CS-2000紅外碳硫儀測定鐵礦石中硫的不確定度評定

李 娜 劉 勇 芮洪敏

(包鋼集團礦山研究院)

使用CS-2000紅外碳硫儀測定鐵礦石中硫含量是比較普遍的分析方法，隨著近幾年檢測水平的不斷提高，對測量結果的要求越來越高。為了提高檢測結果的準確度，本文依據JJF 1059—2012《測量不確定度評定與表示》計量技術規范，應用統計分析方法建立了CS-2000紅外碳硫儀測定鐵礦石中硫含量過程的A類及B類不確定度的來源及分量，最后給出了合成標準不確定度和擴展不確定度。

1 試驗部分

1.1 主要儀器和材料

試驗主要儀器和材料為CS-2000紅外碳硫分析儀(德國ELTRA公司)；電子天平0.1 mg(德國ELTRA公司)；無水高氯酸鎂、堿石棉、玻璃棉、脫脂棉、氧化銅；陶瓷坩堝：使用前在1 000 ℃下灼燒2 h，取出后置于干燥器中冷卻并保存；助熔劑：純鐵、錫粒和鎢粒等各種助熔劑，其C≤0.008%，S≤0.000 5%；氣體：氮氣、氧氣(純度大于99.5%)。

標準物質：CBW07223a赤鐵礦，GSB03-2038-2006鐵礦石，GBW(E)070086磁鐵精礦，GBW07222a菱鐵礦。

1.2 試驗操作

(1)開機，開通氧氣0.2 MPa、動力氣0.4 MPa。

(2)高頻爐由0檔開到1檔為待機狀態，此狀態分析氣路無氧氣，紅外池開始加熱，達到穩定時間為1 h左右。

(3)由1檔放到3檔為高頻爐分析狀態，此狀態適于分析礦石、鋼、鑄鐵等金屬樣品，分析前約有15 min穩定時間。

(4)按操作步驟進行校準和測定：在分析畫面下，選取同類型標樣進行測量，按住Ctrl鍵，用左鍵選擇要校正的數據，然后點擊校正按鈕(Calibration)，進入校正畫面。選擇所需的低硫、高硫通道，在標準值欄(standard)輸入標準值。然后，開始分析試樣。

2 不確定度評定

2.1 建立數學模型

高頻紅外碳硫分析儀采用計算機進行數據運算及處理，因此測定值即為顯示值，其數學模型為[1]：

Y=X，

(1)

式中，Y為未知樣中被測元素的測定結果，%；X為未知樣中被測元素的含量讀數值，%。

2.2 不確定度來源分析

(1)檢測人員測量過程中隨機因素引入的測量不確定度分量。

(2)電子天平稱量引入的不確定度分量。

(3)標準物質引入的不確定度分量。

(4)由儀器的不確定度引入的不確定度分量。

2.3 不確定度分量的評定

2.3.1 由隨機效應(A類評定)引入的相對標準不確定度分量urel(w1)[2]

(2)

收集試驗室該類試樣的分析數據見表1。

表1 同類分析數據統計

將表中數據代入公式(1)可知：

u(W1)=0.001 978 .

2.3.2 由系統效應(B類評定)引入的相對標準不確定度分量urel(w2)

(1)電子天平稱量引入的相對標準不確定度分量urel(m)評定。電子天平的分辨力為0.000 1 g，天平稱量入的不確定度主要由電子天平的分辨力δx導致，屬均勻分布，故：

(2)標準物質的定值引入的相對標準不確定度分量Urel(S)。鐵礦石試樣的硫含量為0.024 8%，選3個同類型鐵礦的標準物質，根據標準物質證書上的信息，CBW07223a硫含量認定值為0.036%，定值標準偏差為SR=0.002%，定值組數為8組，標準物質的相對標準不確定度為：

(3)由儀器的不確定度引入的相對標準不確定度分量urel(R)。①由儀器波動引入的不確定度：儀器波動有隨機波動和定向波動兩種，隨機波動已包括在A類之中；定向波動已由儀器漂移校正，可忽略不計；②儀器靈敏度引入的相抵標準不確定度：測量儀器顯示的最小單位為0.000 1分辨力(δx)，其標準不確定度U(δx)=0.000 029%，儀器度數的相對標準不確定度U(δx)rel=0.001 2。

上述不確定度分量獨立不相關，由系統效應引入的相對標準不確定度分量可合成為：

(4){HJ*5/9其他影響。由于儀器測量的穩定性與環境溫度、濕度、電壓都有關系，這些因素對儀器測量結果的影響體現在隨機因素中，可以忽略計算。

3 合成標準不確定度

該評定中涉及的相對標準不確定度分量見表2。

由于系統效應和隨機效應彼此不相關，相對合成標準不確定度為：

合成標準不確定度為：

U(w)=W×ucrel(w)=0.000 804% .

4 擴展不確定度

取k=2(置信概率95%)擴展不確定度為：

U=k×U(w)=0.001 6% .

所以該方法中的測量不確定度報告可表示為：

w(S)=(0.024 8±0.001 6)%，k=2 .

5 結 語

通過討論紅外碳硫儀測定鐵礦石中硫元素含量不確定度的評定，評定結果表明，在各不確定度分量中，對測量結果影響最大的是標準物質認定值引入的不確定度，其次是測量的重復性引入的不確定度。因此，若要保證分析結果的準確度，首先要選擇定值準確、不確定度較小的標準物質，其次必須嚴格控制分析過程的每一步，盡量保證儀器的穩定和操作的一致性。