紅外碳硫儀測定焊劑中碳、硫含量的不確定度

劉小嫻，楊金艷

(南通市產品質量監督檢驗所，江蘇 南通 226600)

不確定度是衡量一個實驗數據準確程度的重要參數。目前已有介紹與研究紅外吸收法測定樣品的不確定度文獻[1-3]，但紅外碳硫分析儀測定焊劑中碳、硫含量測量不確定度的評定討論尚未見報道。使用該儀器對焊劑進行碳硫含量的測定，得到的每一分析結果都不是同一數值，它描述了測量結果正確性的可疑程度或不肯定程度，賦予為測量值具有分散性的特征。紅外吸收法測定焊劑中碳硫含量是2017年剛實施的檢測方法標準[4]。該方法檢測周期短、方法簡單、易操作。為保證分析結果的準確，其測量不確定度的評定對于實驗室識別檢測報告風險和內部質量控制具有重要的意義[5]。本文通過反復試驗和理論計算開展對焊劑中的碳以及硫的含量的計算進行不確定度評定，給出了焊劑中碳、硫元素測量不確定度，也提供了儀器的不確定度。

1 檢測原理

試樣在高溫爐充分燃燒燃燒，試樣中碳(C)經氧化轉化為二氧化碳，硫(S)轉化為二氧化硫氣體，經過吸收池，檢測器轉發為信號，經處理輸出結果，最后試樣中碳硫含量，以質量分數表示[6-7]。

2 檢測儀器及材料

CS-2800高頻紅外碳硫分析儀；電子天平；氧氣純度99.999%；氮氣純度99.99%；標準物質：碳硫用不銹鋼(316)。

3 檢測條件

環境溫度為25 ℃；相對濕度22%。

4 不確定度來源及評定過程

4.1 數學模型的建立

根據JJG395-1997，碳硫分析儀示值誤差不確定度評定的數學模型為：

y=x±U

式中：y——試樣中被測元素的測定結果，%

x——試樣中被測元素的含量讀數值，%

U——不確定度

4.2 不確定度來源

紅外碳硫分析儀測定焊劑中碳硫含量，偏差來自于測量中多項因素，具體來說，主要有以下八個方面：

(1)重復測量引入的測量不確定度。

(2)標準物質的定值引入的不確定度。

(3)標準物質產生的變動性引入的相對不確定度。

(4)電子天平稱量引入的標準不確定度。

(5)儀器顯示分辨力的不確定度。

(6)高頻紅外碳硫分析儀的示值引入的不確定度。

(7)助熔劑引入的不確定度。

(8)室溫下對測量結果影響很小，測量對溫度、濕度要求不高，故可忽略不計。

5 不確定度的評定

5.1 重復測量引入的測量不確定度(A類)

在可復現的條件下對同一試樣進行10次獨立測量，碳、硫含量10次測量的平均值、標準偏差如表1所示。

表1 樣品中碳、硫元素含量測試結果Table 1 Test results of carbon and sulfur content in samples (%)

5.2 標準物質的定值引入的不確定度(B1)

從標準物質證書中查到標準偏差為0.006%，測量次數為8，則：

5.3 標準物質產生的變動性引入的相對不確定度(B2)

用同一個標準物質重復校準測量三次，見表2。

表2 標準物質中碳、硫元素含量測試結果Table 2 Standard materials in the carbon， sulfur content test results (%)

5.4 電子天平稱量引入的相對不確定度 (B3)

電子天平稱量引入的相對不確定度包括被測樣品稱量和標準物質稱量。

5.4.1 被測樣品稱量(m)的不確定度

5.4.2 標準物質稱量(m)的不確定度

標準物質稱量的重復性已包括在測量的重復性中，不再計算。碳元素標準物質稱量Urel(B3)=0.82/1000=0.00082；硫元素標準物質稱量Urel(B3)=0.82/1000=0.00082。

5.5 儀器顯示分辨力的不確定度(B4)

5.6 由高頻紅外碳硫分析儀的不確定度引入的相對標準不確定度 (B5)

高頻紅外碳硫分析儀的校準證書上 C：U=0.02%；S：U=0.0010%，因此Urel(B5)=u/k=0.02%/2=0.01000%；Urel(B5)=u/k=0.0010%/2=0.00050%。

5.7 助熔劑引入的不確定度(B6)

在坩堝中不加樣品，只加助熔劑，按照試驗方法測試 4次，所得碳結果為：0.00025%、0.00030%、0.00038%、0.00026%，4次測量結果的標準偏差S=0.000035%。所得硫結果為：0.00010%、0.00008%、0.00011%、0.00010%，4次測量結果的標準偏差S=0.00004%。

5.8 測量溫度引入的不確定度

由于所使用高頻紅外碳硫分析儀配置有恒溫控制系統，環境溫度有空調控制，因此由測量溫度引入的不確定度可以忽略不計。

5.9 合成相對標準不確定度

綜合所有相對標準不確定度的分量，得到碳元素合成相對標準不確定度：

UC(ωC)=0.00383%×0.1061=0.00041%

硫元素合成相對標準不確定度：

UC(ωS)=0.00489%×0.2025=0.00099%

6 擴展不確定度的評定

取置信水平 95%，取包含因子k=2，得Uo=0.00041%×2=0.00082%；取包含因子k=2，得US=0.00099%×2=0.00198%。

7 測量結果的表示

該焊劑中碳含量為：ωc=(0.00383±0.00082)%，k=2；ωs=(0.00489±0.00198)%，k=2。

8 結 論

本文采用高頻紅外碳硫分析儀對焊劑中碳(C)和硫(S)元素含量進行了測量，并對影響數據準確性的不確定度進行多方面評估。根據分析可知，除了對結果影響很小的測量溫度分量以外，共7個分量組成。以上分量充分考慮了測量過程中系統效應和隨機效應所導致的測量結果不確定度[3]。因此嚴格按照規定進行試驗，把可以影響不確定度的因素降到最低，減少偶然誤差，提高實驗數據的穩定性和準確性。