張曉燕

【摘 要】以低合金鋼國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為樣品，利用HCS-140型紅外碳硫儀測定其中的碳、硫含量并進(jìn)行了不確定度評(píng)定，分析影響測量結(jié)果的各個(gè)因素。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)不確定度主要來源包括測量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值、工作曲線擬合、電子天平稱量、儀器示值，并計(jì)算得出擴(kuò)展不確定度，為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量準(zhǔn)確性提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】不確定度；低合金鋼；紅外吸收法；碳硫

中圖分類號(hào)： TN21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）36-0200-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.36.085

0 前言

紅外吸收法是現(xiàn)今測量金屬、橡膠、土壤、植物等樣品中碳、硫元素含量的主流方法。近年來我國計(jì)量水平與國際計(jì)量水平接軌，針對(duì)測量過程中引入不確定度的評(píng)定也提出了相應(yīng)的規(guī)定。依據(jù)CNAS CL10的要求，檢測實(shí)驗(yàn)室應(yīng)能對(duì)檢測結(jié)果不確定度做出正確評(píng)定，并滿足檢測要求。

本文利用HCS-140型高頻紅外碳硫儀對(duì)低合金鋼國家標(biāo)準(zhǔn)樣品中的碳硫元素進(jìn)行測定，采用GUM法[1]進(jìn)行了不確定度評(píng)定。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)不確定度主要來源包括測量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值、工作曲線擬合、電子天平稱量、儀器示值，并計(jì)算得出擴(kuò)展不確定度，為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量準(zhǔn)確性提供了依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器器具與試劑

HCS-140型德凱高頻紅外碳硫分析儀；

AL104型梅特勒電子天平，分辨率0.1mg，最大允許誤差±0.5mg；

L-CS超低碳硫分析專用坩堝，24mm×24mm，使用前在馬弗爐中1000℃灼燒240min，放入干燥器中保存待用；

鎢粒助熔劑，40目，碳和硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別小于0.001%和0.0007%；

鑄鐵碳硫?qū)Ｓ脴?biāo)樣（機(jī)字84-36），含碳2.75%，含硫0.142%；

YSBC11258-2015低合金鋼國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，含碳0.411%；

YSBC281113-2015碳硫?qū)Ｓ孟盗袖摌?biāo)樣，含硫0.035%；

YSBC31205-2013低合金鋼國家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，含碳0.318%，含硫0.018%。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

依據(jù)GB/T 20123-2006[2]，并根據(jù)HCS-140型高頻紅外碳硫儀的使用規(guī)范，先利用鑄鐵碳硫?qū)Ｓ脴?biāo)樣（機(jī)字84-36）飽和儀器氣路，采用單點(diǎn)校正法進(jìn)行工作曲線擬合，利用YSBC11258-2015標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校準(zhǔn)碳、YSBC281113-2015標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校準(zhǔn)硫，然后加入0.15g（精確至0.1mg）的YSBC31205-2013標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為試樣于瓷坩堝中，并加入1g鎢助熔劑，利用高頻紅外碳硫儀進(jìn)行樣品的測定，測定結(jié)果直接以百分含量顯示。

2 數(shù)學(xué)模型

紅外吸收法測定碳、硫含量可建立下列數(shù)學(xué)模型：Y=X。式中，Y為鋼鐵樣品中碳、硫的測定結(jié)果（%）；X為鋼鐵樣品中碳、硫含量的儀器讀數(shù)值（%）。

3 不確定度分量

A類不確定度：重復(fù)性測量所引入的不確定度u（rep）。

B類不確定度：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值所引入的不確定度urep（w）；電子天平稱量所引入的不確定度urel（m）；工作曲線擬合所引入的不確定度urel（c）；紅外碳硫分析儀示值引入的不確定度；其他隨機(jī)因素引入的不確定度。

4 不確定度分量的評(píng)定

4.1 重復(fù)性測量所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（rep）

重復(fù)測量八份平行樣品，結(jié)果見表1。

由此可計(jì)算出碳含量重復(fù)性測量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為1.9×10-3%，硫含量重復(fù)性測量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為4.9×10-3%。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量urel（w）

本實(shí)驗(yàn)中作為碳的工作曲線標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為YSBC11258-2015，作為硫的工作曲線標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為YSBC281113-2015。由其合格證書表明，其碳、硫的擴(kuò)展不確定度均為0.002%，k=2。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

本實(shí)驗(yàn)采用單點(diǎn)校正的方式來校正紅外光譜儀，故n取1。該項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可近似估計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)樣品YSBC31205-2013重復(fù)測量得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差s。工作曲線擬合的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（c）的計(jì)算公式為：

可由此計(jì)算出工作曲線擬合所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度碳元素的為5.4×10-3%，硫元素的為1.4×10-2%。

4.5 紅外碳硫分析儀示值所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

儀器示值的變動(dòng)已體現(xiàn)在工作曲線和試樣重復(fù)測量結(jié)果的變動(dòng)中，不再重復(fù)評(píng)定。

4.6 其他隨機(jī)因素所引入的不確定度分量

本實(shí)驗(yàn)由同一人員選擇穩(wěn)定的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為樣品進(jìn)行操作測量，且測量對(duì)溫度、濕度要求不高，在室溫下對(duì)測量結(jié)果影響極小，因此這些不確定度因素在評(píng)定不確定度結(jié)果時(shí)可忽略不計(jì)。

5 合成不確定度u和擴(kuò)展不確定度U的評(píng)定

各相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量總結(jié)于下表。

由此可分別計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)樣品YSBC31205-2013中碳的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為1.9×10-3%，擴(kuò)展不確定度為3.8×10-3%；硫的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為2.6×10-4%，擴(kuò)展不確定度為5.2×10-4%。

6 評(píng)定報(bào)告及結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)以國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)YSBC31205-2013為試樣測定其中的碳、硫元素含量，取包含因子，碳的分析結(jié)果為（0.317±0.004）%，硫的分析結(jié)果為（0.0173±0.0005）%

從不確定度評(píng)定結(jié)果可得知，利用HCS-140型高頻紅外碳硫儀進(jìn)行碳、硫含量的檢測過程中，最大的不確定度分量是由工作曲線擬合所引入的。尤其低合金鋼中硫含量較低，以單點(diǎn)校正法進(jìn)行工作曲線擬合時(shí)，儀器的示值誤差所導(dǎo)致的測量值的變動(dòng)會(huì)直接影響工作曲線的擬合。

【參考文獻(xiàn)】

[1]JJF1059.1-2012，《測量不確定度評(píng)定與表示》.

[2]楊國榮.鋼鐵總碳硫含量的測定高頻感應(yīng)爐燃燒后的紅外吸收法（常規(guī)方法）.《鋼鐵及合金化學(xué)分析方法標(biāo)準(zhǔn)匯編》，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009（2）：677-699.