

5

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式中:

pHi——仪器示值平均值，pH；

pHr——单次仪器示值，pH；

〃——测量次数，6次；

SpH----pH示值重复性，pHo

7.5溶解氧浓度测量示值误差及重复性

按操作要求使仪器处于稳定工作状态。用新配制的无氧水（配制方法见附录A）对

溶解氧探头进行测试、校准。随后，根据实际校准需求，配制准备好饱和溶氧水（配制

方法见附录A）,用生物反应器溶解氧传感器测量饱和溶氧水6次，取其平均值与饱和溶

氧水的标准值之差作为该生物反应器的溶解氧示值误差。若溶解氧传感器自带温度补偿

功能，则需要在温度误差低于±0.2℃情况下进行，否则溶解氧的温度自动补偿不能认可。

溶解氧传感器操作可依据生物反应器的说明书执行，对不进行溶解氧监测的反应器可不

做此项。

AC=C-Cs(5)

式中：

C——6次溶解氧测量平均值，mg/L；；

Cs——溶解氧标准值，mg/L；

AC----溶解氧示值误差，mg/L。

取6次测量数据结果，按照式（6）计算溶解氧重复性贷。

S=快】（GY）?

C-1n-l(6)

式中：

C6次溶解氧测量平均值，mg/L；

G——待测溶液溶解氧的测量值，mg/L；

n——测量次数，6次；

5c——溶解氧测量重复性，mg/L。

7.6转速示值误差

5

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将反光转速贴片贴于搅拌器旋转叶片或转动轴匕在测量范围内设置3档转速，分别

为50r/min、200r/min.500r/min,或根据实际使用情况选择一个或多个转速测量点。用

光电转速表对准反光贴片位置测量实际转速，每档转速下测量3次，取平均值用准，通过

式（7）计算转速相对误差。根据得到的不同转速下的转速误差，选取其中绝对值最大的

相对误差值作为该生物发酵罐的桂•速误差。

跖=t3^x100%（7）

*标准

式中：

玩---转速相对误差，r/min；

Xi---转速设定值，r/min；

x标准---转速测量平均值，r/mino

7.7液体流量设定值误差和流量稳定性

根据仪器的计量需求，选择需要计量的液体蠕动泵对象（一般为碱泵、酸泵、补料

泵、消泡泵等相关泵管）。选择适配的管路连接液体管路出口、入口，以纯水作流动相,

通过管路系统，使计量对象管路中充满流动相。将温度计插入流动相，监控试验温度。

选择该蠕动泵的流速范围中适当的流量，或根据实际使用需求选择一至三个流速测量点,

分别进行测量。开启蠕动泵，当泵运行稳定后，选用事先称重的合适的容量瓶，分别接

收规定时间流出的流动相。不同流速下的测量次数、时间建议如下表。将收集好流动相

的容量瓶在分析天平上称重，重复三次，按公式（8）计算流量的实测值，分别按公式（9）

和公式（10）计算流量设定值误差Ss及流量稳定性误差SR。

表2泵流速测定参数表

泵流速测定参数表（ml/min）0.2〜1.01.0-1010-100

测量次数333

流动相收集时间（min）10-205~105

伍一卬］

(8)

7=PW

式中:

Fm——流量实测值，mL/min；

Wi——容量瓶的质量，g；

卬2——容量瓶加流动相的质量，g；

7

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pt—实验温度下流动相的密度（不同温度下流动相的密度参见附录B）,g/cn?；

/——收集流动相的时间，min。

S殳HkxlOO%（9）

sPS

式中：

Ss---流量示值误差，%；

F~—同一设定流量3次测量值的算术平均值，mL/min；

Fs——流量设定值，mL/mino

SR=殳丝二皿X100%（10）

式中：

SR——流量稳定性，%;

