濕加工紡織品水萃取液pH值測定不確定度分析

陳璐，駱迎華，黃志斌，季學(xué)海，李世宇，韓瑩瑩

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海200040）

濕加工紡織品水萃取液pH值測定不確定度分析

陳璐，駱迎華，黃志斌，季學(xué)海，李世宇，韓瑩瑩

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海200040）

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)AATCC Test Method 81—2014《pH of the Water-Extract from Wet Processed Textiles》中提供的紡織品pH值的檢測方法，分析研究檢測pH時(shí)的影響因素及其對不確定度的影響。結(jié)果表明，影響不確定度的主要因素為重復(fù)性（40.07%）、萃取液體積（23.62%）和溫度（19.78%）。試驗(yàn)在置信概率為95%時(shí)，不確定度為6.8±0.2。

紡織品；檢測；不確定度

0　引言

紡織品在生產(chǎn)加工中需要使用不同的化學(xué)助劑和染料等，導(dǎo)致紡織品具有不同的酸堿度，從而產(chǎn)生不同的pH值。人類身體皮膚表面具有保護(hù)人體健康的保護(hù)層呈弱酸性。因此，在紡織品加工過程中如果未水洗中和至人體皮膚適宜的酸堿度（偏酸或偏堿），那么紡織品在使用過程中將導(dǎo)致人體皮膚瘙癢、皮炎、肌膚抵抗力下降等疾?。?-7］。

紡織品pH值是我國強(qiáng)制性指標(biāo)GB 18401—2010《國家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》中重要的生態(tài)考核指標(biāo)之一，也是各個(gè)質(zhì)量監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)重點(diǎn)監(jiān)督的指標(biāo)，日益受到紡織品服裝等生產(chǎn)企業(yè)的關(guān)注。pH值已作為世界各國對紡織品質(zhì)量進(jìn)行評定和監(jiān)控時(shí)的一個(gè)重要指標(biāo)。因此了解pH值測定方法及不同測定方法帶來的不確定度，對于試驗(yàn)測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性具有十分重要的意義。

1　試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)原理

試驗(yàn)按照AATCC Test Method 81—2014《pH of the Water-Extract from Wet Processed Textiles》進(jìn)行。試樣在三級水中煮沸，將影響pH值的化學(xué)物質(zhì)從紡織試樣中分離出來，收集為水萃取物，待水萃取液冷卻至室溫時(shí)測定其pH值。

1.2儀器與試劑

儀器METTLERTOLEDOpH計(jì)，電爐，MP200B電子天平，400 mL玻璃燒杯，500 mL量筒。

試劑三級水，鄰苯二甲酸氫鉀緩沖溶液（25℃，pH 4.00），混合磷酸鹽緩沖溶液（25℃，pH 6.86），硼砂緩沖溶液（25℃，pH 9.18）。

2　建立數(shù)學(xué)模型

參照標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 3776—96（Reapproved 2002）《Standard Test Method for Mass Per Unit Area （Weight）of Fabric》，根據(jù)pH值的物理學(xué)定義及其遵循能斯特（NERNST）公式，可得到pH計(jì)算公式為：

式中：H+——水萃取液中氫離子濃度/ （mol·L-1）

E——水萃取液電動(dòng)勢/V

E0——緩沖溶液電動(dòng)勢/V

n——離子帶電量（對于H+，n=1）

F——Faraday常數(shù)（96 485 C·mol-1）

R——摩爾氣體常數(shù)/［8.3145J/（mol·K）］

T——熱力學(xué)溫度/K

3　不確定度分析

3.1不確定度來源分析匯總圖［6］

3.2不確定度來源

測量不確定度的主要來源有萃取液體積產(chǎn)生的不確定度、試樣質(zhì)量產(chǎn)生的不確定度、數(shù)值修約產(chǎn)生的不確定度、重復(fù)性產(chǎn)生的不確定度、液體溫度產(chǎn)生的不確定度、pH計(jì)標(biāo)定產(chǎn)生的不確定度和pH計(jì)產(chǎn)生的不確定度。其中萃取液體積產(chǎn)生的不確定度主要包括量筒體積產(chǎn)生的不確定度、量筒校準(zhǔn)溫度產(chǎn)生的不確定度和萃取液體積產(chǎn)生的不確定度，pH計(jì)產(chǎn)生的不確定度主要包括pH計(jì)校準(zhǔn)產(chǎn)生的不確定度和pH計(jì)分辨率產(chǎn)生的不確定度。

4　不確定度評定

4.1試驗(yàn)過程產(chǎn)生的不確定度

4.1.1萃取液體積產(chǎn)生的不確定度u1

試樣萃取液體積產(chǎn)生的不確定度主要由量筒體積和溫度的校準(zhǔn)值組成。

（1）試驗(yàn)測試為250 mL三級水，所用500 mL量筒經(jīng)檢定，其最大允差為±1.5 mL，按均勻分布計(jì)算，得到量筒校準(zhǔn)不確定度分量為：

