元素分析儀測定丁腈橡膠中結(jié)合丙烯腈含量的不確定度評定

范國寧，韓 萍

（中國石油蘭州化工研究中心，甘肅 蘭州 730060）

元素分析儀測定丁腈橡膠中結(jié)合丙烯腈含量的不確定度評定

范國寧，韓 萍

（中國石油蘭州化工研究中心，甘肅 蘭州 730060）

對元素分析儀測定丁腈橡膠中結(jié)合丙烯腈的含量的不確定度進行了評定，討論了測試過程中由測量重復(fù)性、標準樣品、稱量等因素所帶來的不確定度分量，計算了測定中的合成標準不確定度及擴展不確定度。結(jié)果表明儀器的測試重復(fù)性引入的不確定度分量是不確定度的主要來源。當丁腈橡膠中結(jié)合丙烯腈含量為29.58%時,其擴展不確定度為0.18 %。

元素分析儀；丁腈橡膠；測量不確定度

丁腈橡膠是由丁二烯與丙烯腈共聚而制得的一種合成橡膠，是耐油(尤其是烷烴油)、耐老化性能較好的合成橡膠。結(jié)合丙烯腈含量是丁腈橡膠的一個重要特性參數(shù)，結(jié)合丙烯腈含量的多少直接影響丁腈橡膠的各種性能，如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）、溶解度參數(shù)（Sp）、耐溶劑的穩(wěn)定性、耐磨性和氣密性，耐寒性、物理機械性能等[1]。不確定度作為測量結(jié)果價值的度量尺度, 它是對測量結(jié)果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度, 是定量說明測量結(jié)果質(zhì)量的一個參數(shù)[2,3]。本文采用元素分析儀對丁腈橡膠中結(jié)合丙烯腈含量進行測定，并對測定過程中的不確定度進行了評定。

1 實驗方法

1.1 原材料

氨基苯磺酸：標準物質(zhì)，德國 MERCK 試劑公司生產(chǎn)。樣品：N41丁腈橡膠。

1.2 實驗條件

采用Elementar公司的Vario Micro CUBE型元素分析儀測定；燃燒爐溫度∶1 150 ℃；還原管溫度：850 ℃；TCD 檢測器；載氣為氦氣(純度為 99.996 %)，流速為120 mL/min；高純氧(純度為99.99 %)，流速為28 mL/min。

1.3 測試程序

樣品抽提 → 校準儀器 → 稱量樣品 → 測定N元素含量 → 計算結(jié)果

2 不確定度評定

2.1 N元素含量的不確定度評定

元素分析儀法測定丁腈橡膠中的結(jié)合丙烯腈是通過測定其中的N元素含量來計算結(jié)合丙烯腈含量，在整個過程中，測量不確定度的來源主要是N元素含量測試過程、稱量過程以及由于樣品的不均勻性帶來的不確定度。具體包括∶（1）元素分析儀測量重復(fù)性帶來的不確定度；（2）標準物質(zhì)氨基苯磺酸帶來的不確定度；（3）稱量過程帶來的不確定度。

2.1.1 元素分析儀N含量測定重復(fù)性帶來的不確定度

儀器測量重復(fù)性帶來的不確定屬于 A 類不確定度。采用實驗預(yù)評估方法對測試重復(fù)性帶來的不確定度進行評估.對對元素儀進行校正，以消除儀器狀態(tài)對測量的影響。在相同的實驗條件下，對標準物質(zhì)氨基苯磺酸的N元素含量進行9次測量，測定結(jié)果見表1。

應(yīng)用貝塞爾公式計算單次測量的標準偏差∶

在實際測試中采用3次測定的平均值作為檢測結(jié)果,因此,由測量重復(fù)性引入的標準不確定度分量μA如下∶

在進行測量之前，以平均值作為測量結(jié)果，則由測量重復(fù)性帶來的標準不確定度μA為∶

將數(shù)據(jù)帶入式(1),計算結(jié)果見表1。自由度νA=n-1=8。

2.1.2 標準物質(zhì)氨基苯磺酸帶來的不確定度四級

標準物質(zhì)氨基苯磺酸帶來的不確定度屬于 B類不確定度。標準物質(zhì)氨基苯磺酸中N元素含量為8.1%，其含量不確定度值為0.2%。按均勻分布處理[2,3]，則由氨基苯磺酸引起的N元素的標準不確一度μB1按（2）式計算∶

