煤質(zhì)分析中的誤差控制研究

王亞楠

摘 要：煤作為一種成分較為復(fù)雜的固體可燃物，因組成物質(zhì)和形成條件的不同，其性質(zhì)呈現(xiàn)出極大的差異。為了對(duì)煤的組成成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，掌握煤炭的性質(zhì)和煤質(zhì)變化的規(guī)律，需要對(duì)煤質(zhì)進(jìn)行分析，而煤化工行業(yè)，除了要對(duì)煤樣進(jìn)行分析之外，也需要對(duì)加工產(chǎn)品的成分和品質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)分析。在煤質(zhì)分析中，需要針對(duì)煤炭生產(chǎn)的實(shí)際，建立起快速的分析機(jī)制，進(jìn)一步保障煤樣和制成品的品質(zhì)。由于煤樣來源和組成存在巨大的差異性，為了增強(qiáng)化驗(yàn)分析的一致性，各個(gè)國家對(duì)煤質(zhì)分析的程序、方法、指標(biāo)等進(jìn)行了要求，我國也公布了與煤質(zhì)分析試驗(yàn)有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。該文將對(duì)煤炭分析的流程，導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的系統(tǒng)因素和偶然因素進(jìn)行分析、討論，并結(jié)合這些原因的分析，提出降低誤差的對(duì)策，包括設(shè)備和儀器的校準(zhǔn)、操作方法的優(yōu)化、外部條件的控制等，以期能夠通過誤差因素的分析和控制，為提升煤質(zhì)分析精度、降低測(cè)量誤差提出恰當(dāng)?shù)慕ㄗh。

關(guān)鍵詞：煤質(zhì)分析 化驗(yàn)步驟 誤差控制

中圖分類號(hào)：P618.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（c）-0216-02

煤作為一種成分復(fù)雜的固體可燃物，受原始物質(zhì)和形成環(huán)境的不同，其性質(zhì)呈現(xiàn)出極大的差異。為了對(duì)煤的組成成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，掌握煤炭的性質(zhì)和煤質(zhì)變化的規(guī)律，需要對(duì)煤質(zhì)進(jìn)行深入的分析，以獲取煤炭分析的相關(guān)指標(biāo)和品質(zhì)狀況。而煤化工行業(yè)，除了要對(duì)煤樣進(jìn)行分析之外，也需要對(duì)加工產(chǎn)品的成分和品質(zhì)開化驗(yàn)分析。在實(shí)際的煤質(zhì)分析中，需要針對(duì)煤炭生產(chǎn)的實(shí)際，建立快速的煤質(zhì)化驗(yàn)和分析體系，進(jìn)一步保障煤樣和制成品的品質(zhì)。通過對(duì)煤樣和相關(guān)制成品的指標(biāo)參數(shù)的測(cè)試，能夠明確其品質(zhì)水平和質(zhì)量狀況，有利于更合理地使用煤炭資源，提高經(jīng)濟(jì)效益。該文將結(jié)合煤質(zhì)分析的具體流程，對(duì)影響煤質(zhì)分析誤差的主要因素進(jìn)行分析，并針對(duì)這些因素找出應(yīng)對(duì)之策，提升煤質(zhì)分析的準(zhǔn)確度和誤差控制能力。

1 煤質(zhì)分析的流程

煤在工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，不同的用煤設(shè)備和工藝流程，對(duì)于煤質(zhì)的要求是不同的。

在對(duì)煤質(zhì)進(jìn)行分析時(shí)，需要能夠準(zhǔn)確反映分析對(duì)象的特性，并依據(jù)這些特性對(duì)不同的樣品進(jìn)行合理分類。在試驗(yàn)方法的選擇上，應(yīng)當(dāng)在保證準(zhǔn)確度的前提下，滿足可重復(fù)、易驗(yàn)證的要求。在試驗(yàn)方法的選擇上，應(yīng)當(dāng)簡便易行，采用標(biāo)準(zhǔn)化的方式開展工作。當(dāng)然，煤質(zhì)的化驗(yàn)工作除了上述基本要求外，考慮到煤質(zhì)成分復(fù)雜、可變性高，對(duì)其成分和性質(zhì)進(jìn)行分析時(shí)，需要對(duì)試驗(yàn)方法進(jìn)行規(guī)定、對(duì)樣品按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)處理，結(jié)合不同的組成成分和性質(zhì)，確定檢測(cè)方法。煤炭來源和組成的復(fù)雜性和用途的多樣性，也對(duì)煤質(zhì)分析的標(biāo)準(zhǔn)提出了一定的要求。不同的化驗(yàn)方法需要在統(tǒng)一的、可衡量的標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行，不易產(chǎn)生誤解，也有利于分析結(jié)果的使用。為了增強(qiáng)化驗(yàn)分析的一致性，各個(gè)國家對(duì)煤質(zhì)分析的程序和方法、指標(biāo)等進(jìn)行了要求，我國也公布了與煤質(zhì)分析試驗(yàn)有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。這一標(biāo)準(zhǔn)從煤炭樣本測(cè)定、試劑選擇、結(jié)果的計(jì)算和表達(dá)等方面，都做出了嚴(yán)格統(tǒng)一的規(guī)定，下面將對(duì)煤質(zhì)分析中的主要內(nèi)容進(jìn)行介紹和分析。

