鈦合金中Al含量測(cè)定不確定度影響因素探討與分析
2016-02-26 瀏覽量:1610
摘要:本文主要敘述了在鈦合金材料分析中如何進(jìn)行不確定度分析,對(duì)不確定度影響因素進(jìn)行評(píng)估分析,分析出影響不確定度的關(guān)鍵因素。
關(guān)鍵詞:不確定度;不確定度分析;標(biāo)準(zhǔn)不確定度;擴(kuò)展不確定度
引言
一般來說,在材料分析測(cè)試工作中,如果檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室僅給出測(cè)試結(jié)果及相關(guān)數(shù)據(jù),而沒有出具測(cè)試結(jié)果的可信程度,嚴(yán)格意義來說只完成了測(cè)試工作量的一半,對(duì)測(cè)試結(jié)果的評(píng)價(jià)分析并未進(jìn)行。由于存在各種不確定因素,測(cè)試數(shù)據(jù)與被測(cè)真值之間有誤差。傳統(tǒng)做法是用測(cè)量的準(zhǔn)確度和誤差來衡量。但是,通常說的準(zhǔn)確度和誤差只是一個(gè)定性的、理想化的概念。在應(yīng)用時(shí)只是說準(zhǔn)確度的高低和誤差的大小。不能確切給出準(zhǔn)確度和誤差的數(shù)值。
近年來,不確定度分析逐步取代誤差分析,用于對(duì)測(cè)試結(jié)果的評(píng)價(jià)。不確定度是測(cè)量結(jié)果的可靠程度,用于表征合理地賦予被測(cè)量值的分散性,它是測(cè)量結(jié)果含有的一個(gè)參數(shù),能夠定量的表征測(cè)試結(jié)果的質(zhì)量。一般來說,不確定度越小,測(cè)試結(jié)果質(zhì)量越高,測(cè)試水平越先進(jìn),使用價(jià)值越高。然而,如何合理的評(píng)估不確定度,如何查找不確定度的影響因素,這都是分析工作者關(guān)心的問題。本文主要以鈦合金中鋁含量不確定度分析為例,通過對(duì)不確定度影響因素進(jìn)行評(píng)估分析,分析探討出影響鋁含量不確定度的關(guān)鍵因素。
1 不確定度分析
1.1參考依據(jù)
適用范圍HB 7716.13-2002 《鈦合金化學(xué)成分光譜分析方法 第十三部分 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法》中Al含量測(cè)試的不確定度分析
1.2 方法概要
①樣品前處理,稱取0.1g樣品,稱量平行樣,將樣品置于100mL玻璃燒杯中,加入20mL硫酸加熱消解至完全,滴加硝酸至溶液紫色消失,然后轉(zhuǎn)移至200mL容量瓶中,并加入200μL 1000mg/L的Y標(biāo)液做內(nèi)標(biāo),定容至刻度。
②標(biāo)準(zhǔn)曲線配置,將鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋成不同濃度的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。
③建立工作曲線,用經(jīng)空白溶液調(diào)零的電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)量鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液,建立濃度ci與強(qiáng)度Ai的線性工作曲線Ai=b×ci+a
④測(cè)樣,用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)試樣品溶液,測(cè)平行樣,依次得到平均發(fā)光強(qiáng)度A、濃度c0、鋁含量以及擴(kuò)展不確定度U。
1.3建立數(shù)學(xué)模型
待測(cè)溶液中Al的含量wt%,以 ICP- OES 直接分析時(shí),所得含量可以下式表示﹕
wt%=c0×V /m
wt%----鈦合金中Al含量,6.55%;
c0----由標(biāo)準(zhǔn)曲線求得的樣品溶液中Al濃度,(≈32.63mg/L);
V----樣品溶液的定容體積,(200mL);
m----樣品質(zhì)量,(0.1g);
1.4測(cè)量結(jié)果
測(cè)平行樣,鋁平均含量為wt%=6.552%
1.5.不確定度分量的識(shí)別、分析和量化
按照數(shù)學(xué)模型以及方法概要,其不確定度來源有4個(gè):
①測(cè)量重復(fù)性u(píng)1(1.5.1);
②天平稱量m引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2 (1.5.2);
③定容體積V引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3 (1.5.3);
④樣品溶液鋁濃度c0引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4 (1.5.4) 。
1.5.1測(cè)量重復(fù)性u(píng)1
在做方法驗(yàn)收時(shí),對(duì)樣品做了平行樣測(cè)試,測(cè)兩次結(jié)果如下:
No. | 1. | 2. | 平均值(Wt%) | 標(biāo)準(zhǔn)偏差(S) |
Al(Wt%) | 6.51 | 6.59 | 6.55 | 0.0552% |
可知,u1=0.0552%
1.5.2天平稱量m引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2
以校準(zhǔn)報(bào)告中的擴(kuò)展不確定度,作為秤重天秤不確定度的依據(jù).在K = 2 時(shí),秤重天秤的擴(kuò)展不確定度為 0.1 mg(0.0001 g),其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.1/2=0.05mg.
