卡爾費(fèi)休庫侖法微量水分測(cè)定儀示值誤差的不確定度評(píng)定

嚴(yán)安 陳會(huì)濤

摘要：為了獲得卡爾費(fèi)休庫侖法微量水分測(cè)定儀示值誤差的不確定度，通過將被校儀器測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值兩者差值作為卡爾費(fèi)休庫侖法微量水分測(cè)定儀示值誤差，依據(jù)JJG044-2008《卡爾·費(fèi)休庫侖法微量水分測(cè)定儀檢定規(guī)程》、JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》等文獻(xiàn)，評(píng)定出卡爾費(fèi)休庫侖法微量水分測(cè)定儀示值誤差的不確定度。

Abstract： In order to obtain the uncertainty of indication error of Karl Fischer coulometric determination microscale water content determinator， the difference of the measured value of calibrated instruments and the standard values of standard material is taken as the indication error of Karl Fischer coulometric determination microscale water content determinator. According to JJG044-2008 "Vertification Regulation of Karl·Fischer Coulometric Determination Microscale Water Content Determinator"， JJF1059.1-2012 "Evaluation and Expression of Measurement Uncertainty" and other literatures， the uncertainty of Karl Fischer coulometric determination microscale water content determinator is evaluated.

關(guān)鍵詞：卡爾費(fèi)休庫侖法；水份測(cè)定儀；示值誤差；不確定度

Key words： Karl Fischer coulometric determination；water content determinator；indication error；uncertainty

中圖分類號(hào)：TH837 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）09-0227-03

0 引言

隨著科學(xué)研究的發(fā)展和生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，水分的定量分析已被列為各類物質(zhì)理化分析的基本項(xiàng)目之一，作為各類物質(zhì)的一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)?？栙M(fèi)休庫侖法是其中一種既經(jīng)濟(jì)有準(zhǔn)確的方法，被許多國家定為標(biāo)準(zhǔn)方法，用來校準(zhǔn)其他方法和測(cè)量?jī)x器。正確有效的對(duì)卡爾費(fèi)休庫侖法微量水分測(cè)定儀示值誤差進(jìn)行不確定度評(píng)定，對(duì)卡爾費(fèi)休庫侖法微量水分測(cè)定儀的使用及校準(zhǔn)都具有重要的意義。

1 概述

①校準(zhǔn)依據(jù)：JJG1044-2008《卡爾·費(fèi)休庫侖法微量水分測(cè)定儀檢定規(guī)程》。②環(huán)境條件：室溫：（10～30）℃，相對(duì)濕度：≤80%。③測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)：液體水分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW13512，其定值的標(biāo)準(zhǔn)值為1.000×10-2，擴(kuò)展不確定度為0.013×10-2（k=2）；液體水分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW13513，其定值的標(biāo)準(zhǔn)值為0.1066×10-2，擴(kuò)展不確定度為0.0031×10-2（k=2）；液體水分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW13514，其定值的標(biāo)準(zhǔn)值為0.0139×10-2，擴(kuò)展不確定度為0.0012×10-2（k=2）。④被校對(duì)象：卡爾·費(fèi)休水分測(cè)定儀。⑤校準(zhǔn)過程：選取干燥的10μL進(jìn)樣針，用天平對(duì)其稱重M1，抽取10μL液體水分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW13513，再次稱重M2，兩次的差值M即為此次抽取的標(biāo)物重量，根據(jù)標(biāo)物證書給出的標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算含水的質(zhì)量m1，將抽取的標(biāo)液注入被校的卡爾·費(fèi)休水分測(cè)定儀，測(cè)量所的值為m2，計(jì)算兩者的差值，重復(fù)測(cè)量三次取平均值，同理進(jìn)樣GBW13512和GBW13514，以相同方法計(jì)算示值誤差。

2 數(shù)學(xué)模型

Δx=xi-xs

式中：Δx— 示值誤差，μg；xi—檢定點(diǎn)的測(cè)量值，μg；xs— 檢定點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)值，μg。

3 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

3.1 輸入量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1的評(píng)定

①被檢儀器重復(fù)性引入的不確定度分量u11，可以通過連續(xù)測(cè)量得到測(cè)量列，采用A類方法進(jìn)行評(píng)定。

對(duì)被?？枴べM(fèi)休水分測(cè)定儀，選取液體水分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW13513，重復(fù)測(cè)量10次，測(cè)得數(shù)據(jù)如表1所示。

■

則有：x=■■xi=100.96μg

計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差s為

s=■×■×100%=0.23%

u11=■=0.068%

同理選取液體水分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW13512，GBW13514，同樣方法測(cè)量10次，測(cè)的數(shù)據(jù)如表2、表3、表4所示（1000μg，5000μg選取同一種標(biāo)物）：

計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差s為

s=■×■×100%=0.31%

u12=■=0.096%

■

計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差s為

s=■×■×100%=0.32%

u13=■=0.11%

■

計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差s為

s=■×■×100%=0.15%

u14 =■=0.048%

②被檢儀器分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 u12。

所選儀器在測(cè)量含水量約100μg的樣品時(shí)，其最小分辨力為0.001μg，其變化半寬度為0.05，按均勻分布處理，計(jì)算得u12=■×100%=0.0003%

