直读光谱法检定铝合金中硅的测量不确定度评定

季文华

摘要：文章利用光电直读光谱法测定铝合金中硅的含量，对其测量过程中不确定度产生的原因进行了分析，并对测量结果的不确定度进行了评定。

关键词：不确定度；直读光谱法；硅元素；铝合金

中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）02-0077-02

1 概述

（1）目的：评定用直读光谱法检定铝合金中硅的测量不确定度。

（2）测量依据：《铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法》（GB/T7999-2007）。

（3）检测的环境条件：环境温度22℃～28℃，最大温度变化±2℃/小时，相对湿度30%～65%。

（4）测量仪器：ARL4460型直读光谱仪（瑞士ARL公司生产），高纯氩（≥99.999%），压力为0.25～0.3MPa。

2 原理

根据被测元素的原子或离子，在光谱中被激发而产生特征辐射，通过判断这种特征辐射的存在及其强度的大小，对各元素进行定性和定量分析。

3 测量方法和过程

3.1 试样制备

利用切割机和光谱磨样机，将试样制作成直径大于16mm、拥有光滑均匀平面的待测样。

3.2 试样的测量

4460型直读光谱仪在出厂时，根据我们生产的需要，已经制作出不同材料、不同元素含量范围的工作曲线，因此，检测人员只需根据所测试样的材料和元素含量，选取所需要的工作曲线，然后进行测试。实际工作中，测定时最少在一块试样不同部位连续激发三次，直接读出测定元素的含量，打印出该元素的平均值。

4 建立数学模型

4.1 数学模型

Y＝αx＋β

式中：

Y——试样被测元素的测定结果

x——试样中被测元素的强度

α、β——常数

4.2 不确定度的来源

不确定度的来源主要包括：测量重复引入的不确定度，A类评定；由标准物质引起的不确定度，B类评定；由仪器引起的不确定度，B类评定；由曲线拟合引起的不确定度，B类评定；由试样制备引起的不确定度，B类评定。

5 测量不确定度的评定

测量结果不确定度一般来源于取样，制样，样品本身的均匀性，测量条件的变化，工作曲线校正，标准样品的不确定度，仪器测量方法、测量过程、测量结果等因素。现以编号为“YSS040-2007材字910”铝合金6063标样中硅的测定为例。

5.1 A类不确定类评定

表1为硅含量的10次重复测量值、平均值和单次测量的实验标准偏差S（Aa）：

表1

测量

次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Aa（%） 0.43582 0.43620 0.43802 0.43403 0.43484 0.43336 0.43774 0.43738 0.43413 0.43463

平均值（%） ＝＝4.35615

单次测量标准偏差（%） ＝＝0.04

10次平均值的标准偏差＝＝＝1.3×10-4。

5.2 B类不确定度评定

5.2.1 由标准物质引起的不确定度。标准物质引入的不确定度主要来源于两个方面：一是由标准物质的不均匀性和变动性引起的不确定度；二是由标准物质定值引起的不确定度。

标准物质证书表明，该物质中标定的元素均匀性良好；同时铝合金材料通常情况下相当稳定，抗氧化程度较高，因此化学成分也相对比较稳定，从稳定性上看至少可达10年。即由此引起的不确定度就可以忽略。

YSS040-2007材字910标准物质，证书所列标准物质的标准偏差如表2所示：

表2

标样编号 硅含量标准值 标准偏差S 不确定度Ub1

YSS040-2007材字910 0.435% 0.004% 0.0023%

注：S＝，为定值过程引起的标准偏差，为均匀性引起的标准偏差。

5.2.2 由试样制备引起的不确定度。假定试样是均质、表面处理合乎制样标准要求，制样引起的不确定度可以忽略，即：＝0。

5.2.3 由仪器引起的不确定度是由仪器分辨率引起的不确定度。根据仪器相关说明，可知仪器的最小读数为0.0001%，均匀分布。K＝（B类评定）。标准不确定度＝0.0001/＝0.0058%。

5.2.4 由曲线拟合引起的不确定度。我单位ARL-4460型直读光谱仪有59个通道、2条铝基工作曲线、4块国际标样。按要求定期对标样进行漂移校正工作。在漂移校正时仪器会自动校准各条曲线，计算出α、β值。当α≈1、β≈0时仪器曲线出厂斜率基本不变，元素的强度值基本不变，故曲线拟合引起的不确定度为定值。由曲线拟合引起的不确定度为＝0.007%。

6 合成标准不确定度

单次测量结果的合成标准不确定度：

Uab＝

扩展不确定度U的评定：

在置信概率取95%的情况下，k＝2，则：

U＝k×Uab＝2×0.0073%＝0.0146%

7 测量结果及不确定度的报告

直读光谱仪分析法测定硅的最终结果：（0.435±0.0146）%时，测量结果扩展不确定度：U＝0.0146%，包含因子k＝2。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家计量技术规范．测量不确定度评定与表示（JJF1059-1999）[S]．北京：中国计量出版社，2001．

（责任编辑：秦逊玉）