红外吸收法测定奥氏体不锈钢中碳含量及不确定度评定

吴国典

摘 要：采用高频感应燃烧红外吸收法测定不锈钢中碳含量，并对测量结果的不确定度进行评定。通过评定过程所需的各参数的采集和计算方法，从而对此评定结果的可行性和准确性进行了科学的判断。

关键词：红外吸收法；碳含量；不确定度；评定

1 前言

对测量结果进行不确定度的评定是《检测和校准实验室能力认可准则》对检测实验室的要求，也是检验工作与国际接轨的需要。本文以红外吸收法测定奥体氏不锈钢中碳含量，尝试找出影响测量结果的主要因素，依据《测量不确定度评定与表示》，对测量过程中各种因素所导致的测量结果进行评定，以期提高检测方法的准确度。

2 实验部分

2.1 方法依据

GB/T 20123-2006 《钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法（常规方法）》

2.2 主要仪器和工作条件

仪器：CS--2800型 红外碳硫分析仪（北京钢研纳克公司）

钨锡混合助熔剂（纯度>99.99%）

工作环境：温度为22℃～30℃；相对湿度为 ≤ 60 %

标准样品（不锈钢YSB C11140a-2011，标准值为0.041%，U=0.002（k=2）

2.3 试样制备

试样呈粉屑状，奥氏体不锈钢06 Cr18Ni10（试样编号：WY05-2015-159）。

2.4 试验方法

在经灼烧过的瓷坩埚中，加入钨锡混合助熔剂（纯度>99.99%），再加入0.3000g试样，采用高频感应炉燃烧后红外吸收法测定碳含量。

2.5 试样不锈钢中碳含量测量结果

以标准样品测量3次，对红外碳硫分析仪进行校准后测量试样2次，分别为0.0379%和0.0373%，碳含量平均值为0.0376%。

3 不确定度来源分析

红外吸收法测定试样中碳含量的不确定度分量的来源主要有以下几方面：

（1）重复测量引入的不确定度；

（2）标准物质引入的不确定度；

（3）校准时测量变动性引入的不确定度；

（4）试样称量引入的不确定度；

（5）仪器分辨率引入的不确定度；

（6）空白值引入的不确定度。

4 不确定度分量的评定

4.1 测量重复性引入的不确定度urel（s）

对不锈钢试样重复测量11次，其标准差为0.000329%，测量结果的平均值为0.0376%。对试样重复测定，11次测量结果见表1：

则：

测量重复性的标准不确定度u（s）= = 0.000233 %

测量重复性的相对标准不确定度urel（s）=

= 0.00620

4.2 标准物质引入的不确定度 urel（CB）

标准物质扩展不确定度U = 0.002（k = 2），则：

标准物质的标准不确定度 u（CB）= = 0.001 %

标准物质相对标准不确定度urel（CB）= = 0.0244

4.3 校准时测量变动性引入的不确定度urel（SB）

用标准物质校准过程的测量变动性会引入不确定度。试样测量3次，以标准差计算标准物质测量时的标准不确定度。则：

标准物质测量时的标准差SB = 0.000329%，n = 3，则：

校准时测量变动性引起的标准不确定度u（SB）=

= 0.000167 %

校准时测量变动性引起的相对标准不确定度urel（SB）=

= 0.00407

4.4 试样称量引入的不确定度urel（m）

试样称量的不确定度主要是称量重复性和称量误差。试样称量重复性不确定度已包含在测量重复性不确定度中，不再评定。使用数字显示式电子天平，其分辨率为0.1mg，称量的标准不确定度为 = 0.058mg。试样2次称量，则：

试样称量的标准不确定度u（m）= = 0.082 mg

试样称量的相对标准不确定度urel（m）= = 0.000273

4.5 仪器引入的标准不确定度urel（δx）

由红外碳硫分析仪检定证书获得示值误差，测量结果的扩展不确定度U = 0.0017%（k=2），其标准不确定度为：

u（δx）=0.00085%

仪器分辨率的相对标准不确定度urel（δx）=

= 0.0226

4.6 空白值引入的标准不确定度urel（k）

瓷坩埚中只加钨锡混合助熔剂，按2.4试验方法测量5次，平均值为0.000194 %；空白值标准差为0.00000766 %，测量结果见表2：

合成标准不确定度u（c）= χ×urel（c）= 0.0376%×0.0341= 0.00128 %

5.2 扩展不确定度

取包含因子k=2，则：

扩展不确定度U = 0.00128 % × 2 = 0.00256 % ≈ 0.0026 %

5.3 测量结果及不确定度的表达

样品中碳测量不确定度检测结果表示为：

ωC =（0.0376 ± 0.0026）%， 包含因子 k = 2

6 结论

本文讨论了红外吸收法测定奥氏体不锈钢中碳含量的不确定度评定方法，定量表征了测定结果的可信程度，比较各相对不确定度分量，影响测量碳含量的不确定度主要因素是测量的重复性、标准物质的定值和校准。评定结果表明，标准物质的选择和使用非常关键，其本身的不确定度直接影响样品测定结果的不确定度。

參考文献

[1]刘芝花，肖冬飞，欧建华.红外吸收法测定不锈钢中含碳量的测量不确定度评定[J].广东化工，2016，43（4）：123-124.

[2]刘养勤，邓永瑢，方天禄.红外吸收法测定钢铁中碳含量的测量不确定度评定[J].冶金标准化与质量，2007，45（1）：13-15.