浅析激光粒度仪测量钛白粉粒径的不确定度评定

吴燕俊，姜金波

(镇江泛华检测科技有限公司，江苏 镇江 212000)

钛白粉作为一种具有广泛用途的颜料，生产工艺复杂，从原材料矿石的破碎开始，经过黑段、白段、煅烧、表面处理，一步步纯化，最终经过表面处理生产出来；目前，国内大多使用硫酸法的生产工艺，硫酸法的生产工艺，设备、工艺复杂，国外很多企业使用氯化法的生产工艺，氯化法设备简单，工艺流程相对较短，钛白粉的粒径及生产工艺(包膜处理、研磨时间、煅烧)与用户的使用要求密切相关，无论是硫酸法，还是氯化法，粒径都是工艺生产或质量控制的关键指标[2]，由此，可以看出，钛白粉的粒径测试准确度和精密度是至关重要的[2]。

实验室粒径测试依据GB/T 19077-2016：粒度分布激光衍射法[1]，文章依据标准测试，并进行了不确定度的评定，不确定度的评定依据标准JJF1059-2012：测量不确定度评定与表示[3]；激光粒度仪测试粒径受多方面因素的干扰，比如：制样过程，分散过程，仪器测试过程等，这也给不确定度的评定带来很多困难，本文主要考虑了4个分量，即精密度u(rep)、准确度u(D50，标)、系统偏差u(system)及仪器u(仪器)，其中u(仪器)和系统偏差u(system)是从激光粒度仪本身出发确定测试误差，u(rep)和u(D50，标)是从测试方法出发考虑测试误差，给仪器测量不确定度的评定提供了新的思路[4-7]。

1 实 验

1.1 主要仪器与试剂

分析天平，梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司；Bettersize3000激光粒度仪，丹东百特仪器有限公司；超声波清洗机，上海煜南仪器有限公司。

十二烷基苯磺酸钠，上海信帆生物科技有限公司；粒径标准物质GBW(E)120037，北京盈泽纳新化工技术研究院；钛白粉R-1，江苏泛华化学科技有限公司。

1.2 实验方法描述

分析天平称取0.8 g分散剂十二烷基苯磺酸钠，加入到50 mL烧杯中，加蒸馏水40 mL，溶解至透明，加入0.20 g钛白粉R-1，放到KC-20A洁康超声波清洗机中，超声10 min，用滴管滴加分散好的钛白粉悬浊液，然后用Bettersize3000激光粒度仪进行测试，钛白粉悬浊液的加量依据遮光度的大小而定，遮光度控制在6%左右，连续测试3次，取3次平均值为钛白粉R-1的测得值；粒径标准物质GBW(E)120037测试方法同钛白粉R-1的测试过程，钛白粉R-1及粒径标准物质GBW(E)120037的测试结果见表1和表2。

2 不确定影响因素的分析

2.1 数学模型

D样品=D仪器

式中：D样品为被测样品粒度；D仪器为测量仪器示值。

2.2 不确定度来源的分析

粒径测试结果由激光粒度仪直接测得，其测试误差来自于仪器测试的准确性、精密度和仪器自身，同时考虑了仪器是否存在系统误差。绘制粒径测试的不确定度分量的因果图，见图1。

图1 粒径测试的不确定度因果分析图

(1)精密度引入的不确定度：精密度引起的误差通过贝赛尔公式计算得到。

(2)准确性引入的不确定度：仪器测试的准确性通过外标，即标准物质衡量，采用B类不确定度的评定方法。

(3)系统误差引入的不确定度：在粒度的检测过程中可能存在固定的误差，一般由仪器本身导致。

(4)仪器引入的不确定度：传感器和光学镜片等仪器配件在粒径测试过程中带来的误差。

2.3 不确定度分量的计算

2.3.1 方法精密度引入的不确定urel(rep)

依据1.2描述的实验方法，制备粒度测试的样品钛白粉R-1一共6份，测试钛白粉R-1的中值径

D50及标准偏差，数据结果见表1。urel(rep)的计算如下：

表1 钛白粉R-1的粒径测试结果

2.3.2 准确性引入的不确定度urel(D50，标)

标准物质GBW(E)120037的D50为0.83 μm，扩展不确定度U=0.06 μm，k=2，则u=U/k=0.03 μm，因此urel(D50，标)=u/D50=0.036。

2.3.3 系统误差引入的不确定度urel(system)

首先判断是否对测试结果进行必要的修正，粒度的标准物质GBW(E)120037(D50)中值径标准值为0.83 μm)，连续测试标准物质6次的数据见表2。

表2 GBW(E)120037的粒径测试结果

2.3.4 仪器引入的不确定度urel(仪器)

3 合成标准不确定度的评定

=0.038

4 扩展不确定度的评定

置信水平为95%时，包含因子k=2，则钛白粉R-1中值径D50的扩展不确定度U=kuc(D50)=0.024 μm。所以，钛白粉R-1中值径D50的值为(0.308±0.024) μm。