1.1 煤樣

煤樣是指為確定煤的性質(zhì)，按照要求的方法提取具有較強(qiáng)代表性的試樣，通過大批量煤炭產(chǎn)品中的煤樣選擇，能夠?qū)Υ硇缘臉悠烽_展實(shí)驗(yàn)，得出這批煤炭的平均指標(biāo)，在煤樣的選擇上，要按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，開展采樣和樣品制作以及分析化驗(yàn)工作，得出在需要分析化驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)。在煤質(zhì)分析工作中，由于煤炭本身所具有的特性及不同分析指標(biāo)要求的差異，對(duì)于煤樣的選擇具有不同的要求，需要對(duì)煤炭的采樣和制備采取嚴(yán)格的程序和方法。

1.2 測(cè)定

在對(duì)煤質(zhì)分析的測(cè)定環(huán)節(jié)，除專門要求外，通常每項(xiàng)分析試驗(yàn)要進(jìn)行兩次測(cè)定。兩次測(cè)值的差如不超過規(guī)定限度即同一化驗(yàn)室允許誤差“T”，則取算術(shù)平均值作為測(cè)定結(jié)果，否則須進(jìn)行第3次測(cè)定；如3次測(cè)值的極差小于1.2T，則取3次測(cè)值的算術(shù)平均值作為測(cè)定結(jié)果，否則須進(jìn)行第4次測(cè)定；如4次測(cè)值的極差小于1.3T，則取4次測(cè)值的算術(shù)平均值作為結(jié)果；如極差大于1.3T，而其中3個(gè)測(cè)值的極差小于1.2T，則可取3個(gè)測(cè)值的算術(shù)平均值作為結(jié)果。如果上述條件沒有實(shí)現(xiàn)，就應(yīng)當(dāng)對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行舍棄，在檢查儀器、操作方法后，進(jìn)行再一次測(cè)定。

1.3 試劑

化學(xué)試劑可以分為化學(xué)純?cè)噭⒎治黾冊(cè)噭?、?yōu)級(jí)純?cè)噭┖突鶞?zhǔn)試劑。在煤質(zhì)化驗(yàn)過程中，多使用分析純?cè)噭挥袑?duì)純度要求不高的情況下，才使用化學(xué)春實(shí)際。煤質(zhì)分析工作中對(duì)水的要求較高，需要使用蒸餾水或同等純度的水。

1.4 溶液

此處的溶液，除非另外說明，通常指的是水溶液，用物質(zhì)的量濃度或是百分比濃度加以表示。

1.5 測(cè)定方法的精密度

這一指標(biāo)可以使用重復(fù)性和再現(xiàn)性進(jìn)行表示。重復(fù)性指的是在同一化驗(yàn)室中的試驗(yàn)允許誤差。重復(fù)性這一指標(biāo)通過在實(shí)驗(yàn)室、操作者、操作儀器、煤樣都相同的條件下，測(cè)得結(jié)果的差值（在95%概率下）的臨界值進(jìn)行表示。再現(xiàn)性指的是在不同的化驗(yàn)室中開展實(shí)驗(yàn)存在的允許誤差。具體含義指的是，在不同的化驗(yàn)室中，對(duì)具有代表性的煤樣進(jìn)行重復(fù)測(cè)定得出的平均值差值（給定的概率）的臨界值。

1.6 結(jié)果計(jì)算和表達(dá)

測(cè)定結(jié)果通常用四舍五入的方式進(jìn)行調(diào)整。凡末位有效數(shù)后邊的第一位數(shù)字大于5則在其前一位上增加1，小于5則舍去；凡末位有效數(shù)后邊的第一位數(shù)等于5，而5后面的數(shù)字并非全部為零，則在5前一位數(shù)上增加1；如5后面的數(shù)字全部為零時(shí)，而5前面一位數(shù)為奇數(shù)，則在5的前一位數(shù)上加1；如前一位為偶數(shù)時(shí)（包括零），則將5舍去。