式中∶ μ 為標準物質(zhì)氨基苯磺酸N元素定值的不確定度；X為標準物質(zhì)氨基苯磺酸N元素測量平均值。自由度νB1= ∞，將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（2）式，計算所得由標準物氨基苯磺酸引起的標準不確定度為0.01%。

2.1.3 稱量過程帶來的不確定度

稱量過程帶來的不確定度屬于B 類不確定度。在試樣稱量過程中，使用的是Mettler MX5天平，其感量為0.001 mg，按照均勻分布處理，由其引入的標準不確定度此外，天平的最大允許差為±0.002 mg，按照均勻分布處理，由其引入的標準不確定度μml=0.002/3 =0.001 2。丁腈橡膠試樣的質(zhì)量為2.5 mg ,丁腈橡膠中N元素含量平均值為7.81%，由稱量誤差帶來的標準不確定度μB2可由（3）式計算∶ 自由度νB3=∞。

計算所得到有稱量過程帶來的不確定度分量為0.0042%。

2.2 測定丁腈橡膠結(jié)合丙烯腈含量的合成標準不確定度

采用元素分析儀法測定丁腈橡膠中結(jié)合丙烯腈含量的計算公式y(tǒng)=3.79CN，故其合成標準不確定度

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入（4）式，計算得到丁腈橡膠中結(jié)合丙烯腈含量測定的合成不確定度為0.09%。合成自由度

將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（5）式，計算得到合成自由

度為11 024。

表1 氨基苯磺酸中N元素含量測定結(jié)果（n=9）Table 1 Testing results of nitrogen content in aminobenzene sulfonic acid

2.3 丁腈橡膠中結(jié)合丙烯腈含量的擴展不確定度

取置信水平為95% ，查t分布臨界值表得丙烯腈含量測定的t值，取包含因子k =t0.95 (νeff)，則測定丁腈橡膠中結(jié)合丙烯腈含量的擴展不確定度U為U = k×μc=1.96×0.09%≈0.18%。故采用元素分析儀測定丁腈橡膠中結(jié)合丙烯腈含量表示為（29.58±0.18）%。

3 結(jié) 論

對N41丁腈橡膠中結(jié)合丙烯腈含量測量過程的不確定度進行了評定，其擴展不確定度小于0.18%。評定結(jié)果表明，標準樣品及樣品的不均勻性對測量不確定度的貢獻最大，稱量過程對不確定度的影響較小，可忽略。

［1］王林,賈德民,王小萍.NBR丙烯腈含量對NR/ BR/ NBR并用膠性能的影響[J].橡膠工業(yè)，2004，51：656-659.

［2］趙艷芬.,橡膠灰分測定不確定度的評定[J].橡膠科技市場,2012,13∶12 -13.

［3］李慎安，施昌彥，劉鳳. JJF 1059—1999 測量不確定度評定與表示［S］. 北京∶中國計量出版社，1999.

［4］韓永志.化學(xué)測量不確定度的估計和表示(上)[J]. 化工標準·計量·質(zhì)量,2001,1 ∶32-34.

［5］韓永志, 化學(xué)測量不確定度的估計和表示(下)[J]. 化工標準·計量·質(zhì)量,2001,2 ∶35-41.

Assessment of Uncertainty in Measurement of Bound Acrylonitrile Content by Elemental Analyzer

FAN Guo-ning, HAN Ping
（PetroChina Lanzhou Petrochemical Research Center, Gansu Lanzhou 730060, China ）

The uncertainty of determining bound acrylonitrile content in acrylonitrile-butadiene rubber was assessed. The uncertainty components of testing repeatability, standard sample and weighing were discussed. The combined standard uncertainty and expanded uncertainty were calculated. The results indicate that the expand uncertainty is 0.18% when the bound acrylonitrile content is 29.58%.

elemental analyzer; acrylonitrile-butadiene rubber; uncertainty of measurement

TQ 330

A

1671-0460（2015）09-2177-02

2015-04-16

范國寧（1980-），男，陜西咸陽人，工程師，2006年畢業(yè)于西北大學(xué)分析化學(xué)專業(yè)，從事儀器分析研究工作。E-mail：fanguoning@petrochina.com。