ICP-AES法测定低合金钢中锰的不确定度评定

辛学武

（济钢集团有限公司计量质检中心，山东济南 250101）

试验研究

ICP-AES法测定低合金钢中锰的不确定度评定

辛学武

（济钢集团有限公司计量质检中心，山东济南 250101）

介绍了电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定低合金钢中锰的检测过程，建立了该方法的定量数学模型。通过分析低合金钢中锰测定结果的不确定度，发现工作曲线变动性和试样测定的重复性是引起不确定度的主要因素，在测定过程中应给予关注，其余部分在实际评定过程中可以忽略。低合金钢中锰量的测定结果可表示为：WMn＝0.436%± 0.013%，k＝2。

低合金钢；锰；ICP-AES法；不确定度；评定

1 前言

根据《检测和校准实验室认可准则》中有关测量不确定度的要求，检测实验室应制定相应的测量不确定度评定程序，并将其应用于检测工作中。测量不确定度是表征测量结果可信度的参数，测量结果可信度的大小取决于测量不确定度，测量结果的表述必须同时包含被测量的值及与该值相关的测量不确定度，整个测量结果才是完整而有意义的。文章对GB/T 20125—2006低合金钢中锰进行了ICP测定，并对测定结果进行了不确定度评定（JJ F 1059—1999，测量不确定度评定与表示）。

2 实验部分

称取0.100 0 g置于250 mL烧杯中，以适宜比例的硝酸或盐酸—硝酸溶解，将试液转移至100 mL单标线容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。导入电感耦合等离子体中，随同做空白。

2.1 校准曲线溶液的制备

称取0.100 0 g高纯铁5份分别于200 mL烧杯中，按试样步骤将其溶解，冷却至室温，将溶液转移至100 mL容量瓶中，加入锰的标准溶液，用水稀释至刻度，混匀。使用10 mL滴定管分别移取了1.00、2.00、3.00、4.00和5.00 mL锰标准溶液[（1 000±3）mg/mL（k=2）]于容量瓶中，按试样同样操作绘制工作曲线。

2.2 实验仪器

天平：万分之一，检定允许差±0.1 mg；容量瓶：100 mL，B级，允许差±0.2 mL；移液管：10 mL，A级，允许差±0.025 mL。

2.3 数学模型的建立

分析采用的数学模型为：

WMn=（CMn×V）/（m×106）×100。

式中：WMn为样品中锰的质量分数；CMn为样品测量溶液中的浓度（μg/mL），由仪器测得；V为样品测量溶液的体积，mL；m为样品质量，g。

3 不确定度分量的评定

该方法中测量锰的不确定度主要来源包括：1）重复测量所得数据按统计方法计算出的不确定度（A类）UA=S/；2）工作曲线变动性的不确定度（B类）；3）标准溶液配制过程引入的不确定度（B类）；4）样品的称量定容引入的不确定度（B类）。

3.1 A类不确定度（UA）的评定

按照实验方法对同一试样重复测量7次，检测结果见表1。

表1 试样重复测量实验数据

3.2 B类不确定度UB的评定

3.2.1 工作曲线变动性的不确定度Uc

配制系列标准溶液，各校准点的质量浓度Ci及相应的光谱强度cps[raw]列于表2，IR为Ci在工作曲线上测得的强度，Ci为配制的标准溶液系列浓度。

表2 工作曲线和统计参数

通过线性回归后得到校准曲线方程为：IR=a+bCi，r=0.999 9，其中斜率b=495.58，截距a=12.381。由工作曲线变动性引起的不确定度为UC：

式中：sR为工作曲线的标准差，N为工作曲线测量次数（每个标准溶液测量两次，N=5×2=10），P为被测样品的测量次数（本例为样品重复测量7次，P=7），n为工作曲线的校正溶液数，n=5。sR由下式计算：

则Uc=0.005 6；ure1（c1）=0.005 6/0.436 1=0.012 8。

3.2.2 标准溶液配制过程引起的不确定度

标准溶液的不确定度由两个部分组成，一部分是标准溶液本身引起的不确定度，一部分是标准溶液稀释和移取过程引起的不确定度。

1）锰标准溶液为（1 000±3）μg/mL（k=2），其标准不确定度u（c21）=32=1.5 μg/mL，相对标准不确定度ure（lc21）=1.5/100 0=0.001 5。

2）移取标准溶液用5 mL滴定管，分别移取了1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL，在1.00～5.00 mL范围内，其体积允许差均为±0.01 mL，按三角分布处理，标准不确定度：0.01/=0.004 1，5次移取标准溶液的相对标准不确定度可近似用其均方根计算：

则标准溶液引起相对不确定度合量为：

3.2.3 样品称量定容引入的不确定度分量

1）操作中试液稀释在100 mL容量瓶中，由于进行多次重复测定，而每次所用的容量瓶不可能都一样，可认为容量瓶的体积误差和读数误差已随机化（有正有负），其不确定度分量可忽略，不再评定。

2）样品称量的不确定度分量。称取0.100 0 g样品，按证书规定，允许差为±0.1 mg，用万分之一天平称量2次（1次空盘调0，1次称样），按均匀分布处理，则

urel（m）=0.000 082/0.1=0.000 82。称量读数的变动性分量已包括在测量重复性中，不再重复评定。

3.3 合成标准不确定度评定

各分量互不相关，忽略体积变动性的不确定度分量。各项不确定度如下：1）由工作曲线变动性引起的相对标准不确定度urel（c1）=0.012 8；2）试样重复性引入的相对标准不确定度urel（A）=0.006 8；3）标准溶液配制过程引起的相对标准不确定度urel（c2）= 0.003 3；样品的称量定容引入的相对标准不确定度urel（m）=0.000 82。

因此，ICP-AES法测定低合金钢中锰含量不确定度的最主要来源是工作曲线的变动性产生的不确定度，其次是测量方法的重复性的不确定度，而试液稀释体积和天平称量引起的不确定度分量可以忽略不计：

则u（WMn）=0.436×0.014 9=0.006 5%。

3.4 扩展不确定度

取扩展因子k=2，则扩展不确定度U（WMn）= 0.006 5%×2=0.013%。因此，测定低合金钢中锰量的结果可表示为：WMn=0.436（1±0.013）%，k=2。

4 结语

通过对低合金钢中锰测定结果的不确定度进行分析，发现工作曲线变动性和试样测定的重复性是引起不确定度的主要原因，在测定过程中应给予关注，其余部分占的比例较小，在实际评定过程中可以忽略。

Assessment of Uncertainty for Determination of ManganeseContent in Low Alloy Steel by ICP-AES

XIN Xuewu

（The Measurement and Quality Inspection Center of Jinan Iron and Steel Group Corporation,Jinan 250101,China）

This article introduced the determination process of manganese in low alloy steel by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry（ICP-AES）,and established a quantitative mathematical model of the method.Through analyzing the uncertainty of the determination results of manganese in low alloy steel,it is found that the work curve volatility and sample determination repeatability are major factors of the uncertainty in the measurement process and should be given attention,and the rest may be ignored in the process of the actual evaluation.The determination results of manganese content in low alloy steel can be expressed:WMn=0.436%±0.013%,k=2.

low alloy steel;manganese;ICP-AES method;uncertainty;evaluation

O657.31

A

1004-4620（2014）03-0044-02

2014-02-15

辛学武，男，1977年生，2002年毕业于山东轻工业学院化学工程与工艺专业。现为济钢计量质检中心物资检查站副主任，工程师，从事煤炭、矿粉、合金等原燃料的质量管理工作。