自由度vcal1為∞。

（2）經(jīng)查量筒的校準(zhǔn)溫度為21℃，且三級水的熱脹冷縮膨脹系數(shù)為2.1×10-4/K，實(shí)驗(yàn)室的室溫為（20±10）℃，由于溫差影響是均勻的，根據(jù)均勻分布，則溫度對水體積產(chǎn)生的不確定度分量為：

自由度vt1為∞。

（3）萃取液體積產(chǎn)生的不確定度為：

則相對不確定度可計(jì)算得到：

自由度v1為∞。

4.1.2樣品質(zhì)量產(chǎn)生的不確定度u2

試驗(yàn)用的電子天平擴(kuò)展不確定度為0.000 2 g，k=2，經(jīng)推導(dǎo)計(jì)算得到天平的不確定度為：

使用天平時(shí)的相對不確定度為：

自由度為v2為∞。

4.1.3數(shù)值修約產(chǎn)生的不確定度u3

根據(jù)AATCC Test Method 81—2014的要求，將結(jié)果修約至0.1，數(shù)字修約不確定度分量按均勻分布計(jì)算，得到結(jié)果為：

其所對應(yīng)的相對不確定度為：

自由度v3為∞。

4.1.4重復(fù)性產(chǎn)生的不確定度u4

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析是基于AATCC 81—2014給出的方法進(jìn)行的，因而不考慮方法本身存在的誤差。但在分析不確定度的過程中，需要充分考慮與試驗(yàn)操作有關(guān)因素，如試樣本身的均勻性、三級水的電導(dǎo)率及pH值、萃取時(shí)的煮沸時(shí)間與煮沸速度、試驗(yàn)操作人員等所帶來的不確定度分量。在實(shí)際分析操作過程中，上述不確定度分量的影響很難推導(dǎo)計(jì)算，在這種情況下，以實(shí)際試樣經(jīng)重復(fù)測試得到的隨機(jī)效應(yīng)產(chǎn)生的不確定度來替代試驗(yàn)操作過程中帶來的不確定度的總和，所測結(jié)果見表1。

表1　pH重復(fù)測量數(shù)據(jù)

由表1可計(jì)算得：

相對不確定度為：

自由度v4為9。

4.1.5液體溫度產(chǎn)生的不確定u5

使用METTLER ROLEDO pH計(jì)測試萃取液的pH值，且該pH計(jì)本身可測試萃取液的溫度，具有溫度補(bǔ)償功能。所以液體溫度產(chǎn)生的不確定度由pH計(jì)的溫度模塊中校準(zhǔn)以及分辨率產(chǎn)生的兩部分不確定度分量組成。

（1）由該pH計(jì)的儀器參數(shù)可知，其溫度模塊給出的溫度的最大允差為±0.1℃，按均勻分布得到該pH計(jì)校準(zhǔn)不確定度分量為：

自由度vcal5為∞。

（2）由參數(shù)可知，該pH計(jì)自帶溫度識別的分辨率為0.1℃，溫度對不確定度影響服從均勻分布，則得到溫度計(jì)分辨率產(chǎn)生的不確定度如下：

自由度vres5為∞。

（3）結(jié)合上述結(jié)果，液體溫度產(chǎn)生的不確定度為：

試驗(yàn)過程中環(huán)境溫度為21℃，那么，

自由度v5為∞。

4.1.6pH計(jì)標(biāo)定產(chǎn)生的不確定度u6

pH計(jì)標(biāo)定產(chǎn)生的不確定度主要由緩沖溶液即標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（4.00、6.86、9.18）的不確定度引起，其擴(kuò)展不確定度均為0.01，其中包含因子k=3，那么緩沖溶液的不確定度分別為：

由于pH計(jì)的校準(zhǔn)依靠以上三種緩沖溶液，則計(jì)算其合成不確定度：

相對不確定度為：

自由度v6為∞。

4.1.7pH計(jì)產(chǎn)生的不確定度u7

試驗(yàn)用pH計(jì)的不確定度分別由該儀器的校準(zhǔn)和分辨率不確定度分量組成。

（1）本測試用pH計(jì)的最大允差為±0.002，根據(jù)均勻分布計(jì)算，其校準(zhǔn)不確定度：

自由度vcal7為∞。

（2）本測試用pH計(jì)的分辨率為0.001 pH，根據(jù)均勻分布，其對應(yīng)的不確定度分量為：

自由度vres7為∞。

（3）由上述（1）和（2）兩種不確定度分量可計(jì)算得到，pH計(jì)產(chǎn)生的不確定度：

其產(chǎn)生的相對不確定度為：

自由度v7為∞。

4.1.8合成不確定度urel s

根據(jù)各個(gè)相對不確定度的分量，計(jì)算得到影響pH測定的合成不確定度為：

4.2擴(kuò)展不確定度

4.2.1有效自由度veff

4.2.2擴(kuò)展不確定度

當(dāng)置信度為95%，有效自由度26，由t分布可得到k=2.056，則可計(jì)算此時(shí)的擴(kuò)展不確定度：

4.2.3分析結(jié)果表示

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)AATCC Test Method 81—2014方法，當(dāng)置信度為95%時(shí)，測得試樣水萃取液的pH值為6.8±0.2，有效自由度為26。

