ICP-AES法測定礦石中金的測量不確定度的評定

金 麗,張麗娟,云作敏

(吉林省有色金屬地質勘查局研究所,吉林長春 130012)

·分 析·

ICP-AES法測定礦石中金的測量不確定度的評定

金 麗,張麗娟,云作敏

(吉林省有色金屬地質勘查局研究所,吉林長春 130012)

文章通過對ICP-AES法測定礦石中金的整個實驗過程進行分析,對其測量不確定度進行了研究。闡述了測定過程中各不確定度的主要來源,并對各不確定度分量進行了評定與合成,得出了合成標準不確定度、擴展不確定度及一個樣品的置信區間。

電感耦合等離子體發射光譜;金;不確定度

在國民經濟、國防建設、科學研究和社會生活中,人們每天都在進行大量的測量,測量者和利益相關各方最為關心的是測量的質量如何。而測量不確定度是表征合理的賦予被測量之值的分散性,與測量結果聯系的參數[1],正是評定測量水平的指標,也是評定測量結果質量的依據,它對科研、生產、商貿和國際技術交流等諸多相關測量領域影響甚大,具有重要的現實意義。

本文對ICP-AES法測定礦石中金的整個實驗過程進行了系統分析,確定了計算過程所需各參數的采集計算方法,以及不確定度的最終合成與表示,給出了一個完整的檢測依據。

1 實驗方法

準確稱取加工粒度為74μm的樣品10.0 g,于650℃高溫爐灼燒2h取出冷卻后,移入150 mL錐形瓶中,加入60 mL王水加熱溶解至體積約30 mL,加入30 mL水浸取和處理過的泡沫塑料一塊,動態吸附30 min后取出泡沫塑料,將其洗凈后置于試管中,加入10 mL解脫溶液,水浴浸取20 min后,測定[2]。

2 數學模型的建立

根據工作曲線計算待測液中金的含量,其數學模型:

式中C為待測溶液中被測元素的質量濃度/μg·mL-1; V為待測溶液的定容體積/mL;m為樣品的稱樣重量/g。

3 不確定度分量的主要來源

根據實驗確定的測試方法及其相關信息分析,測量不確定度的主要來源是稱取樣品質量的過程、試樣分析的重復性分析過程、試樣的定容過程、標準物質的制備過程、標準曲線的擬合過程以及儀器自身穩定狀態等。

4 測量不確定分量的計算

在樣品處理過程中主要包括稱量過程中引入的不確定度urel(m)和標準溶液定容過程中引入的不確定度urel(V100),下面對各個分量進行討論。

4.1 樣品稱量過程中引入的不確定度urel(m)

稱量樣品時引入的不確定度主要來自兩個方面:天平的準確性和天平的變動性。天平的準確性是由天平的現行不確定度和天平分辨力的不確定度合成的,檢定證書給出的天平線性為0.020 g,采用均勻分布其標準不確定度u1(m)=0.020/3= 0.0115 g。本實驗所采用是百分之一的天平,其感量為0.01 g,則u2(m)=0.29×0.01 g=0.002 9 g。稱量過程的變動性可以通過對樣品的重量稱量進行測定,對同一份樣品重復進行稱量5次,計算所得u3(m)=0.001 1 g。因此由稱量所引起的標準不確定度u(m),可以根據公式u2(m)=u21(m)+u22(m)+u23(m)計算得出u(m)=0.011 9 g。本實驗方法的稱樣量為10.0 g,所以標準不確定度urel(m)=u(m)/m=0.011 9 g/10 g=1.19×10-3。

4.2 樣品定容過程中引入的不確定度

4.2.1 容量瓶所給出的體積偏差不確定度

根據GBI2806-91《容量計算器具檢定系統》[3]對于100 mL的容量瓶給出的不確定度為0.1 mL,取其均勻分布計算u(v100)1=0.1/3=0.058 mL。其相對不確定度urel(v100)1=0.058/100=5.8× 10-4。

4.2.2 讀數重復性引入的不確定度

對于100 mL的容量瓶,用純水重復定容11次至刻度并讀數,按照A類不確定度計算其標準偏差, urel(v100)2=4.2×10-5。

4.2.3 玻璃儀器使用溫度與校準溫度引入的不確定度

已知水的膨脹系數為2.1×10-4/℃[4],假定使用溫度與校準溫度的差異為±5℃,則溫度差異引入的不確定度為V100×2.1×10-4×5=0.105 mL。按其均勻分布計算u(v100)3=0.105/3=0.061 mL,所以urel(v100)3=0.061/100=6.1×10-4。對于樣品定容過程中引入的總不確定度urel(v100)可以根據公式u2rel(v100)=u2rel(v100)1+u2rel(v100)2+u2rel(v100)3計算得到urel(v100)=8.4×10-4。

