高頻感應燃燒紅外吸收法測定中銅合金中硫含量的不確定度評定

陳彩霞，孫海峰

(1.國合通用測試評價認證股份公司，北京 100088；2.國標(北京)檢驗認證有限公司，北京 100088)

硫在銅中以化合物的形式存在，生成脆性化合物Cu2S，致使純銅在冷加工時產生冷脆，因此硫在銅中屬于有害元素，所以要控制硫在銅中的含量。紅外吸收法測定銅合金中的硫含量是較為普遍的分析方法。能否根據現有的條件給出一個測定結果準確度，將對科研和生產有著重大的指導作用。測量不確定度就是對測量結果的“可疑程度”的定量表征[1]。本文根據實際情況及JJF1059-1999《測量不確定度的評定與表示》[2]的有關規定，尤其是在文獻[3-9]的基礎上，建立了紅外吸收法測定銅合金中硫含量 的不確定度評估方法，不僅為銅合金中硫含量測定結果的準確度評定提供了依據，而且通過對不確定度來源的分析，可以找到影響測定不確定度的主要原因，盡力避免并加以改正，使測量結果更加準確可靠。

1 實驗部分

1.1 儀器與材料

高頻紅外碳硫分析儀：CS-844 型，美國LECO 公司；電子天平Sartorius 德國 BSA124S賽多利斯集團；鎢助熔劑(C<0.0008%，S<0.0005%)：河北故城新星金屬助溶劑材料有限公司；碳硫專用陶瓷坩堝(25 mm×25 mm)，醴陵市茶山萬財坩堝瓷業有限公司，使用前于馬弗爐內1200 ℃灼燒8～12 h，冷卻至室溫，放入干燥器中備用；TS-9 S：(0.0053)；沈陽信標科技有限公司。

1.2 實驗方法

稱取0.4～1.1 g樣品于坩堝中，添加助熔劑，放入儀器進行高頻燃燒，儀器通過紅外線吸收狀況自動得出分析結果。

1.3 數學模型

2 不確定度的來源

(1)重復測量引入的不確定度u(r)；

(2)稱量引起的不確定度值u(m)

(3)標準物質引入的不確定度u(f)；

(4)紅外碳硫分析儀示值引入的不確定度u(y)；

(5)空白值引入的不確定度%u(a)。

3 測量不確定度的評定

3.1 重復測量引入的不確定度u(r)

銅中硫含量一般進行10次重復測定，其硫檢測結果為：0.0052%、0.0051%、0.0052%、0.0050%、0.0052%、0.0051%、0.0049%、0.0052%、0.0050%、0.0049%，平均值為0.0051%，標準偏差為0.00013%。計算由重復性測量引入的硫的不確定度為：

3.2 標準物質引入的不確定度u(f)

標準物質的不確定度主要來源于兩個方面：

1)由不均勻性和變動性引起的不確定度。假設標準物質是均勻的、穩定的，即由此引起的不確定度可以忽略；2)由標樣定值引起的不確定度。標樣定值由5個實驗室共同完成，證書給出標準物質的S含量為0.0053%。S的標準不確定度為0.0004%，因此，S的相對標準不確定度為urel(f)=0.0004%/0.0053%=7.6×10-2。

3.3 稱量引起的不確定度值u(m)

包括了樣品和標準物質稱量的不確定度分量。稱量過程中包含了二個影響因素，即稱量的重復性和天平的誤差。

2)對于標準物質測量，其稱量的不確定度同樣品測量，

urel(mb)=0.082/500=1.7×10-4

3.4 紅外碳硫分析儀示值引入的不確定度u(y)

1)紅外碳硫分析儀示值分辨率δx為0.00001，則由此帶來的標準不確定度為:u(y1)=0.29δx=2.9×10-6

由以上兩項合成得出紅外碳硫分析儀示值的標準不確定度為:

3.5 空白值引入的不確定度%u(a)

4 合成標準不確定度

硫的合成標準不確定度urel(s)分別為：

5 擴展不確定度

結果服從正態分布，取置信概率p=95%，k=2，則擴展不確定度為：U(s)=ku(s)=2×4.0×10-4%=8.0×10-4%

6 結論

本次的測定結果可表示為：硫:(0.0051±0.0008)%；即有95%的可能性在0.0043%～0.0059%之間。該不確定度的計算，對測定結果給出一個較準確的波動范圍，對試驗室利用CS844紅外碳硫儀測定銅合金中硫含量有一定的指導意義。