锌粉中金属锌含量测量不确定度评估

＊赵萍 陈吴

（上海市质量监督检验技术研究院 上海 201114）

锌粉中金属锌含量测量不确定度评估

＊赵萍 陈吴

（上海市质量监督检验技术研究院 上海 201114）

按照GB/T 6890-2012《锌粉》中附录B的规定，用化学滴定法测定锌粉中金属锌含量，通过对影响测量结果的不确定度分量的分析和量化，给出锌含量测量结果不确定度的评估方法。

化学滴定；锌含量；不确定度

锌粉是一种对国民经济有十分重要支撑作用的功能性粉末状材料，其具有独特的物理化学效应，可作颜料，填充料，遮盖力极强，具有很好的防锈及耐大气腐蚀的作用，特别是超细高活性锌粉常用以制造富锌涂料或者直接镀于防腐涂层上。锌粉作为活性填料，其含量对于涂料的防护性能起到关键性的作用，因此，根据GB/T 6890-2012《锌粉》中附录B的规定研究并建立金属锌中锌含量测量结果的不确定度评估意义重大。

1.实验部分

(1)试验原理

用化学滴定法测定锌粉中金属锌含量，其试验原理主要是在有二氧化碳保护气的情况下，锌粉中的金属锌与硫酸铁作用（硫酸铜作催化剂条件下）生成相应等量的硫酸亚铁盐，而硫酸亚铁盐在KMnO4溶液中被氧化，这样就可以通过亚铁离子的含量间接计算出试样中的金属锌的含量。

(2)试验步骤

①试验用标准溶液（KMnO4）的配制及标定过程

配制过程：

A．准确称取20g的高锰酸钾试样，放置于容量为3L的烧杯中，然后加入2L的蒸馏水并煮沸1～2h，冷却静置至第二日；

B．将冷却的溶液移入2L容量瓶中。用新煮沸并冷却至室温的蒸馏水稀释至容量瓶的刻度处，并充分摇匀；

C．将上述溶液放置至沉淀自然下降，然后经磁过滤器将溶液过滤置于棕色试剂瓶中，盖上玻璃塞，待标定。

标定过程：

A．首先在105℃±5℃烘箱中将标定用基准试剂无水草酸钠干燥1～1．5h；

B．取出后准确称取0．7200g烘干后的无水草酸钠；倒入500mL的锥形瓶中，然后用200mL的硫酸溶液充分溶解；

C．将上述溶液在加热设备上加热至70～80℃，并且在此温度范围内立即用上面配制的KMnO4溶液滴定至出现淡红色，并在10s内不消失，即可判定为终点。

KMnO4标准滴定溶液的浓度计算如下式所示：

式中：c—KMnO4标准滴定溶液的实际浓度，mol/mL；

m—称取无水草酸钠的质量，g；

V—标定时消耗KMnO4标准滴定溶液的体积，mL；

V0—空白试验消耗KMnO4标准滴定溶液的体积，mL；

134．0—无水草酸钠的摩尔质量，g/mol。

当3次测定的极差值不大于6×10-8mol/mL时，取其平均值。否则重新标定。

②锌粉中金属锌含量的测定

测定过程：

A．二氧化碳的制备：首先在一个800mL的带盖锥形瓶中加入35mL的饱和NaHCO3溶液，并滴加2～3滴甲基橙作为指示剂，然后加入10mL左右的硫酸，在摇动的情况下将瓶内空气尽量赶尽，再继续添加硫酸直到溶液由原来的黄色变为红色为止，立即塞好胶塞；

B．准确称取0．40g锌粉试样（精确至0．0001g），立即打开胶塞将称好的试样倒入瓶中，塞好胶塞，用手臂摇动锥形瓶，使试样充分散开；

C．向锥形瓶中加入10mL的CuSO4溶液，剧烈摇动1min左右，然后加入50mL的Fe2(SO4)3溶液冲洗锥形瓶颈部附着的锌粉，立即塞紧锥形瓶口，将锥形瓶放置在搅拌器上搅拌溶解15～30min分钟左右，直至金属锌完全溶解；