又因為urel(m)和urel(v100)在整個過程中相互獨立,所以可以根據公式u21=urel2(m)+urel2(v100)= (1.19×10-3)2+(8.4×10-4)2=1.46×10-3。

4.3 標準溶液配置過程中引入的不確定度u2

4.3.1 金標準溶液的配置

準確稱取0.005 0 g光譜純金絲于100 mL燒杯中,用15 mL王水低溫溶解后,水浴上蒸至2～3 mL,加入1 mL 200 g/L NaCl溶液蒸至近干,用HCl趕盡HNO3,再用HCl溶解,用25%HCl定容于100 mL容量瓶中,此溶液Au的質量濃度為50μg/mL。

4.3.2 基準金稱取質量的不確定度ub(m)

按照4.1相同的計算方法,得出稱量過程中引入的不確定度。因為每個標準點都是相互獨立的,所以ub(m)=2×0.011 9 g=0.016 8 g和ubrel(m)= ub(m)/m=1.68×10-3。

4.3.3 容量瓶和移液管使用過程中引入的不確定度

100 mL容量瓶定容過程中引入的不確定度ub(V)=ubrel(V100)=2×0.84×10-3=1.19×10-3, 10 mL移液管的標準不確定度為u(10)=0.012 5,則相對標準不確定度為urel(10)=1.25×10-3,則體積總的相對標準不確定度為:u2rel(V)=u2b(V)+u2rel(10), urel(V)=1.725×10-3。因此標準溶液配置過程中引入的不確定度為:u22=u2rel(V)+u2brel(m),u2=2.41× 10-3。

4.4 樣品重復性分析測定引入的不確定度u3

在選定的測試條件下對待測樣品進行連續測定11次,測定結果列于表1。

表1 樣品重復測定結果%

4.5 標準曲線擬合過程中引入的不確定度u4

在實驗過程中標準曲線由3點構成,分別為0μg/mL、5.0μg/mL、10.0μg/mL,零點為試劑空白。采用ICP-AES測定譜線的發射強度,每一個標準點平行測定3次,以元素的譜線強度xi為橫坐標,以質量濃度yi為縱坐標,擬合標準曲線,建立數學模型yi=axi+b,并計算其線性方程的斜率a、截距b和相關系數r。所得數據列于表2。

表2 相關系數及線性方程

回歸曲線的標準方程Sy/x按貝塞爾公式求出

則相對不確定度為u4=3.42×10-2/0.124= 2.758×10-3。

4.6 儀器波動引入的不確定度

儀器波動有隨機波動和定向波動兩種,隨機波動引入的不確定度已包含在樣品重復測定引入的不確定度中,當儀器出現定向波動時,需要重新校準工作曲線或對測量結果進行校正,工作中應調整儀器至最佳工作狀態,且無系統漂移后進行測定,故引入的不確定度可以忽略。

5 測量不確定度的合成與擴展

根據以上的分析過程中,得到的不確定度各個分量的確定值,并且各個分量之間相互獨立,所以合成標準不確定度u2c=u12+u22+u32+u42。根據上式計算試樣中待測元素的合成標準不確定度。取置信度P=95,擴展因子K=2,則置信度為95%的擴展不確定度u95=K×uc。相應的數值列于表3。

表3 合成與擴展測量不確定度的有關量值%

6 結果及其表示

通過上述的計算可以得出礦石中Au的合成不確定度為0.005 99,擴展不確定度為0.012 0,并且通過數據可知其不確定度來源主要是標準曲線的擬合過程和儀器的測量過程。

因此,礦石中金的測量結果應表示為:

[1] 國家質量技術監督局計量司.測量不確定度評定預表示指南[M].北京:中國計量出版社,2003.

[2] 孟紅,金麗.電感耦和等離子體發射光譜法測定礦石中的金[J].黃金,2009,8:54-56.

[3] 馮立順,劉洪燕.火焰原子吸收法測定土壤中銅的測量不確定度[J].分析實驗室,2006,(4):65-67.

[4] 羅毅.化學統計學[M].北京:科學出版社,2001.

Abstract:In this paper,the whole process of experinment that gold in ore samples is determined by inductively coupled plasma emission spectrometry(ICP-AES)is analyzed,and the measurement is reseached.The components of uncertainty were calculated quantitatively.The colletion and statistical calculation means of the relevant paramrters were put forward.As a result,the standard and spread uncertainty were gained,as well of the measuring uncertainty form.

Key words:ICP-AES;gold;uncertainty

Uncertainty Evaluation of ICP-AES Method for Measuring Gold in Ore

J IN Li,ZHANG Li-juan,YUN Zuo-min
(Jilin Bureau of Exploration and Development of
Geology and Mineral Resources,Changchun130012,China)

O657.3

A

1003-5540(2011)03-0071-03

2011-04-05

金 麗(1980-),女,工程師,主要從事巖礦分析測試工作和研究。