關于ARL3460光譜分析儀數(shù)據(jù)偏移的影響因素

張樂 洪林林 馬波

摘要：在光譜定量分析中，由于受到諸多因素的影響，包括人員、環(huán)境、儀器性能等方面，使光譜分析儀發(fā)生數(shù)據(jù)偏移測。從客觀上來講，光譜分析儀數(shù)據(jù)偏移難以避免的誤差，因此在進行定量測定時不僅要得到被測組分的含量，而且必須對分析結果進行評價，判斷分析結果的準確性（可靠程度），檢查并分析產(chǎn)生誤差的原因，采取減小誤差的有效措施，從而不斷提高分析結果的準確程度。本文結合具體試驗，以ARL3460光譜分析儀為例，就不確定度來源分析展開分析，然后針對于ARL3460光譜分析儀測定碳素鋼中C、Si、Mn、P、S元素含量的不確定度評定，重點分析了分析計算各相對標準不確定度。

關鍵詞：ARL3460光譜分析；不確定度；來源分析；實驗分析

1、ARL3460光譜分析儀

ARL3460金屬分析儀是目前世界上最優(yōu)秀的直讀光譜儀最適用于日常生產(chǎn)控制，質量管理和特殊分析研究。該型號儀器遍及世界各地，廣泛用于各種技術材料的分析，特別是在鋼鐵工業(yè)的爐前和實驗室快速分析和低C、N、O、低As、Bi、Sb、Sn、鋼的分析；有色金屬、貴金屬分析；航空工業(yè)特種金屬材料等的分析。工業(yè)產(chǎn)發(fā)展的不斷需要，ARL直讀光譜儀不僅在分析鋼中氮，銅中氧和有色金屬中痕量元素方面具有新的突破，耐久可靠的結構設計和制造工藝，確保儀器在爐前和實驗室環(huán)境下都具有卓越的分析性能。在連續(xù)分析情況下可以較長時間不做儀器標準化

2、不確定度來源分析

從整個操作過程分析，影響ARL3460光譜分析儀光譜分析元素不確定度的因素有以下幾個方面：

（1）人員。包括測試人員的質量意識、技術水平、熟練程度及身體素質。測試人員對試樣的激發(fā)操作點不同引起測試結果偏差。

（2）儀器。光譜儀的穩(wěn)定性；光源的性能及其再現(xiàn)性；氬氣系統(tǒng)的穩(wěn)定程度（包括凈化程度、壓力、流量等）；試樣加工設備及電源穩(wěn)壓系統(tǒng)的精密度和所有這些設備的維護保養(yǎng)狀態(tài)；引起光譜儀的工作曲線的不確定度；標準試樣的不確定度，導致分析曲線的不確定度。

（3）試樣。包括試樣成分的均勻性，重復性，熱處理狀態(tài)及組織結構狀態(tài)。標準試樣及控制試樣成分的均勻性，成分含量標準的可靠性、其組織結構與被測試樣的組織結構的同一性以及制樣表面的光潔度。

（4）分析方法。分析方法本身的不確定度。校準曲線的制作及其擬合程度，操作規(guī)程（包括儀器參數(shù)的選擇，干擾元素的修正方式等）。

（5）環(huán)境。實驗室的溫度、濕度、噪聲和清潔條件等。

3、建立數(shù)學模型

建立與被測量有影響的量的函數(shù)關系：

y=x+b

式中：y—修正值

x—測量值

b—校正值

4、分析計算各相對標準不確定度

4.1 由測試人員引起的不確定度

ARL3460光譜分析試驗由同一測試人員進行試驗，不存在技術水平、操作熟練程度方面的偏差，因此由人員引起的不確定度可以忽略。

4.2 直讀光譜儀的相對標準不確定度

根據(jù)ARL3460光譜分析的計量校準證書，可以得出當K=2時的各元素的擴展不確定度，見表1：

分別計算可以得到相對標準不確定度：

4.3 光譜儀工作曲線的相對標準不確定度

從光譜儀的工作原理可知，分析曲線的不確定度與測試結果的范圍關系較大，用國家級標準樣品GSB 03—2021—2006的一套標樣，獲得7個點的坐標，制作各元素的分析曲線。計算機以最小二乘法擬合出各元素的分析曲線。本文以實驗的殘差值的百分比進行曲線的不確定度評定。

C元素的分析曲線為：

統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2所示。

Si元素的分析曲線為：

；

統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表3所示。

4.4 標準樣品的相對標準不確定度

用來制作工作曲線的國家級標準樣品GSB 03—2021—2006，引入的不確定度主要來源兩個方面：一是由標準物質的不均勻性引起的不確定度；二是由標準物質定值引起的不確定度。在此，可以認為標準物質是均勻的、穩(wěn)定的，由此引入的不確定度就可以忽略。由標樣定值引起的不確定度可以通過標準樣品證書中列出的標準偏差進行計算。

標準樣品的相對標準不確定度取各元素中相對相對標準不確定度的最大值，由上表可得出：

4.5 校準樣品的相對標準不確定度

用YSBS16203—2006耐候鋼光譜標準物質作為校準樣品，計算其相對標準不確定度，結果見表7，標準不確定度。

5 結論

用光電直讀光譜儀測定碳素鋼中的5種基本元素，它們的質量分數(shù)最終結果

分別為：

（0.0861±0.0066）%；k=2；

（0.3166±0.019）%；k=2；

（0.4603±0.032）%；k=2；

（0.0814±0.018）%；k=2；

（0.0074±0.0016）%；k=2。

通過評定可以看出，這些測量結果不確定度由多個分量組成，這些分量基本上考慮了測量過程中系統(tǒng)效應和隨機效應所導致的測量結果不確定度，結果比較準確可信。

6 結束語

綜合以上分析發(fā)現(xiàn)，應用光電直讀光譜分析時，其誤差的產(chǎn)生是時時刻刻都存在，很難避免的。只要大家有質量意識，有責任心，認真維護和保養(yǎng)儀器設備，按照儀器設備操作規(guī)程進行操作，就能夠有效的將系統(tǒng)誤差和偶然誤差控制在最低限度之內(nèi)。

參考文獻：

[1]陳海濱.熒光相關光譜分析儀的硬件系統(tǒng)設計[D]. 上海交通大學 2013

[2]李德生. 研制光譜分析儀探討[J]. 計量與測試技術. 2006（04）