鈦合金中Al含量測定不確定度影響因素探討與分析
2016-02-26 瀏覽量：1554
摘要：本文主要敘述了在鈦合金材料分析中如何進行不確定度分析，對不確定度影響因素進行評估分析，分析出影響不確定度的關鍵因素。
關鍵詞：不確定度；不確定度分析；標準不確定度；擴展不確定度
引言
一般來說，在材料分析測試工作中，如果檢測實驗室僅給出測試結果及相關數據，而沒有出具測試結果的可信程度，嚴格意義來說只完成了測試工作量的一半，對測試結果的評價分析并未進行。由于存在各種不確定因素，測試數據與被測真值之間有誤差。傳統做法是用測量的準確度和誤差來衡量。但是，通常說的準確度和誤差只是一個定性的、理想化的概念。在應用時只是說準確度的高低和誤差的大小。不能確切給出準確度和誤差的數值。
近年來，不確定度分析逐步取代誤差分析，用于對測試結果的評價。不確定度是測量結果的可靠程度，用于表征合理地賦予被測量值的分散性，它是測量結果含有的一個參數，能夠定量的表征測試結果的質量。一般來說，不確定度越小，測試結果質量越高，測試水平越先進，使用價值越高。然而，如何合理的評估不確定度，如何查找不確定度的影響因素，這都是分析工作者關心的問題。本文主要以鈦合金中鋁含量不確定度分析為例，通過對不確定度影響因素進行評估分析，分析探討出影響鋁含量不確定度的關鍵因素。
1 不確定度分析
1.1參考依據
適用范圍HB 7716.13-2002 《鈦合金化學成分光譜分析方法 第十三部分 電感耦合等離子體原子發射光譜法》中Al含量測試的不確定度分析
1.2 方法概要
①樣品前處理，稱取0.1g樣品，稱量平行樣，將樣品置于100mL玻璃燒杯中，加入20mL硫酸加熱消解至完全，滴加硝酸至溶液紫色消失，然后轉移至200mL容量瓶中，并加入200μL 1000mg/L的Y標液做內標，定容至刻度。
②標準曲線配置，將鋁標準溶液稀釋成不同濃度的系列標準溶液。
③建立工作曲線，用經空白溶液調零的電感耦合等離子體發射光譜儀測量鋁標準溶液，建立濃度ci與強度Ai的線性工作曲線Ai=b×ci+a
④測樣，用電感耦合等離子體發射光譜儀測試樣品溶液，測平行樣，依次得到平均發光強度A、濃度c0、鋁含量以及擴展不確定度U。
1.3建立數學模型
待測溶液中Al的含量wt%,以 ICP- OES 直接分析時,所得含量可以下式表示﹕
wt%=c0×V /m
wt%----鈦合金中Al含量，6.55%；
c0----由標準曲線求得的樣品溶液中Al濃度，（≈32.63mg/L）；
V----樣品溶液的定容體積，(200mL)；
m----樣品質量，（0.1g）；
1.4測量結果
測平行樣，鋁平均含量為wt%=6.552%
1.5.不確定度分量的識別、分析和量化
按照數學模型以及方法概要，其不確定度來源有4個:
①測量重復性u1(1.5.1);
②天平稱量m引入的標準不確定度u2 (1.5.2);
③定容體積V引入的標準不確定度u3 (1.5.3);
④樣品溶液鋁濃度c0引入的標準不確定度u4 (1.5.4) 。
1.5.1測量重復性u1
在做方法驗收時，對樣品做了平行樣測試，測兩次結果如下：
| No. | 1. | 2. | 平均值(Wt%) | 標準偏差(S) |
| Al(Wt%) | 6.51 | 6.59 | 6.55 | 0.0552% |
可知，u1=0.0552%
1.5.2天平稱量m引入的標準不確定度u2
以校準報告中的擴展不確定度,作為秤重天秤不確定度的依據.在K = 2 時,秤重天秤的擴展不確定度為 0.1 mg(0.0001 g)，其標準不確定度為0.1/2=0.05mg.
稱量兩個平行樣，于是，樣品稱重的標準不確定度u( Ws )
對數學模型進行求導，相對對質量m的靈敏系數為0.0007mg^(-1)
因此，可求得u2=0.00497%
1.5.3定容體積V引入的標準不確定度u3
根據容量瓶(200ml)證書,200ml定量瓶容許擴展不確定度在20℃時為±0.15ml,假設矩形分配:
對數學模型進行求導，相對對體積V的靈敏系數為0.3270L^(-1)
因此，可求得u3=0.0028%
1.5.4樣品溶液鋁濃度c0引入的標準不確定度u4
采用Perkin Elmer Optima 8000 DV 型全譜直讀電感耦合等離子體發射光譜儀測定溶液中的Al，校準曲線測定結果見下表：
| 元素 | 濃度c/mg/mL | 吸光度 | 平均吸光度(Ai) | ||
| 1 | 2 | 3 | |||
| Al | 0 | 10316.5 | 10228.3 | 10673.6 | 10406.1 |
| 2 | 332170.7 | 332358.8 | 334706.4 | 333078.6 | |
| 5 | 820433.5 | 830333.5 | 835645.7 | 828804.2 | |
| 15 | 2443327.2 | 2455167.5 | 2480835.1 | 2459776.6 | |
| 30 | 5188054 | 5130146.8 | 5142609.3 | 5153603.4 | |
| 50 | 8672548.1 | 8575710.3 | 8682348.0 | 8643535.5 | |
計算得截距a= -47022.4，斜率b= 170200，R2=0.999778
待測樣品以ICP-OES分析后得濃度 Cx,以最小線性平方法微分處理后,得到不確定度 u(c0)的計算公式﹕
P: 量測C0之測量數（P=3）
n:檢量線制作之測量數(n=18)
c0:待測液之濃度(c0=32.63mg/L)
cA:檢量線各點濃度之平均值(CA =17)
對數學模型進行求導，相對對濃度c0的靈敏系數為0.002L/mg
因此，可求得u4=0.0468%
2 計算合成標準不確定度uc
| 序號 | 符號 | 來源 | 不確定度類別 | 量值 |
| 1 | u1 | 測量重復性 | A類 | 0.0522% |
| 2 | u2 | 樣品稱量 | B類 | 0.00497% |
| 3 | u3 | 定容體積 | B類 | 0.0028% |
| 4 | u4 | 樣品Al濃度 | A類 | 0.0468% |
結果完整表達為：當樣品中Al含量為6.55%時，擴展不確定度U=0.14%,k=2。
3 結束語
從以上分析結果上看，在鈦合金材料分析中，對Al含量不確定度影響的關鍵因素分別是測量重復性u1和樣品Al濃度u4，另外兩個影響因素（樣品稱量&定容體積）影響程度較小。
參考文獻
[1]安敬學，王春玉，許明峰，李玲 不確定度評定的簡化分析[B] 應用能源技術 2013年第11期（總第191期）
[2]倪曉麗 化學分析測量 不確定度評定指南
*** 結束 ***
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