高頻感應(yīng)燃燒紅外吸收法測(cè)定中銅合金中硫含量的不確定度評(píng)定

陳彩霞，孫海峰

(1.國(guó)合通用測(cè)試評(píng)價(jià)認(rèn)證股份公司，北京 100088；2.國(guó)標(biāo)(北京)檢驗(yàn)認(rèn)證有限公司，北京 100088)

硫在銅中以化合物的形式存在，生成脆性化合物Cu2S，致使純銅在冷加工時(shí)產(chǎn)生冷脆，因此硫在銅中屬于有害元素，所以要控制硫在銅中的含量。紅外吸收法測(cè)定銅合金中的硫含量是較為普遍的分析方法。能否根據(jù)現(xiàn)有的條件給出一個(gè)測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度，將對(duì)科研和生產(chǎn)有著重大的指導(dǎo)作用。測(cè)量不確定度就是對(duì)測(cè)量結(jié)果的“可疑程度”的定量表征[1]。本文根據(jù)實(shí)際情況及JJF1059-1999《測(cè)量不確定度的評(píng)定與表示》[2]的有關(guān)規(guī)定，尤其是在文獻(xiàn)[3-9]的基礎(chǔ)上，建立了紅外吸收法測(cè)定銅合金中硫含量 的不確定度評(píng)估方法，不僅為銅合金中硫含量測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度評(píng)定提供了依據(jù)，而且通過對(duì)不確定度來源的分析，可以找到影響測(cè)定不確定度的主要原因，盡力避免并加以改正，使測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與材料

高頻紅外碳硫分析儀：CS-844 型，美國(guó)LECO 公司；電子天平Sartorius 德國(guó) BSA124S賽多利斯集團(tuán)；鎢助熔劑(C<0.0008%，S<0.0005%)：河北故城新星金屬助溶劑材料有限公司；碳硫?qū)Ｓ锰沾邵釄?25 mm×25 mm)，醴陵市茶山萬(wàn)財(cái)坩堝瓷業(yè)有限公司，使用前于馬弗爐內(nèi)1200 ℃灼燒8～12 h，冷卻至室溫，放入干燥器中備用；TS-9 S：(0.0053)；沈陽(yáng)信標(biāo)科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

稱取0.4～1.1 g樣品于坩堝中，添加助熔劑，放入儀器進(jìn)行高頻燃燒，儀器通過紅外線吸收狀況自動(dòng)得出分析結(jié)果。

1.3 數(shù)學(xué)模型

2 不確定度的來源

(1)重復(fù)測(cè)量引入的不確定度u(r)；

(2)稱量引起的不確定度值u(m)

(3)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度u(f)；

(4)紅外碳硫分析儀示值引入的不確定度u(y)；

(5)空白值引入的不確定度%u(a)。

3 測(cè)量不確定度的評(píng)定

3.1 重復(fù)測(cè)量引入的不確定度u(r)

銅中硫含量一般進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)定，其硫檢測(cè)結(jié)果為：0.0052%、0.0051%、0.0052%、0.0050%、0.0052%、0.0051%、0.0049%、0.0052%、0.0050%、0.0049%，平均值為0.0051%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.00013%。計(jì)算由重復(fù)性測(cè)量引入的硫的不確定度為：

3.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度u(f)

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不確定度主要來源于兩個(gè)方面：

1)由不均勻性和變動(dòng)性引起的不確定度。假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是均勻的、穩(wěn)定的，即由此引起的不確定度可以忽略；2)由標(biāo)樣定值引起的不確定度。標(biāo)樣定值由5個(gè)實(shí)驗(yàn)室共同完成，證書給出標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的S含量為0.0053%。S的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.0004%，因此，S的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為urel(f)=0.0004%/0.0053%=7.6×10-2。

3.3 稱量引起的不確定度值u(m)

包括了樣品和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱量的不確定度分量。稱量過程中包含了二個(gè)影響因素，即稱量的重復(fù)性和天平的誤差。

2)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)量，其稱量的不確定度同樣品測(cè)量，

urel(mb)=0.082/500=1.7×10-4

3.4 紅外碳硫分析儀示值引入的不確定度u(y)

1)紅外碳硫分析儀示值分辨率δx為0.00001，則由此帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:u(y1)=0.29δx=2.9×10-6

由以上兩項(xiàng)合成得出紅外碳硫分析儀示值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

3.5 空白值引入的不確定度%u(a)

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

硫的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(s)分別為：

5 擴(kuò)展不確定度

結(jié)果服從正態(tài)分布，取置信概率p=95%，k=2，則擴(kuò)展不確定度為：U(s)=ku(s)=2×4.0×10-4%=8.0×10-4%

6 結(jié)論

本次的測(cè)定結(jié)果可表示為：硫:(0.0051±0.0008)%；即有95%的可能性在0.0043%～0.0059%之間。該不確定度的計(jì)算，對(duì)測(cè)定結(jié)果給出一個(gè)較準(zhǔn)確的波動(dòng)范圍，對(duì)試驗(yàn)室利用CS844紅外碳硫儀測(cè)定銅合金中硫含量有一定的指導(dǎo)意義。