旋光儀旋光度示值誤差的測(cè)量不確定度評(píng)定

徐凱欣

（山東省冶金科學(xué)研究院有限公司，山東 濟(jì)南250014）

1 前言

旋光儀是測(cè)定物質(zhì)旋光度的儀器，通過對(duì)樣品旋光度的測(cè)定，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的濃度、含量及純度等分析，具有光電檢測(cè)、分度盤自動(dòng)示數(shù)、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于制藥、藥檢、制糖、食品、香料、味精以及化工、石油等工業(yè)生產(chǎn)、科研、教學(xué)部門，用于化驗(yàn)分析或過程質(zhì)量控制。合理正確地評(píng)定旋光儀旋光度示值誤差的不確定度，能夠提高實(shí)驗(yàn)室出具校準(zhǔn)結(jié)果可靠性，是實(shí)驗(yàn)室工作的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和專業(yè)技術(shù)水平高低的體現(xiàn)。

2 測(cè)量方法

選擇一臺(tái)0.02級(jí)自動(dòng)旋光儀，用6支標(biāo)準(zhǔn)管分別在6個(gè)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。儀器預(yù)熱后，先測(cè)出空測(cè)試筒關(guān)閉時(shí)的儀器零點(diǎn)值，然后將標(biāo)準(zhǔn)旋光管放入測(cè)試筒，將數(shù)字溫度計(jì)探頭緊貼在標(biāo)準(zhǔn)旋光管的管體上（靠近石英片一端），蓋好樣品室蓋，靜止10 min左右，記錄旋光度值和溫度值。重復(fù)測(cè)量6次。換其余5支標(biāo)準(zhǔn)管進(jìn)行相同步驟。旋光儀的測(cè)量值是該旋光度值與儀器零點(diǎn)值之差，根據(jù)當(dāng)時(shí)溫度值對(duì)標(biāo)準(zhǔn)旋光管的旋光度加以修正，6次儀器測(cè)量值的算術(shù)平均值與修正后的標(biāo)準(zhǔn)旋光管旋光度之差即為儀器的示值誤差。

3 數(shù)學(xué)模型

被測(cè)量儀器旋光度示值誤差：

式中：Δα為被測(cè)量儀器旋光度示值誤差；αx為被測(cè)儀器的旋光度測(cè)量值；α0為20℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)旋光管的旋光度；K為標(biāo)準(zhǔn)旋光管的溫度系數(shù)，0.000144℃-1；t為測(cè)量時(shí)標(biāo)準(zhǔn)旋光管的溫度，25℃。

由公式（1）得方差：

靈敏系數(shù)：

4 旋光儀旋光度示值誤差的不確定度分析

4.1 旋光儀旋光度示值誤差不確定度分量評(píng)定

旋光儀旋光度示值誤差的不確定度主要是由測(cè)量重復(fù)性引入的A類不確定度uA、標(biāo)準(zhǔn)旋光管定值引入的B類不確定度uB1、儀器分辨力引入的B類不確定度uB2和數(shù)字溫度計(jì)引入的B類不確定度uB3構(gòu)成［1］。

4.1.1 測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

校準(zhǔn)該0.02級(jí)自動(dòng)旋光儀，儀器零點(diǎn)為0.000°，用標(biāo)準(zhǔn)旋光管在重復(fù)性條件下連續(xù)測(cè)量10次，得到顯示值即測(cè)量值測(cè)量列為：34.685°、34.680°、34.675°、34.675°、34.690°、34.685°、34.685°、34.690°、34.675°、34.675°。測(cè)量結(jié)果平均值=34.682°，溫度修正后的測(cè)量結(jié)果為：34.690°。

則單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

實(shí)際測(cè)量以6測(cè)量值得平均值為測(cè)量結(jié)果，所以：

4.1.2 標(biāo)準(zhǔn)旋光管定值引入的不確定度

由標(biāo)準(zhǔn)旋光管檢定證書可得1122號(hào)標(biāo)準(zhǔn)旋光管在20℃、589.4400 nm波長下，旋光度為34.665°，U=0.003°，包含因子k=3，故：

4.1.3 儀器分辨力引入的不確定度

儀器以分辨率作為整個(gè)區(qū)間寬度d，以分辨率的一半d/2作為半寬區(qū)間，可以看作是均勻分布，被測(cè)儀器的分辨力為0.005°，則：

4.1.4 數(shù)字溫度計(jì)準(zhǔn)確度引入的不確定度

數(shù)字溫度計(jì)的校準(zhǔn)證書中給出，其最大允許誤差為±0.1℃，即半寬度α=0.1℃，在區(qū)間范圍內(nèi)可認(rèn)為其服從均勻分布，則：

4.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

以上不確定度分量各自獨(dú)立，互不相關(guān)，可得合成不確定度：

4.3 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

取包含因子k=2，則0.02級(jí)自動(dòng)旋光儀旋光度示值誤差的擴(kuò)展不確定度：

4.4 不同準(zhǔn)確度旋光儀的不確定度

對(duì)于0.01級(jí)、0.05級(jí)自動(dòng)旋光儀和0.02級(jí)、0.05級(jí)目視旋光儀的不確定度評(píng)定方法與0.02級(jí)自動(dòng)旋光儀相同，過程不再贅述，僅給出評(píng)定結(jié)果如表1所示。

表1 不同準(zhǔn)確度等級(jí)旋光儀旋光度示值誤差不確定度°

4.5 測(cè)量不確定度報(bào)告與表示

旋光儀旋光度示值誤差的擴(kuò)展不確定度如表2所示。

表2 旋光儀旋光度示值誤差的擴(kuò)展不確定度°

5 結(jié) 語

通過對(duì)各不確定度分量的分析，給出了一種旋光儀旋光度示值誤差不確定度的評(píng)定方法。通過不確定度的評(píng)定，一方面有助于實(shí)驗(yàn)室人員熟悉標(biāo)準(zhǔn)、方法，了解實(shí)驗(yàn)過程中各影響因素，盡量減少實(shí)驗(yàn)誤差，另一方面便于實(shí)驗(yàn)室人員評(píng)定數(shù)據(jù)可靠性，同時(shí)也增強(qiáng)了測(cè)量結(jié)果之間的可比性，為實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和準(zhǔn)確度提供了有力保證。