4.2.4各不確定度分量對合成不確定度貢獻(xiàn)分析

各不確定度分量及其對總不確定度的貢獻(xiàn)分析見表2。

表2　不確定度貢獻(xiàn)匯總表

5　結(jié)論

（1）依據(jù)AATCC Test Method 81—2014標(biāo)準(zhǔn)方法對紡織品pH檢測不確定度分析得出，重復(fù)性、萃取液體積和溫度的不確定度分量為影響該不確定度分析的主要因素，對不確定度的貢獻(xiàn)值分別為40.07%，23.62%和19.78%。當(dāng)置信度為95%時(shí)，測得試樣水萃取液的pH值為6.8±0.2，有效自由度為26。

（2）重復(fù)性為不確定度的主要來源，在使用該標(biāo)準(zhǔn)方法時(shí)，以實(shí)際試樣經(jīng)重復(fù)測試得到的不確定度總量來代替試樣、三級水、萃取條件和試驗(yàn)操作人員等帶來的不確定度分量，也就是說，重復(fù)性產(chǎn)生的不確定度影響是不可忽略的。

（3）試驗(yàn)過程中使用的是500 mL的量筒取得250 mL的三級水，也在無形中增大了誤差，使得萃取液體積帶來的不確定度增大。

（4）試驗(yàn)所用的METTLER TOLEDO pH計(jì)儀器自帶溫度補(bǔ)償功能，當(dāng)用緩沖溶液進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，其結(jié)果根據(jù)液體溫度自行調(diào)節(jié)的，那么所使用的pH計(jì)對液體溫度的感應(yīng)和調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的不確定度具有不可忽略的影響。

（5）在日常檢測操作過程中，為了提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以從以下幾個(gè)方面來改進(jìn)：應(yīng)當(dāng)提升試驗(yàn)人員的操作水平，嚴(yán)格按照操作規(guī)范進(jìn)行試驗(yàn)，嚴(yán)格控制萃取和檢測試驗(yàn)條件，并且使用精準(zhǔn)性較高的儀器；在試驗(yàn)過程中，可以適當(dāng)增加平行試驗(yàn)次數(shù)，使得因操作帶來的隨機(jī)誤差減?。辉谑褂脦в袦囟妊a(bǔ)償?shù)膒H計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量做到溫度補(bǔ)償充分。試驗(yàn)時(shí)確保試驗(yàn)環(huán)境和條件的穩(wěn)定性，并且以pH較穩(wěn)定的紡織品作為質(zhì)控樣，使得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較高的可信度。

［1］ 張守剛，馮麗娟，耿彩花，等.紡織品pH值檢測測量不確定度評定［J］.染整技術(shù)，2011，3（2）：44-45.

［2］方榮生.紡織品水萃取液pH值測定的不確定度評估［J］.科技資訊，2011（25）：124-125.

［3］ 劉軍紅，李軍法，喻忠軍，等.紡織品pH值測定的不確定度評估［J］.紡織科技進(jìn)展，2009（2）：56-60.

［4］張鵬.紡織品水萃取液中pH值測定的不確定度評估［J］.中國纖檢，2005（7）：19-20.

［5］羅斯杰.pH值測量不確定度的評定［J］.國外絲綢，2008，（5）：17-18.

［6］ 黃怡，張靜宜，薛詠梅，等.GB/T 7573—2009紡織品水萃取液pH值測定的不確定度分析［J］.山東紡織經(jīng)濟(jì)，2013（6）：65-68.

［7］沈幸，王田田，唐祖根.紡織品pH值檢測方法的不確定度［J］.針織工業(yè)，2013（3）：71-75.

Analysis of the uncertainty of pH in water-extract of wet processed textile

CHEN Lu，LUO Yinghua，HUANG Zhibin，JI Xuehai，LI Shiyu，HAN Yingying
（Shɑnghɑi Institute of Quɑlity Inspection ɑnd Technicɑl Reseɑrch，Shɑnghɑi 200040，Chinɑ）

Based on the method of AATCC 81—2014pH of the water-extract from wet processed textiles，the influencing factors and uncertainty during the pH determination is analyzed.The result shows that the main factors are repeatability（40.07%），extracted liquid volume（23.62%）and temperature （19.78%）.The uncertainty is 6.8±0.2 when the confidence probability is 95%in experiment.

textile，determination，uncertainty

TS107

A

1001-7046（2016）03-0026-04

2016-05-18

陳璐（1989-），女，助理工程師，碩士研究生，主要從事紡織品檢測工作。