關于直讀光譜測量不確定度的評定研究

仇峰黃金富

（1國家石油機械產品質量監督檢驗中心，江蘇 鹽城 224700；

2國家不銹鋼制品質量監督檢驗中心，江蘇 興化 225721）

關于直讀光譜測量不確定度的評定研究

仇峰1黃金富2

（1國家石油機械產品質量監督檢驗中心，江蘇 鹽城 224700；

2國家不銹鋼制品質量監督檢驗中心，江蘇 興化 225721）

以直讀光譜法測定鋁合金中硅為例，進行了直讀光譜測量不確定度的評定，找出了引入不確定度的來源，旨在為相關研究和實踐提供參考。

直讀光譜測量；不確定度；評定

二十世紀九十年代，測量不確定度的概念從發達國家引入我國，而直到二十一世紀初，不確定度測量才開始在我國檢測領域內應用和發展。測量不確定度能夠客觀、科學的表達測量結果質量與水平，并分析影響測量結果精度的主要因素，對于提升測量結果質量有著重要的意義。

對直讀光譜法測量鋁合金中硅的不確定度進行評定，以《鋁及鋁合金光電直讀發射光譜分析方法》為測量依據，環境溫度在22℃～28℃之間，相對濕度在30%～65%之間。測量儀器及材料：德國布魯克Q8型直讀光譜儀，高純氬，壓力在0.3～0.4MPa之間。

1 直讀光譜分析原理

將加工好的塊狀樣品（試樣）放在電極架上作為一個電極，用光源激發時，發出的光進光道纖維到色散元件-凹面光柵，經分光后被聚焦在焦面上形成光譜。在焦面上放置若干個出射狹縫，將待測元素的特定波長引出，通過反射鏡，透射到光電倍增管上，然后將光能轉化成電能并由積分電容儲存。當曝光結束時，測量系統逐個測量積分電容器上的電壓，根據電壓大小和已繪制的工作曲線，可以確定未知試樣[1]的元素含量。全過程由電腦控制，通過打印機打印出被測元素的百分含量。

2 測量方法及過程

2.1 試樣制備

利用切割機切割試樣，將其分為直徑在30～50mm,高度10～50mm的塊狀樣品，之后利用光譜磨樣機打磨其表面，確保樣品表面平整、無氣孔、明顯夾雜、裂紋和油污，制成待測樣。

2.2 試樣測量

在直讀光譜儀出廠時，即根據生產需要制作了不同元素含量范圍的曲線，根據元素含量和樣品材料進行選取即可[2]。測量的過程中，每一塊試樣進行多次不同部位的連續激發，讀出測定元素含量，選出重復性好的數據，將單次測量值及平均值打印出來。

3 數學建模

3.1 建模

建立數學模型如下：Y=αx+β

其中Y代表試樣被測元素測定結果，x代表試樣被測元素強度，α,β為常數。

3.2 不確定度來源

不確定度來源主要包括五個方面：①測量重復而引入的不確定度，評定標準為A類；②標準物質引入的不確定度，評定標準為B類；③儀器引入的不確定度，評定標準為B類[3]；④曲線擬合引入的不確定度，評定標準為B類；⑤試樣制備引入的不確定度，評定標準為B類。

4 不確定度評定

測量結果不確定度的來源眾多，例如取樣、樣品均勻性、測量條件的變化、測量方法、操作、標準樣品不確定度都可能導致測量結果不確定度的出現。以“YSS040-2007材字910”鋁合金6063標樣硅測定為例，進行其測量結果的不確定度評定。

4.1 A類不確定度評定

根據硅含量10次重復測量值、平均值及試驗標準偏差S(Aa)，得出10次平均值的標準偏差：

4.2 B類不確定度評定

4.2.1 標準物質引入的不確定度ub1

標準物質不均勻性、變動性及標準物質定值都可能引入不確定度，通過標準物質證書可知，其標定元素均勻性優良，鋁合金材料性質較為穩定，化學成分穩定，因此可以忽略由此引入的不確定度，即ub1=0.

4.2.2 試樣制備引入的不確定度ub2

假定試樣均質，表面處理符合要求，則可以忽略試樣制備引入的不確定度，即ub2=0。

4.2.3 儀器引入的不確定度ub3

儀器分辨率可能會引入不確定度，根據本文采用的儀器說明書可知，其最小讀數為0.0001%，呈均勻分布，B類評定K=，則ub3=0.0001/K=0.0001=0.0058%。

4.2.4 曲線擬合引入的不確定度ub4

本試驗采用的直讀光譜儀有59個通道和4個鋁基工作曲線，同時包含4塊國際標樣[4]。進行漂移校正，儀器會自動對各個曲線校準，計算出α、β的值，如果α≈1，而β≈0，則曲線出廠斜率和元素強度值基本不發生變化，因此可以確定ub4為定值，ub4=0.007%。

5 合成標準不確定度

設Uab為單次測量結果的合成標準不確定度：

Uab==0.0073%。設U為擴展不確定度，對其進行評定，置信概率取95%，k=2：U=k×Uab=2× 0.0073%=0.0146%

6 測量結果及不確定度報告

采用直讀光譜法測定鋁合金中硅，當測量結果為0.435%± 0.0146%的時候，其擴展不確定度U=0.0146%。

通過直讀光譜測量不確定度的評定能夠找出引入不確定度的來源，從而針對性的進行改善，提升測量精度。測量不確定度能夠科學的體現出測量結果的質量和水平，是重要的直讀光譜測量分析精度的判斷依據。

[1]溫才云,譚崇凱.直讀光譜測量不確定度的評定研究[J].汽車齒輪,2011,04:40-44.

[2]馬峰.光電直讀光譜分析法測定重熔鋁錠中硅測量不確定度的評定[J].科技致富向導,2012,32:240-241.

[3]李偉杰.直讀光譜法測量鎂合金中錳含量的測量不確定度評定[J].化學研究,2014,03:238-241.

[4]王洪磊,辛星.關于測量不確定度的評定與驗證[J].技術與市場,2016,06:398-399.