紅外碳硫儀測(cè)定焊劑中碳、硫含量的不確定度

劉小嫻，楊金艷

(南通市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，江蘇 南通 226600)

不確定度是衡量一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確程度的重要參數(shù)。目前已有介紹與研究紅外吸收法測(cè)定樣品的不確定度文獻(xiàn)[1-3]，但紅外碳硫分析儀測(cè)定焊劑中碳、硫含量測(cè)量不確定度的評(píng)定討論尚未見(jiàn)報(bào)道。使用該儀器對(duì)焊劑進(jìn)行碳硫含量的測(cè)定，得到的每一分析結(jié)果都不是同一數(shù)值，它描述了測(cè)量結(jié)果正確性的可疑程度或不肯定程度，賦予為測(cè)量值具有分散性的特征。紅外吸收法測(cè)定焊劑中碳硫含量是2017年剛實(shí)施的檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)[4]。該方法檢測(cè)周期短、方法簡(jiǎn)單、易操作。為保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確，其測(cè)量不確定度的評(píng)定對(duì)于實(shí)驗(yàn)室識(shí)別檢測(cè)報(bào)告風(fēng)險(xiǎn)和內(nèi)部質(zhì)量控制具有重要的意義[5]。本文通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和理論計(jì)算開(kāi)展對(duì)焊劑中的碳以及硫的含量的計(jì)算進(jìn)行不確定度評(píng)定，給出了焊劑中碳、硫元素測(cè)量不確定度，也提供了儀器的不確定度。

1 檢測(cè)原理

試樣在高溫爐充分燃燒燃燒，試樣中碳(C)經(jīng)氧化轉(zhuǎn)化為二氧化碳，硫(S)轉(zhuǎn)化為二氧化硫氣體，經(jīng)過(guò)吸收池，檢測(cè)器轉(zhuǎn)發(fā)為信號(hào)，經(jīng)處理輸出結(jié)果，最后試樣中碳硫含量，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示[6-7]。

2 檢測(cè)儀器及材料

CS-2800高頻紅外碳硫分析儀；電子天平；氧氣純度99.999%；氮?dú)饧兌?9.99%；標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：碳硫用不銹鋼(316)。

3 檢測(cè)條件

環(huán)境溫度為25 ℃；相對(duì)濕度22%。

4 不確定度來(lái)源及評(píng)定過(guò)程

4.1 數(shù)學(xué)模型的建立

根據(jù)JJG395-1997，碳硫分析儀示值誤差不確定度評(píng)定的數(shù)學(xué)模型為：

y=x±U

式中：y——試樣中被測(cè)元素的測(cè)定結(jié)果，%

x——試樣中被測(cè)元素的含量讀數(shù)值，%

U——不確定度

4.2 不確定度來(lái)源

紅外碳硫分析儀測(cè)定焊劑中碳硫含量，偏差來(lái)自于測(cè)量中多項(xiàng)因素，具體來(lái)說(shuō)，主要有以下八個(gè)方面：

(1)重復(fù)測(cè)量引入的測(cè)量不確定度。

(2)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值引入的不確定度。

(3)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)產(chǎn)生的變動(dòng)性引入的相對(duì)不確定度。

(4)電子天平稱(chēng)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

(5)儀器顯示分辨力的不確定度。

(6)高頻紅外碳硫分析儀的示值引入的不確定度。

(7)助熔劑引入的不確定度。

(8)室溫下對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很小，測(cè)量對(duì)溫度、濕度要求不高，故可忽略不計(jì)。

5 不確定度的評(píng)定

5.1 重復(fù)測(cè)量引入的測(cè)量不確定度(A類(lèi))

在可復(fù)現(xiàn)的條件下對(duì)同一試樣進(jìn)行10次獨(dú)立測(cè)量，碳、硫含量10次測(cè)量的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差如表1所示。

表1 樣品中碳、硫元素含量測(cè)試結(jié)果Table 1 Test results of carbon and sulfur content in samples (%)

5.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值引入的不確定度(B1)

從標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(shū)中查到標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.006%，測(cè)量次數(shù)為8，則：

5.3 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)產(chǎn)生的變動(dòng)性引入的相對(duì)不確定度(B2)

用同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)重復(fù)校準(zhǔn)測(cè)量三次，見(jiàn)表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中碳、硫元素含量測(cè)試結(jié)果Table 2 Standard materials in the carbon， sulfur content test results (%)

5.4 電子天平稱(chēng)量引入的相對(duì)不確定度 (B3)

電子天平稱(chēng)量引入的相對(duì)不確定度包括被測(cè)樣品稱(chēng)量和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱(chēng)量。

5.4.1 被測(cè)樣品稱(chēng)量(m)的不確定度

5.4.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱(chēng)量(m)的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱(chēng)量的重復(fù)性已包括在測(cè)量的重復(fù)性中，不再計(jì)算。碳元素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱(chēng)量Urel(B3)=0.82/1000=0.00082；硫元素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱(chēng)量Urel(B3)=0.82/1000=0.00082。

5.5 儀器顯示分辨力的不確定度(B4)

5.6 由高頻紅外碳硫分析儀的不確定度引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 (B5)

高頻紅外碳硫分析儀的校準(zhǔn)證書(shū)上 C：U=0.02%；S：U=0.0010%，因此Urel(B5)=u/k=0.02%/2=0.01000%；Urel(B5)=u/k=0.0010%/2=0.00050%。

5.7 助熔劑引入的不確定度(B6)

在坩堝中不加樣品，只加助熔劑，按照試驗(yàn)方法測(cè)試 4次，所得碳結(jié)果為：0.00025%、0.00030%、0.00038%、0.00026%，4次測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差S=0.000035%。所得硫結(jié)果為：0.00010%、0.00008%、0.00011%、0.00010%，4次測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差S=0.00004%。

5.8 測(cè)量溫度引入的不確定度

由于所使用高頻紅外碳硫分析儀配置有恒溫控制系統(tǒng)，環(huán)境溫度有空調(diào)控制，因此由測(cè)量溫度引入的不確定度可以忽略不計(jì)。

5.9 合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

綜合所有相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的分量，得到碳元素合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

UC(ωC)=0.00383%×0.1061=0.00041%

硫元素合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

UC(ωS)=0.00489%×0.2025=0.00099%

6 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

取置信水平 95%，取包含因子k=2，得Uo=0.00041%×2=0.00082%；取包含因子k=2，得US=0.00099%×2=0.00198%。

7 測(cè)量結(jié)果的表示

該焊劑中碳含量為：ωc=(0.00383±0.00082)%，k=2；ωs=(0.00489±0.00198)%，k=2。

8 結(jié) 論

本文采用高頻紅外碳硫分析儀對(duì)焊劑中碳(C)和硫(S)元素含量進(jìn)行了測(cè)量，并對(duì)影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的不確定度進(jìn)行多方面評(píng)估。根據(jù)分析可知，除了對(duì)結(jié)果影響很小的測(cè)量溫度分量以外，共7個(gè)分量組成。以上分量充分考慮了測(cè)量過(guò)程中系統(tǒng)效應(yīng)和隨機(jī)效應(yīng)所導(dǎo)致的測(cè)量結(jié)果不確定度[3]。因此嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，把可以影響不確定度的因素降到最低，減少偶然誤差，提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。