钛合金中Al含量测定不确定度影响因素探讨与分析
2016-02-26 浏览量：1610
摘要：本文主要叙述了在钛合金材料分析中如何进行不确定度分析，对不确定度影响因素进行评估分析，分析出影响不确定度的关键因素。
关键词：不确定度；不确定度分析；标准不确定度；扩展不确定度
引言
一般来说，在材料分析测试工作中，如果检测实验室仅给出测试结果及相关数据，而没有出具测试结果的可信程度，严格意义来说只完成了测试工作量的一半，对测试结果的评价分析并未进行。由于存在各种不确定因素，测试数据与被测真值之间有误差。传统做法是用测量的准确度和误差来衡量。但是，通常说的准确度和误差只是一个定性的、理想化的概念。在应用时只是说准确度的高低和误差的大小。不能确切给出准确度和误差的数值。
近年来，不确定度分析逐步取代误差分析，用于对测试结果的评价。不确定度是测量结果的可靠程度，用于表征合理地赋予被测量值的分散性，它是测量结果含有的一个参数，能够定量的表征测试结果的质量。一般来说，不确定度越小，测试结果质量越高，测试水平越先进，使用价值越高。然而，如何合理的评估不确定度，如何查找不确定度的影响因素，这都是分析工作者关心的问题。本文主要以钛合金中铝含量不确定度分析为例，顺利获得对不确定度影响因素进行评估分析，分析探讨出影响铝含量不确定度的关键因素。
1 不确定度分析
1.1参考依据
适用范围HB 7716.13-2002 《钛合金化学成分光谱分析方法 第十三部分 电感耦合等离子体原子发射光谱法》中Al含量测试的不确定度分析
1.2 方法概要
①样品前处理，称取0.1g样品，称量平行样，将样品置于100mL玻璃烧杯中，加入20mL硫酸加热消解至完全，滴加硝酸至溶液紫色消失，然后转移至200mL容量瓶中，并加入200μL 1000mg/L的Y标液做内标，定容至刻度。
②标准曲线配置，将铝标准溶液稀释成不同浓度的系列标准溶液。
③建立工作曲线，用经空白溶液调零的电感耦合等离子体发射光谱仪测量铝标准溶液，建立浓度ci与强度Ai的线性工作曲线Ai=b×ci+a
④测样，用电感耦合等离子体发射光谱仪测试样品溶液，测平行样，依次得到平均发光强度A、浓度c0、铝含量以及扩展不确定度U。
1.3建立数学模型
待测溶液中Al的含量wt%,以 ICP- OES 直接分析时,所得含量可以下式表示﹕
wt%=c0×V /m
wt%----钛合金中Al含量，6.55%；
c0----由标准曲线求得的样品溶液中Al浓度，（≈32.63mg/L）；
V----样品溶液的定容体积，(200mL)；
m----样品质量，（0.1g）；
1.4测量结果
测平行样，铝平均含量为wt%=6.552%
1.5.不确定度分量的识别、分析和量化
按照数学模型以及方法概要，其不确定度来源有4个:
①测量重复性u1(1.5.1);
②天平称量m引入的标准不确定度u2 (1.5.2);
③定容体积V引入的标准不确定度u3 (1.5.3);
④样品溶液铝浓度c0引入的标准不确定度u4 (1.5.4) 。
1.5.1测量重复性u1
在做方法验收时，对样品做了平行样测试，测两次结果如下：
| No. | 1. | 2. | 平均值(Wt%) | 标准偏差(S) |
| Al(Wt%) | 6.51 | 6.59 | 6.55 | 0.0552% |
可知，u1=0.0552%
1.5.2天平称量m引入的标准不确定度u2
以校准报告中的扩展不确定度,作为秤重天秤不确定度的依据.在K = 2 时,秤重天秤的扩展不确定度为 0.1 mg(0.0001 g)，其标准不确定度为0.1/2=0.05mg.
称量两个平行样，于是，样品称重的标准不确定度u( Ws )
对数学模型进行求导，相对对质量m的灵敏系数为0.0007mg^(-1)
因此，可求得u2=0.00497%
1.5.3定容体积V引入的标准不确定度u3
根据容量瓶(200ml)证书,200ml定量瓶容许扩展不确定度在20℃时为±0.15ml,假设矩形分配:
对数学模型进行求导，相对对体积V的灵敏系数为0.3270L^(-1)
因此，可求得u3=0.0028%
1.5.4样品溶液铝浓度c0引入的标准不确定度u4
采用Perkin Elmer Optima 8000 DV 型全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪测定溶液中的Al，校准曲线测定结果见下表：
| 元素 | 浓度c/mg/mL | 吸光度 | 平均吸光度(Ai) | ||
| 1 | 2 | 3 | |||
| Al | 0 | 10316.5 | 10228.3 | 10673.6 | 10406.1 |
| 2 | 332170.7 | 332358.8 | 334706.4 | 333078.6 | |
| 5 | 820433.5 | 830333.5 | 835645.7 | 828804.2 | |
| 15 | 2443327.2 | 2455167.5 | 2480835.1 | 2459776.6 | |
| 30 | 5188054 | 5130146.8 | 5142609.3 | 5153603.4 | |
| 50 | 8672548.1 | 8575710.3 | 8682348.0 | 8643535.5 | |
计算得截距a= -47022.4，斜率b= 170200，R2=0.999778
待测样品以ICP-OES分析后得浓度 Cx,以最小线性平方法微分处理后,得到不确定度 u(c0)的计算公式﹕
P: 量测C0之测量数（P=3）
n:检量线制作之测量数(n=18)
c0:待测液之浓度(c0=32.63mg/L)
cA:检量线各点浓度之平均值(CA =17)
对数学模型进行求导，相对对浓度c0的灵敏系数为0.002L/mg
因此，可求得u4=0.0468%
2 计算合成标准不确定度uc
| 序号 | 符号 | 来源 | 不确定度类别 | 量值 |
| 1 | u1 | 测量重复性 | A类 | 0.0522% |
| 2 | u2 | 样品称量 | B类 | 0.00497% |
| 3 | u3 | 定容体积 | B类 | 0.0028% |
| 4 | u4 | 样品Al浓度 | A类 | 0.0468% |
结果完整表达为：当样品中Al含量为6.55%时，扩展不确定度U=0.14%,k=2。
3 结束语
从以上分析结果上看，在钛合金材料分析中，对Al含量不确定度影响的关键因素分别是测量重复性u1和样品Al浓度u4，另外两个影响因素（样品称量&定容体积）影响程度较小。
参考文献
[1]安敬学，王春玉，许明峰，李玲 不确定度评定的简化分析[B] 应用能源技术 2013年第11期（总第191期）
[2]倪晓丽 化学分析测量 不确定度评定指南
*** 结束 ***
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