淺析激光粒度儀測量鈦白粉粒徑的不確定度評定

吳燕俊，姜金波

(鎮(zhèn)江泛華檢測科技有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

鈦白粉作為一種具有廣泛用途的顏料，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，從原材料礦石的破碎開始，經(jīng)過黑段、白段、煅燒、表面處理，一步步純化，最終經(jīng)過表面處理生產(chǎn)出來；目前，國內(nèi)大多使用硫酸法的生產(chǎn)工藝，硫酸法的生產(chǎn)工藝，設(shè)備、工藝復(fù)雜，國外很多企業(yè)使用氯化法的生產(chǎn)工藝，氯化法設(shè)備簡單，工藝流程相對較短，鈦白粉的粒徑及生產(chǎn)工藝(包膜處理、研磨時間、煅燒)與用戶的使用要求密切相關(guān)，無論是硫酸法，還是氯化法，粒徑都是工藝生產(chǎn)或質(zhì)量控制的關(guān)鍵指標(biāo)[2]，由此，可以看出，鈦白粉的粒徑測試準(zhǔn)確度和精密度是至關(guān)重要的[2]。

實驗室粒徑測試依據(jù)GB/T 19077-2016：粒度分布激光衍射法[1]，文章依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測試，并進(jìn)行了不確定度的評定，不確定度的評定依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JJF1059-2012：測量不確定度評定與表示[3]；激光粒度儀測試粒徑受多方面因素的干擾，比如：制樣過程，分散過程，儀器測試過程等，這也給不確定度的評定帶來很多困難，本文主要考慮了4個分量，即精密度u(rep)、準(zhǔn)確度u(D50，標(biāo))、系統(tǒng)偏差u(system)及儀器u(儀器)，其中u(儀器)和系統(tǒng)偏差u(system)是從激光粒度儀本身出發(fā)確定測試誤差，u(rep)和u(D50，標(biāo))是從測試方法出發(fā)考慮測試誤差，給儀器測量不確定度的評定提供了新的思路[4-7]。

1 實 驗

1.1 主要儀器與試劑

分析天平，梅特勒-托利多國際貿(mào)易(上海)有限公司；Bettersize3000激光粒度儀，丹東百特儀器有限公司；超聲波清洗機(jī)，上海煜南儀器有限公司。

十二烷基苯磺酸鈉，上海信帆生物科技有限公司；粒徑標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)120037，北京盈澤納新化工技術(shù)研究院；鈦白粉R-1，江蘇泛華化學(xué)科技有限公司。

1.2 實驗方法描述

分析天平稱取0.8 g分散劑十二烷基苯磺酸鈉，加入到50 mL燒杯中，加蒸餾水40 mL，溶解至透明，加入0.20 g鈦白粉R-1，放到KC-20A潔康超聲波清洗機(jī)中，超聲10 min，用滴管滴加分散好的鈦白粉懸濁液，然后用Bettersize3000激光粒度儀進(jìn)行測試，鈦白粉懸濁液的加量依據(jù)遮光度的大小而定，遮光度控制在6%左右，連續(xù)測試3次，取3次平均值為鈦白粉R-1的測得值；粒徑標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)120037測試方法同鈦白粉R-1的測試過程，鈦白粉R-1及粒徑標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)120037的測試結(jié)果見表1和表2。

2 不確定影響因素的分析

2.1 數(shù)學(xué)模型

D樣品=D儀器

式中：D樣品為被測樣品粒度；D儀器為測量儀器示值。

2.2 不確定度來源的分析

粒徑測試結(jié)果由激光粒度儀直接測得，其測試誤差來自于儀器測試的準(zhǔn)確性、精密度和儀器自身，同時考慮了儀器是否存在系統(tǒng)誤差。繪制粒徑測試的不確定度分量的因果圖，見圖1。

圖1 粒徑測試的不確定度因果分析圖

(1)精密度引入的不確定度：精密度引起的誤差通過貝賽爾公式計算得到。

(2)準(zhǔn)確性引入的不確定度：儀器測試的準(zhǔn)確性通過外標(biāo)，即標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)衡量，采用B類不確定度的評定方法。

(3)系統(tǒng)誤差引入的不確定度：在粒度的檢測過程中可能存在固定的誤差，一般由儀器本身導(dǎo)致。

(4)儀器引入的不確定度：傳感器和光學(xué)鏡片等儀器配件在粒徑測試過程中帶來的誤差。

2.3 不確定度分量的計算

2.3.1 方法精密度引入的不確定urel(rep)

依據(jù)1.2描述的實驗方法，制備粒度測試的樣品鈦白粉R-1一共6份，測試鈦白粉R-1的中值徑

D50及標(biāo)準(zhǔn)偏差，數(shù)據(jù)結(jié)果見表1。urel(rep)的計算如下：

表1 鈦白粉R-1的粒徑測試結(jié)果

2.3.2 準(zhǔn)確性引入的不確定度urel(D50，標(biāo))

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)120037的D50為0.83 μm，擴(kuò)展不確定度U=0.06 μm，k=2，則u=U/k=0.03 μm，因此urel(D50，標(biāo))=u/D50=0.036。

2.3.3 系統(tǒng)誤差引入的不確定度urel(system)

首先判斷是否對測試結(jié)果進(jìn)行必要的修正，粒度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)120037(D50)中值徑標(biāo)準(zhǔn)值為0.83 μm)，連續(xù)測試標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)6次的數(shù)據(jù)見表2。

表2 GBW(E)120037的粒徑測試結(jié)果

2.3.4 儀器引入的不確定度urel(儀器)

3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

=0.038

4 擴(kuò)展不確定度的評定

置信水平為95%時，包含因子k=2，則鈦白粉R-1中值徑D50的擴(kuò)展不確定度U=kuc(D50)=0.024 μm。所以，鈦白粉R-1中值徑D50的值為(0.308±0.024) μm。