2 誤差產(chǎn)生的原因

現(xiàn)代化儀器和技術(shù)在當(dāng)前的煤質(zhì)分析中得到了廣泛的應(yīng)用，化驗(yàn)精度也有了很大提升，但是，在日常工作中，由于儀器和設(shè)備的操作使用，往往需要由化驗(yàn)人員來實(shí)際操作。儀器和化學(xué)用品的使用，煤樣和相關(guān)試劑的稱量、熔樣、溶解和分離，進(jìn)而得出測(cè)定結(jié)果。

在這一過程中，存在著很大的人為誤差。即便是熟練程度較高的化驗(yàn)工作人員，在使用精度最高的檢驗(yàn)儀器，試劑也選用純度最高的類型，也會(huì)受到多方面的限制而出現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的偏差。這種限制包括測(cè)量儀器的準(zhǔn)確程度、人自身感覺器官的局限性、試劑純度的相對(duì)性等方面。這種限制造成的結(jié)果偏差可以看做是測(cè)定的誤差。

誤差的產(chǎn)生主要分為兩類，一類是系統(tǒng)誤差，一類是偶然誤差，下面就這兩種類型的誤差進(jìn)行形成原因的分析。

2.1 系統(tǒng)誤差

系統(tǒng)誤差有著固定的原因，誤差數(shù)值上也具有一定的規(guī)律，通常接近于某個(gè)數(shù)值，并且通常多次出現(xiàn)。

導(dǎo)致系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因主要有三個(gè)類別：一是儀器方面的不足。比如在砝碼稱量前沒有進(jìn)行校正，分析天平的兩臂長度沒有進(jìn)行校準(zhǔn)，滴定管在使用前沒有進(jìn)行及時(shí)的校正，這些儀器方面的不足會(huì)導(dǎo)致比較明顯的系統(tǒng)誤差。二是試劑的純度不高或是使用方法不當(dāng)。如果出現(xiàn)試劑不純、蒸餾水含有雜質(zhì)等問題，可能會(huì)你使誤差表現(xiàn)出某種一致性。三是測(cè)量方法不當(dāng)。在酸堿滴定操作中，等當(dāng)點(diǎn)和終點(diǎn)不一致也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)系統(tǒng)誤差。

2.2 偶然誤差

偶然誤差受不確定因素的影響，其數(shù)值是可變的、不確定的，在多次測(cè)量中，可能會(huì)出現(xiàn)或大或小，或正或負(fù)的情況。這種誤差呈現(xiàn)出較低的規(guī)律性，也無法像系統(tǒng)誤差一樣多次重復(fù)出現(xiàn)。偶然誤差在數(shù)值分布上，也有一定的特點(diǎn)。誤差較大的情況屬于少數(shù)情況，誤差較小的情況屬于多數(shù)情況，出現(xiàn)正負(fù)誤差的幾率幾乎是相等的。導(dǎo)致偶然誤差出現(xiàn)的原因主要有兩方面：一是操作人員的工作疏忽。比如在讀取相關(guān)讀數(shù)時(shí)，對(duì)于最后一位數(shù)字可能是根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)估計(jì)的，在進(jìn)行多次估計(jì)時(shí)，可能存在誤差。二是意外因素的變化。比如，在試驗(yàn)過程中，受到溫度、電流等因素的變化影響，結(jié)果也會(huì)呈現(xiàn)出一些偏差，這些偏差有些是人無法感知的、也難以進(jìn)行絕對(duì)的控制，這些偏差也可以看做是偶然偏差。

3 減小誤差的方法

通過對(duì)煤質(zhì)分析誤差產(chǎn)生的原因的分析，就可以采取對(duì)應(yīng)的措施減小可能產(chǎn)生的誤差。

3.1 系統(tǒng)誤差

系統(tǒng)誤差主要是由儀器設(shè)備和試劑選用、測(cè)量方法等導(dǎo)致的，給我們的啟示是，在開展煤質(zhì)分析的試驗(yàn)時(shí)，需要這些因素進(jìn)行考慮和校正。比如，化驗(yàn)中用到的天平砝碼、天平臂長等因素，需要進(jìn)行定期的鑒定、測(cè)試和校準(zhǔn)，以準(zhǔn)確了解儀器的工作狀況，確保其在使用時(shí)符合要求。在試劑的選擇上，要使用分析純?cè)噭?，?duì)容器進(jìn)行提前清潔、保證蒸餾水的質(zhì)量和純度。在測(cè)量方法的選擇上要更加科學(xué)和規(guī)范，比如在酸堿滴定試驗(yàn)中，不同的指示劑代表著不同的重點(diǎn)，如何使滴定終點(diǎn)盡可能和等當(dāng)點(diǎn)一致就是一個(gè)需要研究的重要問題，在這對(duì)指示劑的使用提出了較高要求。在實(shí)際的試驗(yàn)中，通過多次調(diào)整和摸索，找出pH值變色范圍和等當(dāng)點(diǎn)pH比較接近的指示劑能夠較好地減少滴定環(huán)節(jié)可能產(chǎn)生的誤差。