Fmax----同一设定流量3次测量值的最大值，mL/min；

尸min——同一设定流量3次测量值的最小值，mL/min：

F~—同一设定流量3次测量值的算术平均值，mL/min。

7.8气体流量示值误差

选取实际常用的气体介质，将气体流量测量装置串联入气体流路中。调节反应器的

气体流量计，选择用户常用范围内一个或多个的气体流量作为测量点，连续测量3次，

记录每次的测定值Q,计算得平均值口,并根据公式［II）计算气体流量相对示值误差。

6Q100%（11）

式中：

Qs---气体流量设定值，L/min；

Qt---流量测量平均值，L/min：

%——气体流量相对示值误差，%o

7.9无菌性能测试

按操作要求以常规工作流程进行灭菌处理，选择用户常用的反应器准备流程和使用

程序，进行培养反应24小时，或选择用户常用的培养时间，观察培养液中是否有菌体生

成。同时，通过无菌操作对最终培养液进行取样，选择合适的培养基（一般与反应器使

用培养基一致），对原梯度的最终培养液进行平板稀释涂布，平行处理3次。设定适当的

3

JJF（湘）XX—2023

培养条件，将平板置于培养箱中进行培养，观察是否有菌落形成。若仪器无菌性能良好，

培养结束后，平板上应无菌落检出（小于5CFU/mL）。

8校准结果表达

8.1校准记录

校准记录格式参见附录C。

8.2校准结果的处理

校准结果应在校准证书上反映，校准证书应至少包括以下信息：

a）标题：“校准证书”；

b）实验室名称和地址；

c）进行校准的地点（如果与实验室的地址不同）；

d）证书的唯一性标识（如证书编号），每页及总页数的标识；

e）客户的名称和地址；

f）被校对象的描述和明确标识（如生产厂家、型号、产品编号等）；

g）进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用相关时，应说明被校对象的接

收日期；

h）如果与校准结果的有效性应用相关时，应对被校样品的抽样程序进行说明；

i）校准所依据的技术规范的标识，包括名称和代号；

j）本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；

k）校准环境的描述；

1）校准结果及其测量不确定度的说明；

m）对校准规范的偏离的说明；

n）校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识：

O）校准结果仅对被校时象有效的声明；

p）未经实验室书面批准，不得部分复制证书或报告的声明。

推荐的校准原始记录格式、校准证书内页格式分别见附录C、附录D。

9复校时间间隔

由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所

决定的，因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。如果对仪器的检测

9

JJF（湘）XX—2023

数据有怀疑或仪器更换主要部件及修理后应对仪器重新校准。生物反应器的复校时间间

隔建议不超过12个月。

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附录A

溶解氧校准用水的制备

A.1无氧水的制备

500mL的烧杯中加入250mL的蒸播水，然后加入500mg的亚硫酸钠以及微量二价

钻盐（如六水合氯化钻）作为催化剂。搅拌均匀后使用。

A.2饱和溶氧水的制备

在恒温水浴内灌入2/3容积的新鲜蒸储水（约8L）,将多孔塑料浮盖浮于水面。水

温调节到所需温度，开动搅拌器搅拌水样，同时加鼓泡器（空气泵）向水中连续曝气60min

以上。停止曝气，水静止30min后即可使用。

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JJF(湘)XX—2023

附录B

国际温标纯水密度表

表B.1199()年国际温标纯水密度表(kg/n?)

b()(℃)0.0().10.2().30.4().50.6().70.8().9

15999.099999.084999.069999.053999.038999.022999.(X)6998.991998.975998.959

16998.943998.926998.910998.893998.876998.860998.843998.826998.809998.792

17998.774998.757998.739998.722998.704998.686998.668998.650998.632998.613

18998.595998.576998.557998.539998.520998.5G1998.482998.463998.443998.424

19998.404998.385998365998.345998.325998.305998.285998.265998.244998.224

20998.203998.182998.162998.141998.120998.099998.077998.056998.035998.013

21997.991997.970997.948997.926997.904997.882997.859997.837997.815997.792

22997.769997.747997.724997.701997.678997.655997.631997.608997.584997.561

23997.537997.513997.490997.466997.442997.417997.393997.396997.344997.320

24997.295997.270997.246997.221997.195997.170997.145997.120997.094997.069

25997.043997.018996.992996.966996.940996.914996.888996.861996.835996.809

26996.782996.755996.729996.702996.675996.648996.621996.594996.566996.539

27996.511996,484996.456996.428996.401996.373996.344996.316996.288996.260

28996.231996.203996.174996.146996.117996.088996.059996.030996.001995.972

29995.943995.913995.884995.854995.825995.795995.765995.753995.705995.675

30995.645995.615995.584995.554995.523995.493995.462995.431995.401995.370

31995339995.307995.276995.245995.214995.182995.151995.119995.087995.055

32995.024994.992994.960994.927994.895994.863994.831994.798994.766994.733

33994.700994.667994.635994.602994.569994.535994.502994.469994.436994.402

34994.369994.335994301994.267994.234994.2CO994.166994.132994.098994.063

35994.029993.994993.960993.925993.891993.856993.821993.786993.751993.716

12

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附录c

生物反应器校准原始记录格式（推荐）

送校单位：仪器名称：

规格型号：出厂编号：

制造厂家：测量范围：

校准依据：校准地点：

环境条件：温度℃湿度%RH大气压—kPa其它：

使用的标准器名称型号规格编号技术特征

1.温度示值误差

设定值/℃TR/℃7R/℃Ts/℃Ts/VA7/C

2.温度波动度

温

度

测

量

值

/℃

Tmin/℃

13

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3.pH示值误差及重复性

pH有证标准物质认定值pH计测量值平均值示值误差重复性

液温

/pH/pH/pH/pH/pH/pH

CRM编号：

校准点1

批号：

CRM编号：

'C校准点2批号：

CRM编号：

校准点3批号：

4.溶解氧浓度测量示值误差及重复性

标准值测量值平均值示值误差重复性

/(mg/L)/(mg/L)/(mg/L)/(mg/L)/(mg/L)