稱量?jī)蓚€(gè)平行樣,于是,樣品稱重的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u( Ws )
對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求導(dǎo),相對(duì)對(duì)質(zhì)量m的靈敏系數(shù)為0.0007mg^(-1)
因此,可求得u2=0.00497%
1.5.3定容體積V引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3
根據(jù)容量瓶(200ml)證書,200ml定量瓶容許擴(kuò)展不確定度在20℃時(shí)為±0.15ml,假設(shè)矩形分配:
對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求導(dǎo),相對(duì)對(duì)體積V的靈敏系數(shù)為0.3270L^(-1)
因此,可求得u3=0.0028%
1.5.4樣品溶液鋁濃度c0引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4
采用Perkin Elmer Optima 8000 DV 型全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定溶液中的Al,校準(zhǔn)曲線測(cè)定結(jié)果見下表:
元素 | 濃度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 |
計(jì)算得截距a= -47022.4,斜率b= 170200,R2=0.999778
待測(cè)樣品以ICP-OES分析后得濃度 Cx,以最小線性平方法微分處理后,得到不確定度 u(c0)的計(jì)算公式﹕
P: 量測(cè)C0之測(cè)量數(shù)(P=3)
n:檢量線制作之測(cè)量數(shù)(n=18)
c0:待測(cè)液之濃度(c0=32.63mg/L)
cA:檢量線各點(diǎn)濃度之平均值(CA =17)
對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求導(dǎo),相對(duì)對(duì)濃度c0的靈敏系數(shù)為0.002L/mg
因此,可求得u4=0.0468%
2 計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc
序號(hào) | 符號(hào) | 來源 | 不確定度類別 | 量值 |
1 | u1 | 測(cè)量重復(fù)性 | A類 | 0.0522% |
2 | u2 | 樣品稱量 | B類 | 0.00497% |
3 | u3 | 定容體積 | B類 | 0.0028% |
4 | u4 | 樣品Al濃度 | A類 | 0.0468% |
結(jié)果完整表達(dá)為:當(dāng)樣品中Al含量為6.55%時(shí),擴(kuò)展不確定度U=0.14%,k=2。
3 結(jié)束語(yǔ)
從以上分析結(jié)果上看,在鈦合金材料分析中,對(duì)Al含量不確定度影響的關(guān)鍵因素分別是測(cè)量重復(fù)性u(píng)1和樣品Al濃度u4,另外兩個(gè)影響因素(樣品稱量&定容體積)影響程度較小。
參考文獻(xiàn)
[1]安敬學(xué),王春玉,許明峰,李玲 不確定度評(píng)定的簡(jiǎn)化分析[B] 應(yīng)用能源技術(shù) 2013年第11期(總第191期)
[2]倪曉麗 化學(xué)分析測(cè)量 不確定度評(píng)定指南
*** 結(jié)束 ***
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