鋅粉中金屬鋅含量測(cè)量不確定度評(píng)估

＊趙萍 陳吳

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 上海 201114）

鋅粉中金屬鋅含量測(cè)量不確定度評(píng)估

＊趙萍 陳吳

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院 上海 201114）

按照GB/T 6890-2012《鋅粉》中附錄B的規(guī)定，用化學(xué)滴定法測(cè)定鋅粉中金屬鋅含量，通過(guò)對(duì)影響測(cè)量結(jié)果的不確定度分量的分析和量化，給出鋅含量測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)估方法。

化學(xué)滴定；鋅含量；不確定度

鋅粉是一種對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有十分重要支撐作用的功能性粉末狀材料，其具有獨(dú)特的物理化學(xué)效應(yīng)，可作顏料，填充料，遮蓋力極強(qiáng)，具有很好的防銹及耐大氣腐蝕的作用，特別是超細(xì)高活性鋅粉常用以制造富鋅涂料或者直接鍍于防腐涂層上。鋅粉作為活性填料，其含量對(duì)于涂料的防護(hù)性能起到關(guān)鍵性的作用，因此，根據(jù)GB/T 6890-2012《鋅粉》中附錄B的規(guī)定研究并建立金屬鋅中鋅含量測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)估意義重大。

1.實(shí)驗(yàn)部分

(1)試驗(yàn)原理

用化學(xué)滴定法測(cè)定鋅粉中金屬鋅含量，其試驗(yàn)原理主要是在有二氧化碳保護(hù)氣的情況下，鋅粉中的金屬鋅與硫酸鐵作用（硫酸銅作催化劑條件下）生成相應(yīng)等量的硫酸亞鐵鹽，而硫酸亞鐵鹽在KMnO4溶液中被氧化，這樣就可以通過(guò)亞鐵離子的含量間接計(jì)算出試樣中的金屬鋅的含量。

(2)試驗(yàn)步驟

①試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)溶液（KMnO4）的配制及標(biāo)定過(guò)程

配制過(guò)程：

A．準(zhǔn)確稱(chēng)取20g的高錳酸鉀試樣，放置于容量為3L的燒杯中，然后加入2L的蒸餾水并煮沸1～2h，冷卻靜置至第二日；

B．將冷卻的溶液移入2L容量瓶中。用新煮沸并冷卻至室溫的蒸餾水稀釋至容量瓶的刻度處，并充分搖勻；

C．將上述溶液放置至沉淀自然下降，然后經(jīng)磁過(guò)濾器將溶液過(guò)濾置于棕色試劑瓶中，蓋上玻璃塞，待標(biāo)定。

標(biāo)定過(guò)程：

A．首先在105℃±5℃烘箱中將標(biāo)定用基準(zhǔn)試劑無(wú)水草酸鈉干燥1～1．5h；

B．取出后準(zhǔn)確稱(chēng)取0．7200g烘干后的無(wú)水草酸鈉；倒入500mL的錐形瓶中，然后用200mL的硫酸溶液充分溶解；

C．將上述溶液在加熱設(shè)備上加熱至70～80℃，并且在此溫度范圍內(nèi)立即用上面配制的KMnO4溶液滴定至出現(xiàn)淡紅色，并在10s內(nèi)不消失，即可判定為終點(diǎn)。

KMnO4標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度計(jì)算如下式所示：

式中：c—KMnO4標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的實(shí)際濃度，mol/mL；

m—稱(chēng)取無(wú)水草酸鈉的質(zhì)量，g；

V—標(biāo)定時(shí)消耗KMnO4標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；

V0—空白試驗(yàn)消耗KMnO4標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；

134．0—無(wú)水草酸鈉的摩爾質(zhì)量，g/mol。

當(dāng)3次測(cè)定的極差值不大于6×10-8mol/mL時(shí)，取其平均值。否則重新標(biāo)定。

②鋅粉中金屬鋅含量的測(cè)定

測(cè)定過(guò)程：

A．二氧化碳的制備：首先在一個(gè)800mL的帶蓋錐形瓶中加入35mL的飽和NaHCO3溶液，并滴加2～3滴甲基橙作為指示劑，然后加入10mL左右的硫酸，在搖動(dòng)的情況下將瓶?jī)?nèi)空氣盡量趕盡，再繼續(xù)添加硫酸直到溶液由原來(lái)的黃色變?yōu)榧t色為止，立即塞好膠塞；

B．準(zhǔn)確稱(chēng)取0．40g鋅粉試樣（精確至0．0001g），立即打開(kāi)膠塞將稱(chēng)好的試樣倒入瓶中，塞好膠塞，用手臂搖動(dòng)錐形瓶，使試樣充分散開(kāi)；

C．向錐形瓶中加入10mL的CuSO4溶液，劇烈搖動(dòng)1min左右，然后加入50mL的Fe2(SO4)3溶液沖洗錐形瓶頸部附著的鋅粉，立即塞緊錐形瓶口，將錐形瓶放置在攪拌器上攪拌溶解15～30min分鐘左右，直至金屬鋅完全溶解；

(3)待鋅粉完全溶解后，隨后加入20mL的磷酸及200mL的硫酸，立即用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至淡紅色并維持10s不褪色，即可判定為滴定終點(diǎn)。