由于最小分辨力引入的不確定度分量遠(yuǎn)小于儀器重復(fù)性引入的不確定度分量，因此可忽略儀器分辨力引入的不確定度分量u12。

3.1.2 輸入量xs引入的不確定度分量u2的評(píng)定

輸入量xs引入的不確定度主要來源于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值的不確定度和天平稱量引入的不確定度。

①標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度分量 ua。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度分量采用B類方法進(jìn)行評(píng)定，可直接查詢標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書，得GBW13513標(biāo)物的標(biāo)準(zhǔn)值為0.1066（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，×10-2），其擴(kuò)展不確定度為0.0031（×10-2，k=2）；GBW13512標(biāo)物的標(biāo)準(zhǔn)值為1.00（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，×10-2），其擴(kuò)展不確定度為0.013（×10-2，k=2）。GBW13513標(biāo)物的標(biāo)準(zhǔn)值為0.0139（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，×10-2），其擴(kuò)展不確定度為0.0012（×10-2，k=2）。因此，標(biāo)物引入的相對(duì)不確定度為：ua1=0.0031/（2×0.1066）=1.45%；ua2=0.013/（2×1.000）=0.65%；ua3=0.0012/（2×0.0139）=4.32%

②天平稱量引入的不確定度分量 ub。根據(jù)規(guī)程要求，選用天平的感量為0.01mg，稱量標(biāo)物時(shí)，選擇標(biāo)物GBW13513，則標(biāo)樣的重量約為1.0mg，則其相對(duì)誤差為：0.01mg/1.0mg=1.0%，按矩形分布處理，則天平引入的不確定度分量u22為：ub=1%/■=0.58%

由上可知，輸入量xs引入的不確定度分量u2為：

u21=■=1.56%

u22=■=0.87%

u23=u24=■=4.36%

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

4.1 靈敏系數(shù)

數(shù)學(xué)模型Δx=xi-xs

靈敏系數(shù)c1=■=1，c2=■=-1

4.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

進(jìn)樣量含水量約為100μg時(shí)，不確定度分量匯總?cè)绫?所示。

■

進(jìn)樣量含水量約為1000μg時(shí)，不確定度分量匯總?cè)绫?所示。

■

進(jìn)樣量含水量約為5000μg時(shí)，不確定度分量匯總?cè)绫?所示。

■

進(jìn)樣量含水量約為10μg時(shí)，不確定度分量匯總?cè)绫?所示。

■

4.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

輸入量xi與xs彼此獨(dú)立不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可按下式得到：

u■■（ΔT）=■u（xi）■+■u（xs）■=[c1u1]2+[c2u2]2

因此將上述表格代入計(jì)算：進(jìn)樣量含水量約為5000μg時(shí)：uc=■=0.87%；進(jìn)樣量含水量約為1000μg時(shí)：uc=■=0.88%；進(jìn)樣量含水量約為100μg時(shí)：uc=■=1.6%；進(jìn)樣量含水量約為10μg時(shí)：uc=■=4.4%。

5 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

取包含因子k=2，根據(jù)上述計(jì)算：進(jìn)樣量含水量約為5000μg時(shí)（選擇標(biāo)物GBW13512）： Urel=2×0.87%=2%（k=2）；進(jìn)樣量含水量約為1000μg時(shí)（選擇標(biāo)物GBW13512）：Urel=2×0.88%=2%（k=2）；進(jìn)樣量含水量約為100μg時(shí)（選擇標(biāo)物GBW13513）：Urel=2×1.6%=4%（k=2）；進(jìn)樣量含水量約為10μg時(shí)（選擇標(biāo)物GBW13514）：Urel=2×4.4%=9%（k=2）。

6 應(yīng)用

本地區(qū)一生化科技公司實(shí)驗(yàn)室有一臺(tái)型號(hào)為870KF、編號(hào)為000667288、生產(chǎn)廠家為瑞士萬通的在用且經(jīng)檢定合格的水分測(cè)定儀，在1000μg處，其示值誤差為25μg。對(duì)該儀器進(jìn)行儀器特性評(píng)定，所得數(shù)據(jù)如表9所示。

7 結(jié)論

生化科技公司實(shí)驗(yàn)室水分測(cè)定儀的特性評(píng)定結(jié)果為25μg≤53μg-20μg，達(dá)到了“合格”等級(jí)，說明本文所述卡爾費(fèi)休庫侖法微量水分測(cè)定儀示值誤差的不確定度評(píng)定方法依據(jù)正確，過程合理，切實(shí)可行，所得不確定度評(píng)定結(jié)果可以合理使用。建議將本方法應(yīng)用到更多水分測(cè)定儀誤差評(píng)定項(xiàng)目中，使之接受更多的實(shí)踐檢驗(yàn)，不斷完善和修正，從而不斷提高水分測(cè)定儀誤差不確定度評(píng)定的效率和準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

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[4]JJF1059.1-2012，測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].