钛合金中Al含量测定不确定度影响因素探讨与分析_材料检测

2016-02-26 11:17:58浏览量：1617

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，通过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)
元素	浓度c/mg/mL	1	2	3	平均吸光度(Ai)
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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