鋅粉中金屬鋅百分含量按下式計(jì)算：

式中：ω金屬鋅—金屬鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

V1—滴定消耗KMnO4標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；

V0—空白消耗KMnO4標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；

m1—鋅粉試樣的質(zhì)量，g；

65．38—鋅的摩爾質(zhì)量，g/mol。

2.不確定度來(lái)源的確定和定量

(1)測(cè)量不確定度主要來(lái)源

本試驗(yàn)過(guò)程中的測(cè)量不確定度主要來(lái)源包括：天平、滴定管等測(cè)量?jī)x器偏差導(dǎo)致的不確定度；測(cè)試溫度變化對(duì)溶液體積帶來(lái)的影響的不確定度；重復(fù)性測(cè)試導(dǎo)致的不確定度，包括試樣的均勻程度、所用標(biāo)準(zhǔn)溶液及試劑的濃度等因素。

(2)建立數(shù)學(xué)模型

鋅粉中金屬鋅百分含量

式中：ω金屬鋅—金屬鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

V1—滴定消耗KMnO4標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；

V0—空白消耗KMnO4標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；

m1—鋅粉試樣的質(zhì)量，g；

65．38—鋅的摩爾質(zhì)量，g/mol；

rep—滴定鋅粉試樣的重復(fù)性偏差。

其中

式中：c—KMnO4標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的實(shí)際濃度，mol/mL；

m—稱(chēng)取無(wú)水草酸鈉的質(zhì)量，g；

V—標(biāo)定時(shí)消耗KMnO4標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；

V0—空白試驗(yàn)消耗KMnO4標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積，mL；

134．0—無(wú)水草酸鈉的摩爾質(zhì)量，g /mol；

rep'—標(biāo)定KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的重復(fù)性偏差。

(3)測(cè)量不確定度

金屬鋅百分含量的相對(duì)不確定度

其中，KMnO4標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃度c的相對(duì)不確定度

3.不確定度的分量的計(jì)算

(1)KMnO4標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液濃c導(dǎo)致的不確定度分量ur(c)

①稱(chēng)取草酸鈉的質(zhì)量導(dǎo)致的不確定度分量ur(m草酸鈉)

稱(chēng)取0．72g無(wú)水草酸鈉，稱(chēng)量用電子天平的說(shuō)明書(shū)給出的標(biāo)準(zhǔn)偏差為±0．1mg，按均勻分布考慮，減量法2次稱(chēng)量：

②標(biāo)定時(shí)消耗KMnO4溶液的體積導(dǎo)致的不確定度分量ur(V)

3次標(biāo)定的消耗的KMnO4溶液體積分別為34．44mL、34．43mL、34．46mL，平均值V=34．44mL。

A．滴定管校準(zhǔn)誤差的影響

檢定證書(shū)給出的校準(zhǔn)誤差為0．032mL，按三角分布考慮：

B．實(shí)際溫度與校準(zhǔn)時(shí)溫度不一致的影響

本試驗(yàn)KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液是將20g高錳酸鉀溶于2L水中，因此認(rèn)為其體積膨脹系數(shù)與水接近，故以水的體積膨脹系數(shù)代替。查得水的體積膨脹系數(shù)γ=2．1×10-4℃-1（20℃），設(shè)溫度變化范圍為±4℃，滴定管體積為50mL，按均勻分布考慮：

③標(biāo)定時(shí)空白消耗KMnO4溶液的體積導(dǎo)致的不確定度分量ur(V0)

空白試驗(yàn)與標(biāo)定試驗(yàn)在相同條件下進(jìn)行，因此：

u(V0)=u(V)=0.027mL

④標(biāo)定KMnO4溶液的體積導(dǎo)致的不確定度分量ur(V-V0)

3次標(biāo)定時(shí)空白消耗的K M n O4溶液體積平均值V0=0．02mL。

則

⑤ur(rep')

3次標(biāo)定結(jié)果的允許極差值R為6×10-8mol/mL，以接近正態(tài)分布考慮，查得n=3時(shí)的極差系數(shù)C=1．64，單次測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以3次標(biāo)定結(jié)果的平均值作為c值，又c=6．239× 10-5mol/mL

故

⑥合成ur(c)

4.結(jié)果分析

不同參數(shù)和影響量對(duì)測(cè)定不確定度的貢獻(xiàn)不同。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度c在不確定度中是貢獻(xiàn)最大的分量，在今后的工作中，應(yīng)特別注意KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度c的標(biāo)定過(guò)程，這對(duì)我們今后檢測(cè)具有實(shí)際指導(dǎo)意義。

[1]劉全民,王彥軍,張?chǎng)蔚龋\粉制備技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J]．南方金屬, 2015,(202):1-10．

[2] JJF1059-1999,測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S]．

(責(zé)任編輯：任聰)

Evaluation of Uncertainty on the Metal Zinc Content in the Zinc Powder

Zhao Ping, Chen Wu

（Shanghai Institute of Quality Inspection and Technical Research,Shanghai, 201114）

According to the provisions of the appendix B of GB/T 6890-2012, the metal zinc content in the zinc powder is determined by chemical titration. Through the uncertainty components of affect the measurement result of analysis and quantitative,evaluation of uncertainty on the metal zinc content in the zinc powder was given.

chemical titration；the metal zinc content；uncertainty

T

A

趙萍（1987～)，女，上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院；研究方向：涂料、化工產(chǎn)品的檢測(cè)工作。