红外碳硫仪测定焊剂中碳、硫含量的不确定度

刘小娴，杨金艳

(南通市产品质量监督检验所，江苏 南通 226600)

不确定度是衡量一个实验数据准确程度的重要参数。目前已有介绍与研究红外吸收法测定样品的不确定度文献[1-3]，但红外碳硫分析仪测定焊剂中碳、硫含量测量不确定度的评定讨论尚未见报道。使用该仪器对焊剂进行碳硫含量的测定，得到的每一分析结果都不是同一数值，它描述了测量结果正确性的可疑程度或不肯定程度，赋予为测量值具有分散性的特征。红外吸收法测定焊剂中碳硫含量是2017年刚实施的检测方法标准[4]。该方法检测周期短、方法简单、易操作。为保证分析结果的准确，其测量不确定度的评定对于实验室识别检测报告风险和内部质量控制具有重要的意义[5]。本文通过反复试验和理论计算开展对焊剂中的碳以及硫的含量的计算进行不确定度评定，给出了焊剂中碳、硫元素测量不确定度，也提供了仪器的不确定度。

1 检测原理

试样在高温炉充分燃烧燃烧，试样中碳(C)经氧化转化为二氧化碳，硫(S)转化为二氧化硫气体，经过吸收池，检测器转发为信号，经处理输出结果，最后试样中碳硫含量，以质量分数表示[6-7]。

2 检测仪器及材料

CS-2800高频红外碳硫分析仪；电子天平；氧气纯度99.999%；氮气纯度99.99%；标准物质：碳硫用不锈钢(316)。

3 检测条件

环境温度为25 ℃；相对湿度22%。

4 不确定度来源及评定过程

4.1 数学模型的建立

根据JJG395-1997，碳硫分析仪示值误差不确定度评定的数学模型为：

y=x±U

式中：y——试样中被测元素的测定结果，%

x——试样中被测元素的含量读数值，%

U——不确定度

4.2 不确定度来源

红外碳硫分析仪测定焊剂中碳硫含量，偏差来自于测量中多项因素，具体来说，主要有以下八个方面：

(1)重复测量引入的测量不确定度。

(2)标准物质的定值引入的不确定度。

(3)标准物质产生的变动性引入的相对不确定度。

(4)电子天平称量引入的标准不确定度。

(5)仪器显示分辨力的不确定度。

(6)高频红外碳硫分析仪的示值引入的不确定度。

(7)助熔剂引入的不确定度。

(8)室温下对测量结果影响很小，测量对温度、湿度要求不高，故可忽略不计。

5 不确定度的评定

5.1 重复测量引入的测量不确定度(A类)

在可复现的条件下对同一试样进行10次独立测量，碳、硫含量10次测量的平均值、标准偏差如表1所示。

表1 样品中碳、硫元素含量测试结果Table 1 Test results of carbon and sulfur content in samples (%)

5.2 标准物质的定值引入的不确定度(B1)

从标准物质证书中查到标准偏差为0.006%，测量次数为8，则：

5.3 标准物质产生的变动性引入的相对不确定度(B2)

用同一个标准物质重复校准测量三次，见表2。

表2 标准物质中碳、硫元素含量测试结果Table 2 Standard materials in the carbon， sulfur content test results (%)

5.4 电子天平称量引入的相对不确定度 (B3)

电子天平称量引入的相对不确定度包括被测样品称量和标准物质称量。

5.4.1 被测样品称量(m)的不确定度

5.4.2 标准物质称量(m)的不确定度

标准物质称量的重复性已包括在测量的重复性中，不再计算。碳元素标准物质称量Urel(B3)=0.82/1000=0.00082；硫元素标准物质称量Urel(B3)=0.82/1000=0.00082。

5.5 仪器显示分辨力的不确定度(B4)

5.6 由高频红外碳硫分析仪的不确定度引入的相对标准不确定度 (B5)

高频红外碳硫分析仪的校准证书上 C：U=0.02%；S：U=0.0010%，因此Urel(B5)=u/k=0.02%/2=0.01000%；Urel(B5)=u/k=0.0010%/2=0.00050%。

5.7 助熔剂引入的不确定度(B6)

在坩埚中不加样品，只加助熔剂，按照试验方法测试 4次，所得碳结果为：0.00025%、0.00030%、0.00038%、0.00026%，4次测量结果的标准偏差S=0.000035%。所得硫结果为：0.00010%、0.00008%、0.00011%、0.00010%，4次测量结果的标准偏差S=0.00004%。

5.8 测量温度引入的不确定度

由于所使用高频红外碳硫分析仪配置有恒温控制系统，环境温度有空调控制，因此由测量温度引入的不确定度可以忽略不计。

5.9 合成相对标准不确定度

综合所有相对标准不确定度的分量，得到碳元素合成相对标准不确定度：

UC(ωC)=0.00383%×0.1061=0.00041%

硫元素合成相对标准不确定度：

UC(ωS)=0.00489%×0.2025=0.00099%

6 扩展不确定度的评定

取置信水平 95%，取包含因子k=2，得Uo=0.00041%×2=0.00082%；取包含因子k=2，得US=0.00099%×2=0.00198%。

7 测量结果的表示

该焊剂中碳含量为：ωc=(0.00383±0.00082)%，k=2；ωs=(0.00489±0.00198)%，k=2。

8 结 论

本文采用高频红外碳硫分析仪对焊剂中碳(C)和硫(S)元素含量进行了测量，并对影响数据准确性的不确定度进行多方面评估。根据分析可知，除了对结果影响很小的测量温度分量以外，共7个分量组成。以上分量充分考虑了测量过程中系统效应和随机效应所导致的测量结果不确定度[3]。因此严格按照规定进行试验，把可以影响不确定度的因素降到最低，减少偶然误差，提高实验数据的稳定性和准确性。