5.转速示值误差

设定转速实际测量值平均值示值误差

/(r/min)/(r/min)/(r/min)/%

6.液体流量设定值误差和流量稳定性

Fs/(mL7min)

W,/g

W2/g

T/min

Fm

/

Ss

舐

14

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7.气体流量示值误差

设定流量实际测量值平均值示值误差

/(L/min)/(L/min)/(L/min)/%

8.无菌性能测试

培养结束后平板上菌落计数为个。

校准员：核验员：校准日期：年月H

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附录D

生物反应器校准证书内页格式（推荐）

证书编号：XXXX-XXXX

校准结果

序号校准项目参考计量性能指标校准结果

1温度示值误差±1.0C

2温度波动度0.5℃

3pH示值误差±0.2pH

4pH重复性0.1pH

5转速示值误差±3%

6溶解氧浓度示值误差±0.5mg/L

7溶解氧浓度重复性0.15mg/L

8气体流量示值误差±5%

9液体流量示值误差±5%

10液体流量稳定性5%

11无菌性能测试无菌落检出

1.温度测量结果扩展不确定度：Urc尸%，k=2;

2.pH示值测量结果扩展不确定度：

3.转速测量结果扩展不确定度：

4.溶解氧测量结果的扩展不确定度：

5.气体流量测量结果的扩展不确定度：

6.液体流量测量结果的扩展不确定度：

第x页，共x页

16

JJF（湘）XX—2023

附录E

生物反应器校准结果的测量不确定度评定示例

生物反应器的测量过程中主要涉及的参数有温度、pH、溶解氧、搅拌转速、气体流

量和液体流量，参数都为使用标准器进行直接测量，测量结果受其他环境因素的影响可

忽略。因此，主要分析测量过程中对测量结果影响较大的不确定度分量来源，对其进行

不确定度的评定。

E.1温度测量结果不确定度评定

E.1.1测量方法

按操作说明设置反应器恒温温度37℃,或根据实际使用情况设定一个或多个恒温温

度点。将反应器的温度探头放入反应器内，与标准数字温度计靠近放置于反应器同一水

平面。在设定的温度点，同时分别读取生物反应器温度示值三次，取各自的三次平均值

计算温度示值相对误差。

E.1.2测量模型

AT=TR-TS

式中：

7R——生物反应器的温度探头平均值，C；

7s——标准数字温度计示值平均值，℃;

△7—温度示值误差，。C。

E.1.3不确定度来源

依据上述测量模型，其不确定度来源主要包括以下2个方面：

(1)反应器温度探头测量过程引入的不确定度师

(2)标准数字温度计测量过程引入的不确定度11Ts

E.1.4标准不确定度分量计算

本示例中选取一台生物反应器，设定温度为37.0℃,等待仪器稳定后，按确定测量

方法重复测量温度结果，连续测量1()次，测量结果见表E.1。

(1)反应器温度探头测量过程引入的不确定度依

反应器温度探头测量过程引入的不确定度包括测量重复性引入的不确定度和仪器温

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度示值分辨力引入的不确定度。

表E.1温度测量结果（单位：。C）

测量次数12345678910

仪器温度

37.037.036.936.936.936.937.037.137.137.0

示值

标准温度计

37.0136.9236.8936.9336.9136.8536.9337.0237.0837.02

示值

根据测试数据，则:

