上次我們就國內標準討論了移液管與移液器的精度孰優孰劣（文章鏈接： ）。但是並未涉及到移液管與移液器結構及原理對於實際使用時精度的影響，本文我們將結合實例討論移液管與移液器的結構及吸液原理對於實際使用時的精度影響。相信閱讀完本文，小夥伴會對移液管與移液器的精度對比有更深入地理解。
首先，我們要知道移液管與移液器按照各自的計量標準（JJG 196與JJG 646）標定（校準）的方法是完全一樣的，即使用稱重法對移液體積進行標定。
標定的操作大致描述如下：
1、在恆溫恆溼環境下，將稱量容器在分析天平上去皮；
2、吸取標稱量程（即最大量程）的蒸餾水，注入稱量容器稱重得到排出蒸餾水的重量Δm；
3、 在對應水溫下將蒸餾水的重量Δm使用水的Kt值換算成體積，即V=Kt*Δm。Kt值的公式可以查看相應的計量標準。從公式中可以知道Kt值的主要影響因素為水的密度。
其次，從測量方法上來看，移液管與移液器標定體積的方式幾乎是完全一樣的，如果標稱精度一致，真實操作蒸餾水以外的液體時精度表現是否完全一致呢？答案是否定的。
為了理解這一點我們需要知道移液管和移液器的結構與吸液原理的差異。
移液管（左）與移液器（右）的定體積原理的差異
移液管為簡單的物理結構，一般為玻璃材質，以刻度確定體積。標定對應體積的對應刻度時，採取的方法即上述校準方法，對應體積的蒸餾水對應的質量是一定的，那麼如果吸液後排出的蒸餾水的質量是“正確的“，代表吸液後排出蒸餾水的體積是”正確的（達到了標稱值所允許的誤差範圍以內）“，那麼吸液時蒸餾水所在凹液麵的最低點所代表的吸液體積是”正確的“，這個點也就是相應體積的刻度所在。一旦這個點確定了，就物理地確定了移液管內部的容積，這個容積之後幾乎不隨外部因素，比如液體密度，氣壓等因素變化而變化。
通常意義上的移液器為空氣活塞式移液器，當移動移液按鈕時，內部的活塞位置發生變化，進而產生負壓，從而將液體吸入吸頭內。吸液體積的確定是由內外壓差和一系列其他的因素決定的，但是主要決定因素是內外壓差。當標定時，如果吸取的蒸餾水排出後的質量是“正確的“（稱重法），代表吸液後排出的蒸餾水的體積是“正確的（達到了標稱值所允許的誤差範圍以內）”，那麼代表了吸液的體積是“正確的”。因此，用蒸餾水確定了一把移液器的移液體積時，實際確定的是移液器內外壓差以及一系列其他因素的綜合作用正好能夠吸取正確體積的蒸餾水。
這時，就很好理解，移液器在吸取不同類型液體，以及在不同環境條件下時，表現會有明顯的不同。比如當環境條件沒有變化，即壓差是恆定的情況下，如果液體的密度不同於蒸餾水，即同等體積液體的質量不同於蒸餾水時，為了平衡內外壓力，必然吸液的體積會有所不同。我們舉個不太嚴謹的栗子來驗證這一點。看一下結果如何？
實驗部分
1、儀器與試劑
（1）儀器
- 使用10 mL刻度移液管一支；
- 10 mL移液器一支；
- HandStep® Touch電子連續分液器一支；
- 移取75%的乙醇排至同一個10 mL A級容量瓶。
注：所有儀器均來自於德國BRAND，如圖1所示。
圖1 從左至右分別為BLAUBRAND®刻度移液管（左一），Transferpette® S移液器（左二），HandStep® Touch電子連續分液器（右二），BLAUBRAND®容量瓶（右一）
（2）試劑
- 75% 乙醇。
2、實驗步驟
步驟一、為了減少乙醇蒸發對實驗的影響，製造合適實驗環境。
我們把整個實驗環境用塑料檯布罩住，如圖2所示，並將75%乙醇倒在燒杯中置於測試環境超過2個小時以儘可能飽和環境中乙醇的分壓，降低操作時乙醇的蒸發速率。