(3)待锌粉完全溶解后，随后加入20mL的磷酸及200mL的硫酸，立即用KMnO4标准溶液滴定至淡红色并维持10s不褪色，即可判定为滴定终点。

锌粉中金属锌百分含量按下式计算：

式中：ω金属锌—金属锌的质量分数，%；

V1—滴定消耗KMnO4标准滴定溶液的体积，mL；

V0—空白消耗KMnO4标准滴定溶液的体积，mL；

m1—锌粉试样的质量，g；

65．38—锌的摩尔质量，g/mol。

2.不确定度来源的确定和定量

(1)测量不确定度主要来源

本试验过程中的测量不确定度主要来源包括：天平、滴定管等测量仪器偏差导致的不确定度；测试温度变化对溶液体积带来的影响的不确定度；重复性测试导致的不确定度，包括试样的均匀程度、所用标准溶液及试剂的浓度等因素。

(2)建立数学模型

锌粉中金属锌百分含量

式中：ω金属锌—金属锌的质量分数，%；

V1—滴定消耗KMnO4标准滴定溶液的体积，mL；

V0—空白消耗KMnO4标准滴定溶液的体积，mL；

m1—锌粉试样的质量，g；

65．38—锌的摩尔质量，g/mol；

rep—滴定锌粉试样的重复性偏差。

其中

式中：c—KMnO4标准滴定溶液的实际浓度，mol/mL；

m—称取无水草酸钠的质量，g；

V—标定时消耗KMnO4标准滴定溶液的体积，mL；

V0—空白试验消耗KMnO4标准滴定溶液的体积，mL；

134．0—无水草酸钠的摩尔质量，g /mol；

rep'—标定KMnO4标准溶液的重复性偏差。

(3)测量不确定度

金属锌百分含量的相对不确定度

其中，KMnO4标准滴定溶液浓度c的相对不确定度

3.不确定度的分量的计算

(1)KMnO4标准滴定溶液浓c导致的不确定度分量ur(c)

①称取草酸钠的质量导致的不确定度分量ur(m草酸钠)

称取0．72g无水草酸钠，称量用电子天平的说明书给出的标准偏差为±0．1mg，按均匀分布考虑，减量法2次称量：

②标定时消耗KMnO4溶液的体积导致的不确定度分量ur(V)

3次标定的消耗的KMnO4溶液体积分别为34．44mL、34．43mL、34．46mL，平均值V=34．44mL。

A．滴定管校准误差的影响

检定证书给出的校准误差为0．032mL，按三角分布考虑：

B．实际温度与校准时温度不一致的影响

本试验KMnO4标准溶液是将20g高锰酸钾溶于2L水中，因此认为其体积膨胀系数与水接近，故以水的体积膨胀系数代替。查得水的体积膨胀系数γ=2．1×10-4℃-1（20℃），设温度变化范围为±4℃，滴定管体积为50mL，按均匀分布考虑：

③标定时空白消耗KMnO4溶液的体积导致的不确定度分量ur(V0)

空白试验与标定试验在相同条件下进行，因此：

u(V0)=u(V)=0.027mL

④标定KMnO4溶液的体积导致的不确定度分量ur(V-V0)

3次标定时空白消耗的K M n O4溶液体积平均值V0=0．02mL。

则

⑤ur(rep')

3次标定结果的允许极差值R为6×10-8mol/mL，以接近正态分布考虑，查得n=3时的极差系数C=1．64，单次测量结果的标准差

标准规定以3次标定结果的平均值作为c值，又c=6．239× 10-5mol/mL

故

⑥合成ur(c)

4.结果分析

不同参数和影响量对测定不确定度的贡献不同。根据上述数据，KMnO4标准溶液浓度c在不确定度中是贡献最大的分量，在今后的工作中，应特别注意KMnO4标准溶液浓度c的标定过程，这对我们今后检测具有实际指导意义。

[1]刘全民,王彦军,张鑫等．锌粉制备技术现状与趋势[J]．南方金属, 2015,(202):1-10．

[2] JJF1059-1999,测量不确定度评定与表示[S]．

(责任编辑：任聪)

Evaluation of Uncertainty on the Metal Zinc Content in the Zinc Powder

Zhao Ping, Chen Wu

（Shanghai Institute of Quality Inspection and Technical Research,Shanghai, 201114）

According to the provisions of the appendix B of GB/T 6890-2012, the metal zinc content in the zinc powder is determined by chemical titration. Through the uncertainty components of affect the measurement result of analysis and quantitative,evaluation of uncertainty on the metal zinc content in the zinc powder was given.

chemical titration；the metal zinc content；uncertainty

T

A

赵萍（1987～)，女，上海市质量监督检验技术研究院；研究方向：涂料、化工产品的检测工作。