sTi=产£”2=0.08℃

实际测量过程中取3次重复，反应器温度探头测量重复性引入的标准不确定度“Til：

um=^=0.05r

仪器温度示值分辨力为0.1℃,区间半宽为0.05C,按均匀性分布考虑，则其分辨力

引入的标准不确定度WT.2：

uTi2=詈003C

因仪器温度探头测量重复性和示值分辨力引入的分量相关，故标准不确定度取较大

者小也因此，反应器温度探头测量过程引入的不确定度”为：

〃Ti=WH1=0.05℃

（2）标准数字温度计测量过程引入的不确定度〃TS

标准数字温度计测量过程引入的不确定度包括测量重复性引入的不确定度、和仪器

温度示值分辨力引入的不确定度。

根据重复测试数据结果，贝IJ：

sTs=叫:；守=0.（）8C

实际测量过程中取3次重复，标准数字温度计测量重复性引入的标准不确定度4/TS1：

UTS1=^=0.05C

数字温度计示值分辨力为0.01℃,区间半宽为0.005C,按均匀性分布考虑，则其分

辨力引入的标准不确定度，小2：

uTs2=等=0.003℃

因数字温度”测量重复性和示值分辨力引入的分星相关，故标准不确定度取较大者

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t/Tslo

数字温度计修正值的扩展不确定度为：t/=().()3℃,k=2,则修正值引入的标准不确

定度MTs3为：

%=*0.015C

因此，数字温度计测量过程引入的不确定度〃Ts为：

uTs=JuTsl2uTs32=0.06C

E.1.5标准不确定度分量一览表

标准不确定度分量一览表见表E.2O

表E.2温度测量结果标准不确定度分量一览表

标准不确定度分量不确定度来源标准不确定度值(,6)

i<Ti温度探头测量过程引入0.05

Mis标准数字温度计测量过程引入0.06

E.1.6合成标准不确定度

由于标准不确定度分量之间相互独立，则温度测量的合成标准不确定度，仃c为：

u2u2

UTc=JTi+Ts=0.08℃^0.1℃

E.1.7扩展不确定度

取:2,则仪器温度示值误差测量结果的扩展不确定度为：

UT=依〃&=0.2℃

E.2pH示值误差测量结果穴确定度评定

E.2.1测量方法

根据仪器操作方法对待测反应器的酸度(pH)计传感探头进行校准。根据实际需求

选择合适的pH标准溶液，使用仪器pH探头对pH标准溶液进行测量。重复测量操作6

次，取平均值作为仪器示值结果，其与pH标准溶液的标准值之差作为pH示值误差。

E.2.2测量模型

ApH=pHi-pHs

式中：

pili——仪器示值平均值，pH；

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pHs-----pH溶液标准值，pH；

ApH——pH示值误差，pHo

E.2.3不确定度来源

依据上述测量模型，其不确定度来源主要包括以下2个方面：

（1）pH传感器测量过程引入的不确定度〃pHi

（2）pH溶液标准物质引入的不确定度“pHs

E.2.4标准不确定度分量计算

本示例中选取•台生物反应器，仪器稳定后恒温至25°C。将仪器pH传感器校准后，

对pH溶液标准物质（本例使用混合磷酸盐标准物质）进行测量，按测量方法重复测量

pH结果，连续测量10次，测量结果见表E.3。

表E.3pH测量结果（单位:pH）

测量次数12345678910

仪器示值6.836.826.826.816.826.816.816.816.806.81

（1）pH测量过程引入的不确定度如Hi

反应器pH探头测量过程引入的不确定度包括测量重复性引入的不确定度和pH示值

分辨力引入的不确定度。

根据测试数据，贝人

sPm=产式.严Z.009pH

实际测量过程中取6次重复,反应器pH探头测量重复性引入的标准不确定度wPHii：

UpHii=^=0.004pH

仪器pH示值分辨力为0.01pH,区间半宽为0.005pH,按均匀性分布考虑，则其分

册力引入的标泄不确定度〃pHi2：

upHi2=等=0003pH

因仪器pH探头测量重复性和示值分辨力引入的分量相关，故标准不确定度取较大者,

pHi

因此，反应器PH探头测量过程引入的不确定度〃为：

WpHi=MpHi1=0.004pH

（2）pH溶液标准物质引入的不确定度〃pHS

pH溶液标准物质引入的不确定度包括标准物质本身量值的不确定度和温度时pH值

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影响的不确定度。

根据标准物质得知，pH溶液标准物质的扩展不确定度为：U=0.()lpH,k=20则标准

物质本身量值引入的标准不确定度为：

UpHsi=等=0.005pH

在不同温度下，pH标准物质的pH是不同的。硼砂为原料的pH标准溶液温度系数

最大，其可能引入的不确定度也最高，因而以硼砂为例计算温度对pH溶液标准物质影响

的不确定度。硼砂的pH值温度系数为0.009/C,贝I」：

upHs2=j(0.009x^)2+(0.009x^)2+(0.009x^)2=0.003pH

式中：

切——恒温水槽的均匀性，本例使用恒温水槽均匀性为±0.2℃；

治——恒温水槽的稳定性，木例使用恒温水槽稳定性为0.2℃；

MPE——温度探头测温的最大允许误差，本例中测温最大允许误差为().5℃。

因此，pH溶液标准物质引入的不确定度〃pHS为：

22

%HS=MpHS1+upHS2=0.006pH

E.2.5标准不确定度分量一览表

标准不确定度分量一览表见表E.4o

表E.4pH测量结果标准不确定度分量一览表

标准不确定度分量不确定度来源标准不确定度值(pH)