圖2 實驗環境
步驟二，對比用移液管（左）和移液器（右）分別吸取10 mL 75% 乙醇排入同一個容量瓶，如圖3所示。
從圖3可以看出，在相同條件下，吸取10 mL 75%乙醇排入同一個容量瓶，移液器比移液管明顯多一些。我們知道乙醇的密度低於蒸餾水，即乙醇比水輕。因此在移液器內外壓差一定的情況下，吸取乙醇的體積會比吸取水的體積更多。而移液管標定時直接標記的就是體積，因此，移液管吸取乙醇並排出之後的體積相比水的差異非常之少。排入容量瓶之後的結果驗證了這一點。當然，由於乙醇的高揮發性，以及其他影響移液器吸液的因素存在，乙醇相比水的密度差異並不是完全按比例體現在移取體積差異上。
圖3 用移液管（左）和移液器（右）分別吸取的10 ml 乙醇結果對比
從上面的分析和實例來看，移液管確定體積的原理更直接，因此一般來說在相同標稱精度之下，移液管相對移液器會有更優的實際移液精度表現。當然，影響移液管和移液器移液精度的因素有很多，我們並不能一概而論地說在任何情況下對於任何液體，標稱精度相同的移液管實際移液精度表現都優於移液器。
我們上面比較的移液器為實驗室最常見的空氣活塞式移液器。然而，還有另外一種移液器類別——外置活塞移液器。從吸液排液原理上來說，外置活塞移液器在移取高揮發，高粘度的液體時，表現會優於空氣活塞式移液器。我們在進行本次比對實驗時，結合移液管與空氣活塞式移液器的實驗結果，也使用了外置活塞原理的HandyStep Touch的移液模式做了一個比對。
步驟三、HandyStep® Touch配合10 mL PD吸頭吸取10 mL 75% 乙醇排入一個10 mL A 級容量瓶，結果如圖4所示。
圖4 使用HandyStep® Touch配合10 mL PD吸頭移取10 mL 乙醇結果
結果表明，精度表現優於同量程的空氣活塞式移液器。
誠然，移液器的量取範圍更小，移液器的使用更為便捷，移液器的移液方式也更易於掌握，但是不可忽視的是移液器不論在精度定義還是在實際工作表現中，都不能完全與移液管相提並論。當然，提高移液器移液精度還有很多辦法，比如使用低吸附吸頭，比如就不同液體對於移液器進行再校準，比如使用外置活塞移液器。但是，總體而言，移液器的優勢更多地體現在方便性與更小的量取範圍上。
在實際工作中，應該根據實際的工作需要來決定使用移液管還是移液器進行液體的量取，如果是精度不能妥協的實驗，恐怕移液管，尤其是胖肚移液管是不二之選，反之，實驗速度與效率如果是優先考慮的要素，則移液器當仁不讓。
通過兩篇短文對於移液管於移液器的精度比較進行了再一次討論。希望此番“小題大做”，能對廣大實驗工作者對於兩者精度的理解有所幫助。
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關於德國BRAND
本文來自於德國BRAND資深產品經理。BRAND GMBH + CO KG是德國玻璃與塑料體積量具與移液設備的領導品牌，自1998年起被授予德國計量校準服務（DKD,現更名為DAkks）資質，在小容量（0.1 μL – 10 L）校準技術方面具有數十年的經驗。如果對於文章內容或者文章外關於玻璃與塑料體積量具以及移液產品的使用或者計量知識有興趣的，可以聯絡BRAND中國分公司普蘭德（上海）貿易有限公司，作者及作者的同事很樂意就相關問題與您開展探討。聯繫方式:021-64222318,或者[email protected]。
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