3.2 偶然誤差

煤炭自身存在著很高的差異性，不同的檢測(cè)指標(biāo)也對(duì)采樣要求有著很高的差異。在獲得具有代表的煤樣和得出較為準(zhǔn)確的煤質(zhì)分析結(jié)果時(shí)，應(yīng)當(dāng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)要求開展煤樣采制、和化驗(yàn)，保證煤樣的均勻、重量合適、沒有遺漏點(diǎn)。

煤作為一種吸濕性物質(zhì)，受到環(huán)境和空氣中水分含量的巨大影響。試驗(yàn)中煤樣的重量和品質(zhì)也受到水分的顯著影響。在進(jìn)行煤質(zhì)分析時(shí)，除非有專門要求，通常煤質(zhì)分析中采用的煤樣都需要進(jìn)行破碎和所分處理，保存在干燥的環(huán)境中。為了保持對(duì)空氣濕度處理的一致性，實(shí)現(xiàn)煤質(zhì)分析結(jié)果的穩(wěn)定性，要在對(duì)煤質(zhì)分析指標(biāo)（灰分、揮發(fā)分、元素分析、發(fā)熱量）進(jìn)行分析時(shí)，對(duì)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行測(cè)定，確保指標(biāo)測(cè)值的準(zhǔn)確性。如果無法實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)定，需要在水分不發(fā)生明顯變化的時(shí)間限度內(nèi)進(jìn)行測(cè)定。

在煤樣制作完畢后，要放置在嚴(yán)密的容器中，要使用帶有玻璃塞或是塑料塞的玻璃瓶。稱量前，對(duì)煤樣進(jìn)行混勻處理，按照規(guī)定稱取和試驗(yàn)。當(dāng)前，現(xiàn)代化儀器的廣泛應(yīng)用，使很多分析步驟更加自動(dòng)化，但仍然存在需要人為估計(jì)的環(huán)節(jié)。比如，在對(duì)滴管進(jìn)行讀數(shù)時(shí)，可能存在主觀因素導(dǎo)致的誤差，這就要求操作人員能夠按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來讀數(shù)，盡可能減少主觀因素造成的誤差。

由外部環(huán)境變化以及操作設(shè)備的電流和電壓不穩(wěn)定等意外因素造成的偶然誤差，可以采用化驗(yàn)環(huán)境優(yōu)化的方式盡量減小。比如，要使化驗(yàn)室處于相對(duì)封閉的環(huán)境，在設(shè)備選擇上和化驗(yàn)環(huán)境的控制上處于更加恒定的狀態(tài)，溫度和濕度保持穩(wěn)定，能夠盡可能減小誤差。在偶然誤差的處理上，可以使用多次測(cè)定的方式，使絕對(duì)值正負(fù)號(hào)出現(xiàn)機(jī)會(huì)相同，使用平行測(cè)定的方法，使誤差越來越小。

4 結(jié)語

在煤質(zhì)分析和化驗(yàn)工作中，需要對(duì)誤差進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?。?zhǔn)確度就成了誤差控制能力的一種體現(xiàn)。通常準(zhǔn)確度被定義為測(cè)定值與真實(shí)值之間的符合程度。要想在化驗(yàn)分析中獲得較高的準(zhǔn)確度，就要對(duì)系統(tǒng)誤差和偶然誤差進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶幚?，使系統(tǒng)誤差降到最低程度，并盡可能減小偶然誤差，這兩方面的努力，可以有效地減小煤質(zhì)分析中的誤差數(shù)值?？紤]到煤炭的特殊性，在選用煤炭化驗(yàn)分析方法時(shí)，也有著很高的規(guī)范要求。盡管測(cè)定步驟中存在人為操作、外部環(huán)境變化、儀器設(shè)備精度控制誤差等方面條件的制約，但是只要煤質(zhì)分析的操作人員能夠認(rèn)真學(xué)習(xí)操作技術(shù)、遵照國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開展工作，就可以在不斷摸索和提高中，獲得符合實(shí)際情況的分析結(jié)果，也能夠作為評(píng)價(jià)煤樣和制成品品質(zhì)的重要依據(jù)。在實(shí)際工作中，煤質(zhì)化驗(yàn)分析的工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)于結(jié)果進(jìn)行深入分析，找出導(dǎo)致誤差的可能原因，加以糾正，將煤質(zhì)化驗(yàn)分析中的誤差降至最低。

參考文獻(xiàn)

[1] 李英華.煤質(zhì)分析應(yīng)用技術(shù)指南[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[2] 楊金和，陳文敏，段云龍.煤炭化驗(yàn)手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.

[3] 武曉娟.淺析如何減小煤質(zhì)分析中的誤差[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2006，16（7）：286-287.