WpHipH测量过程引入0.004

WpHSpH溶液标准物质引入().006

E.2.6合成标准不确定度

由于标准不确定度分量之间相互独立，则pH测量的合成标准不确定度"pH为:

22

“pH=JwpHi+WPHS=0.008pH-0.01pH

E.2.7扩展不确定度

取H2,则仪器pH示值误差测量结果的扩展不确定度为：

UpH二%x〃pH=0.02pH

E.3溶解氧示值误差测量结果不确定度评定

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E.3.1测量方法

根据仪器操作方法对待测反应器的溶解氧传感探头进行测试、校准。根据实际需求

配制好饱和溶解氧水，使用仪器溶解氧探头对饱和溶氧水溶液进行测量。重复测量操作6

次，取平均值作为仪器示值结果，其与饱和溶氧水的理论值之差作为溶解氧示值误差。

E.3.2测量模型

AC=C-Cs

式中：

C——6次溶解氧测量平均值，mg/L；；

Cs―溶解氧标准值，mg/L；

AC---溶解氧示值误差，mg/Lo

E.3.3不确定度来源

依据上述测量模型，其不确定度来源主要包括以下2个方面：

（1）溶解氧测量过程引入的不确定度〃Ci

（2）饱和溶氧水溶液引入的不确定度〃cs

E.3.4标准不确定度分量计算

本示例中选取一台生物反应器，仪器运行至恒温稳定。使用仪器溶解氧探头进行测

量，按测量方法重复测量溶解氧结果，连续测量10次，测量结果见表E.5。

表E.5溶解氧测量结果（单位：mg/L）

测量次数12345678910

仪器示值8.238.258.328.318.288.278.318.318.258.26

（1）溶解氧测量过程引入的不确定度〃Ci

反应器溶解氧探头测量过程引入的不确定度包括测量重复性引入的不确定度和溶解

氧示值分辨力引入的不确定度。

根据测试数据，则：

S。=.吧,）2=0.032mg/L

实际测量过程中取6次重复，反应器pH探头测量重复性引入的标准不确定度wen：

Ucn=^=0.013mg/L

仪器溶解氧示值分辨力为0.01mg/L,区间半宽为0.005mg/L,按均匀性分布考虑,

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则其分辨力引入的标准不确定度3

uci2=赞=0.003mg/L

因仪器溶解氧探头测量重复性和示值分辨力引入的分量相关，故标准不确定度取较

大者，因此，反应器溶解氧探头测量过程引入的不确定度〃Ci为：

wci=wci1=0.013mg/L

(2)饱和溶氧水溶液引入的不确定度〃cs

在不同温度和大气压力下，饱和溶氧水的溶解氧浓度是不同的。饱和溶氧水引入的

不确定度来源主要包括饱和溶氧水发生装置的温度、大气压力。

根据溶解氧饱和浓度值表和内插法，本示例温度为25.0℃,大气压为100.5kPa,那

么该环境下温度变化每升高1℃引起溶解氧变化的最大系数为0.15mg/L/°C,大气压力每

升高().1kPa引起的溶解氧变化的系数为0.085mg/L/kPao本示例恒温水槽的均匀性为

±0.2℃,稳定性为0.2°C,温度测试最大允许误差为0.5C,空盒气压表的修正扩展不确

定度为UP=0.05kPa,k=2.各引入的不确定度变量不相关，则，本示例中饱和溶氧水引

入的不确定度ucs为:

ucs=J(0.15x部+(0.15x条++(0.15x等++(0.085x驮=0.047mg/L

式中：

切---恒温水槽的均匀性；

&—恒温水槽的稳定性；

MPE——温度探头测温的最大允许误差().5℃；

UP—气压修正不确定度。

E.3.5标准不确定度分量一览表

标准不确定度分量一览表见表R6.

表E.6溶解氧测量结果标准不确定度分量一览表

标准不确定度分量不确定度来源标准不确定度值(mg/L)

WCi溶解氧测量过程引入0.013

WCS饱和溶氧水溶液0.047

E.3.6合成标准不确定度

由于标准不确定度分显之间相互独立，则溶解氧测量的合成标准不确定度也为:

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3.+西二。。49mgM