ICP-OES測定鈦及鈦合金中鐵含量不確定度評定*

王剛偉，畢新堂，姜　超，羅　楓，楊　艷

(寶雞鈦谷新材料檢測技術中心有限公司， 陜西 寶雞　721013)

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ICP-OES測定鈦及鈦合金中鐵含量不確定度評定*

王剛偉，畢新堂，姜超，羅楓，楊艷

(寶雞鈦谷新材料檢測技術中心有限公司， 陜西 寶雞721013)

采用電感耦合等離子體光譜法測定鈦及鈦合金中鐵含量，對其測量不確定度分量進行分析和計算，確定了影響不確定度的主要因素。經過計算，校準曲線加權擬合時的不確定度分量影響最大。

鈦及鈦合金； ICP-OES； 不確定度； 標準曲線

引言

在目前材料分析中，電感耦合等離子體原子發射光譜法的(ICP-OES)應用已相當廣泛，該方法具有快速，準確，干擾少，穩定性好等特點[1]。鈦及鈦合金的溶解方法有兩種，一種是硫酸和硝酸溶解，另一種為氫氟酸和硝酸溶解[2]，此處采用第二種方法。不確定度是判斷檢測結果質量的依據[3-5]，關于海綿鈦和鈦合金中鋁、鉬、鋯等元素的不確定度文章有很多，關于鐵含量的不確定度評定還未涉及，本文對鈦及鈦合金中鐵含量的不確定度進行評價及計算。

1　實驗過程

1.1主要儀器及試劑

電感耦合等離子體原子發射光譜儀(Agilent 725)；萬分之一電子天平SartoriusCP124S，①級[6]；BRAND移液器(20～200 μL) A級[7]；100 mLpp容量瓶A級[8]。

HF酸，優級酸；HNO3，優級酸；高純水；10000 mg/L鐵標液(MERK)9183±70 mg/kg。

1.2測定方法

1.2.1標準溶液的配制

分別往0#，1#，2#，3#，4#，5#100 mL容量瓶中移取4 mL HF酸和2 mL HNO3。用校準移液器往1#，2#，3#，4#，5#容量瓶中分別移取鐵標液20，30 ，40，50，60 μL，用高純水定容，混勻。分別得到0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%的標準溶液和0#空白溶液。

1.2.2試樣處理

稱取試樣0.1g(精確至0.00001g)，置于50 mL塑料燒杯中，加入10 mL高純水，加入4 mL HF酸和2 mL HNO3，試樣完全溶解后，轉移至100 mL塑料容量瓶中，定容，混勻。

1.2.3儀器參數

功率：1.5 kW；載氣流量：20 L/min；輔助氣流量：2 L/min。

采用波長為238 nm的譜線檢測鐵含量。

1.2.4校準曲線

曲線相關系數1：19086.7；曲線相關系數2：187.7；線性相關系數：0.999155。

2　不確定度的評定及計算[9-16]

2.1數學模型

(1)

式中Urel為未知樣品元素含量的相對不確定度；Urel1為試樣處理引入的相對不確定度；Urel2為建立標準曲線引入的相對不確定度；Urel3為試樣重復測定帶入的相對不確定度。

2.2測量不確定度來源分析

1)試樣處理：試樣稱量天平帶來的不確定度和容量瓶定容帶入的不確定度。

2)標準曲線：液體標樣的不確定度，容量瓶帶來的不確定度，標準曲線加權擬合帶入的不確定度，移液器帶入的不確定度。

3) 試樣重復測定帶入的不確定度。

2.3各標準不確定度分量的評定

2.3.1試樣稱量天平帶來的不確定度和容量瓶定容帶入的不確定度Urel1

(1) 天平產生的相對不確定度Urel(m1)

式中m1為天平的分辨率(mg)；m 為稱樣量(mg)；k 為矩形分布時相關系數。

(2) 試樣定容過程中帶入相對不確定度Urel(V1)

式中V1為容量瓶的允許差(mL)；V為容量瓶的體積(mL)；k為矩形分布時相關系數。

定容時的溫度與校準溫度不同，試驗控制在3 ℃的偏差，膨脹系數為k1=2.1×10-4℃-1，溫度變化帶入的相對不確定度Urel(V1′)

式中v為容量瓶的體積(mL)；k為矩形分布時相關系數；k1為溫度偏差3 ℃時的膨脹系數；t為控制溫度的偏差值。

試樣處理過程中的相對不確定度為

2.3.2標準曲線所帶入的相對不確定度Urel2

(1) 液體標樣帶入的相對不確定度Urel(m2)

從證書上查的k=2，則

式中c1=70 mg/kg為標液證書上的濃度偏差；c=9183 mg/kg為標液證書上的標準濃度值；k=2為標液證書上的相關系數。

(2) 容量瓶及溫度帶來的相對不確定度Urel(V2)

標準溶液配制總共用6只容量瓶，根據前面容量瓶的相對不確定度，得到

式中n=6 為容量瓶的數量。

擬合的校準曲線回歸方程為

I=bw(Fe)+a

(2)

從儀器的校準曲線(如表1所示)可得：I=bw(Fe)+a=19086.7 w(Fe)+187.7，線性相關系數為0.999155。

(3) 標準曲線加權擬合帶入的相對不確定度U(W2)

根據加權擬合校準曲線的標準不確定度公式

(3)

式中S為校準曲線的標準差

(4)

根據式(3)可得U(W2)=0.0049。

相對不確定度：Urel(W2)=U(W2)×100%/w(Fe)=0.0049×100%/0.246%=2%

(4) 移液器帶入的相對不確定度Urel(L2)

式中 V1,V2，V3，V4，V5移液器5次移取的標樣體積，分別為20，30，40，50，60 μL。

(5) 標準曲線所帶入的相對不確定度

移液器分量相對較小，可忽略不計，得到

0.0204

2.3.3試樣重復測定帶入的相對不確定度Urel3

表2為試樣重復7次檢測結果，由表2可得到

根據前面建立的數學模型式(1)

依據測量不確定度來源分析，合成不確定度U(wFe)

表2　試樣重復7次檢測結果

包含因子k=2，擴展不確定度為0.005%×2=0．01%。

鐵含量為：w(Fe)=0．246%±0．01%,k=2。

3　結　論

通過對電感耦合等離子體光譜法測定鈦及鈦合金中鐵含量的不確定度來源分析、分量評定及計算得知，在標準溶液配置及校準曲線加權擬合時，不確定度分量值最大，成為不確定度引入的主要因素，所以要定期對量具和儀器進行計量和校準，進一步提高檢測的準確性。

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2016-03-04

王剛偉(1976—)，男，工程師

TG146.23; TG115.3+3