铝合金中化学成分测量不确定度评定的研究

潘 飚

（中铝瑞闽股份有限公司，福建 福州 350015）

测量不确定度是与检测结果关联的一个重要参数，用于表征被检测的值的分散性并能够客观、科学地表达检测结果质量与水平。在测量不确定度评定过程中，研究影响检测结果精度的主要因素,并采取措施予以预防与控制，对于提高检测结果质量水平有着重要的意义[1]。

1 检测设备及工作曲线标样

OES-5500Ⅱ 日本岛津直读光谱仪,西南铝加工厂提供的LF6系列铝合金光谱分析标准物质。

2 检测方法及数学模型

GB/T7999-2015《铝及铝合金光电直读发射光谱分析方法》。

输出量与输入量之间有一定的函数关系，假设工作曲线为二次曲线，根据最小二乘法原理则该方法的数学模型为：

式中 ：ai，bi，ci—回归系数 ；Ci—元素化学成分含量，%；Ii—元素光强度。

3 测量不确定度的评定

检测待评定试样两次，计算其平均值如下：Cu：C0=0.042%；Mn：C0=0.370%。

3.1 测量不确定度分量的研究

光电直读光谱发射法测定铝合金中化学成分含量，不确定度主要来源可归结为由随机效应的所产生和系统效应所产生，可分别采用A类评定方法和B类评定方法。

（1）随机效应所引起的相对不确定度分量urel(1)。根据分析，样品的均匀性、检测重复性、检测再现性、环境温度及湿度变化等因素可以归结为由随机效应引入的不确定度来源，可采用合并样本标准差方法来计算。为了让系统效应所带来的影响能够相互抵消，采用做法如下：每隔1小时检测1回，连续检测10回，每回平行检测两点并计算两点检测值（C1,C2）之差θ， 这样有如下公式：（1）式中：S(Ci)——单次测量的标准差；S（θ）——差值θ的标准差。

每回平行检测过程，从试样处理到检测结束都是相同的，故采用两点差值进行统计分析，可认为系统效应所带来的影响已相互抵消，各回差值的差异反映了由随机效应所引入的不确定度[2]。

表1 各元素θ值统计表

同理Mn：urel(1)=0.396%

（2） 系统效应引入的相对不确定度分量urel(2)。

①类型标准化引入的相对不确定度分量u2.1。取铝合金光谱分析标准物质E6013作为类型标准化，其数值如下表：

②工作曲线拟合引入的相对不确定度分量为u2.2。一次工作曲线拟合引入的相对不确定度分量为u2.2。

式中A1——一次曲线斜率；——一次曲线的标准差；P——待测试样平行检测数；n——工作曲线回归点的数目；工作曲线标样成分含量的平均值；C0——待测试样测出强度后回归算出的成分含量[3]。

Cu、Mn是二次曲线方程，将二次曲线方程转换成一次曲线方程后，应用一次曲线方程不确定度计算公式（2）计算u2.2，结果如下：

表3 Cu、Mn曲线转换后参数表

③数字修约引入的相对不确定度分量为u2.3。

设置Cu、Mn保留小数点后3位，即修约间隔为0.001%，按均匀分布，其相对不确定度分别为Cu：u2.3=0.69%；Mn：u2.3=0.076%。

涉及的各相对标准不确定度分量见表4：

因上述不确定度来源彼此独立不相关，故将上表中的数据分别代入公式（3），计算得到如下：Cu：Uc,rel=1.80%；Mn：Uc,rel=0.779%所以：Cu：U(C0)=0.000756%；Mn：U(C0)= 0.00288%。

表4 相对标准不确定度分量汇总表

3.2 不确定度评定报告

Cu含量为（0.042±0.002）%，k=2；Mn含量为（0.370±0.006）%，k=2。

4 结语

本次研究了铝合金中 Cu和Mn的检测结果不确定度，可以看出影响检测结果的主要不确定度分量包括两方面：一方面为重复性[4]、再现性和样品均匀性引起的不确定度；另一方面为类型标准化用标准物质标准值、工作曲线拟合及数字修约引起的不确定度。因此，要提高检测结果的准确性，必须降低不确定度主要影响因素的影响，从而实现实验室质量控制目的。