電感耦合等離子體原子發射光譜法測定銅合金中鐵含量不確定度評定

吳 燕，宋鴻江

(新疆維吾爾自治區產品質量監督檢驗研究院，新疆烏魯木齊 830011)

電感耦合等離子體原子發射光譜法測定銅合金中鐵含量不確定度評定

吳 燕，宋鴻江

(新疆維吾爾自治區產品質量監督檢驗研究院，新疆烏魯木齊 830011)

采用電感耦合等離子發射法測定銅合金中的鐵含量，對其不確定度的來源進行了分析，對其測定結果的不確定度進行了評定，為提高實驗室檢測和控制能力提供了可靠的參考依據。

電感耦合等離子體原子發射光譜法，銅合金，鐵，不確定度

電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)，由于其低檢測限、高靈敏度、高精密度以及多元素同時測定等良好的分析性能，在冶金、地質、環保、醫療和食品等領域都有廣泛的用途[1]，尤其是在鋼鐵及有色金屬的化學分析中具有非常重要的地位。評定不確定度主要用于表示被測量值的分散性，是對測量結果質量的定量評價，是對測量結果真實性的客觀反映[2]，因而正確評定不確定度是測量過程的重要一環。

JJF1059-1999《測量不確定度的評定與表示》[3]明確指出以不確定度作為量的準確程度的判定標準。本文以銅合金中鐵的測定為例，分析了不確定度來源，并對該元素進行了測量不確定度評定，進而可以推廣到其它被測元素。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與標準物質

電感耦合等離子體原子發射光譜儀：DV8000，美國PE公司；電子天平：AL104，分辨率0.0001g，上海德加儀器有限公司；鐵標準儲備溶液：1000μg/mL，國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院；硝酸，鹽酸：優級純；氬氣：純度不小于99.999%。

1.2 試驗方法

1.2.1 鐵標準溶液系列標準樣品的配制

(1)混合酸溶液：1體積鹽酸，3體積硝酸和4體積水混合[4]。

(2)鐵標準溶液Ⅰ：用10mL移液管移取10.00mL鐵標準儲備溶液，置于100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。此溶液1mL含100μg鐵。

(3)加入0mL、1mL、2mL、3mL、5mL鐵標準溶液Ⅰ于一組100mL容量瓶中，分別加入10mL混合酸，用水稀釋至刻度，混勻。

1.2.2 樣品制備

將0.1000g試料置于250mL錐形瓶中，加入10mL混合酸，蓋上表皿，加熱至試料完全溶解，用水洗滌表皿及錐形瓶壁，冷卻。移入100mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻[4]。

1.2.3 樣品分析

電感耦合等離子體原子發射光譜儀運行穩定后，在選定的工作條件下，于波長259.939nm處測量標準溶液及試液的光譜強度，繪制工作曲線。在工作曲線上查取樣品溶液中鐵的 質量濃度，計算銅合金中鐵的質量分數[4]。

1.3 測定原理及數學模型

電感耦合等離子發射光譜儀作為高精度儀器，測定銅中鐵含量，是通過建立鐵元素標準曲線后，儀器對試料直接測定，并根據標準曲線計算顯示結果。

試料中鐵含量的數學模型為：

式中：Y—儀器檢測被測對象的鐵元素的含量，mg/kg；C—試樣溶液中鐵的含量，mg/L；V—試樣定容體積，mL；m—試樣質量，g；f—樣品溶液的稀釋倍數，本次實驗中f=1，無量綱；Δ—各種因素造成的重復性影響修正值。

2 不確定度討論

2.1 不確定度來源

從檢測過程和數學模型分析，該分析方法中的不確定度來源主要包括：標準儲備液配制成標準溶液、標準曲線擬合過程、稱量過程(如電子天平的分辨力)、容量瓶定容過程(如容量瓶準確性及溫度變化)、樣品重復性分析以及樣品溶液稀釋過程等引入的不確定度。

2.2 不確定度評定

2.2.1C的不確定度u(C)

2.2.1.1 標準曲線擬合過程引入的不確定度u1(C)

數據如表1所示，本實驗用最小二乘法進行擬合，得到直線方程A=1117000Cj-26311.3，記B1=1117000，B0=-26311.3。

表1 標準曲線：鐵標準溶液濃度與感應信號強度Table 1 The standard curve：The concentration of Iron standard solution and The intensity of induction signal

本實驗對樣品進行了6次測定，平均質量濃度C=3.0402mg/L，則C的標準不確定度為：

(1)

則有：

=60414.4436

將上述各值代入(1)中，可得：

=0.0270mg/L

=0.8881%

2.2.1.2 鐵標準溶液引入的不確定度u2(C)

根據其證書可得，鐵標準溶液的標準不確定度u2(C)=2mg/L。

2.2.1.3 鐵標準儲備液配制成標準曲線引入的不確定度u3(C)

將鐵標準儲備液1∶10進行稀釋，然后分別按1∶100、2∶100、3∶100、5∶100稀釋，配制得到1mg/L、2mg/L、3mg/L和5mg/L四個濃度的標準溶液。

根據《測量不確定度評定教程 中國合格評定國家認可委員會(委托)上海實驗室認可技術交流中心》規定，稀釋過程不確定度相對于用于擬合直線求C時的不確定度完全可以忽略不計。

綜上所述：

=0.9103%

2.2.2 定容過程引入的不確定度u(V)

2.2.2.1 容量瓶準確性引入的不確定度u1(V)

JJG196-1990《常用玻璃量器》規定，20℃時100mL容量瓶(A級)的容量允許誤差為±0.10mL，取矩形分布，則容量瓶體積帶來的不確定度為：

2.2.2.2 溫度變化引入的不確定度u2(V)

玻璃器具使用溫度與校準溫度差異引入的不確定度，水的膨脹系數為2.1×10-4/℃，玻璃器具的校準溫度是20℃，本實驗室使用溫度與校準溫度變化范圍為±5℃，按正態分布計算，95%置信概率時k=1.96，則：

綜上所述，則：

=0.0789mL

2.2.3 稱量過程引入的不確定度u(m)

本實驗室所用電子天平經計量校準合格，其校準證書給出的d=0.1mg，且服從均勻分布，則：

2.2.4 樣品溶液稀釋過程引入的不確定度u(f)

本實驗過程中樣品不進行稀釋，故f=1，則u(f)=0。

2.2.5 樣品重復性分析引入的不確定度u(Δ)

在整個實驗過程中，因消解引入的不確定度有溫度、時間、加入試劑量、消解/反應/效率、容器附著的量、容量瓶定容時眼睛觀察凹液面與刻線是否持平等等引入的不確定度分量，可通過平行測定樣品來評估不確定度分量。

在重復性條件下，對該樣品進行了6次獨立測試，鐵的含量分別是2943.5mg/kg、3101.9mg/kg、3095.0mg/kg、2873.1mg/kg、3101.0mg/kg和3126.9mg/kg，則：

=42.9326mg/kg

2.2.6 合成不確定度

合成不確定度(ux)由以上獨立的各項不確定度計算出來，為合成方差的正平方根，即：

=772.433mg2/kg2

=51.1433mg/kg

=0.0051%

2.2.7 擴展不確定度

一般取置信概率P=95%，包含因子k=2，則擴展不確定度為：

U=k×ux=2×0.0051%=0.010%

2.2.8 電感耦合等離子體原子發射光譜儀測定銅合金中鐵含量的不確定度報告

w(C)=0.304%±0.010%，k=2

報告的擴展不確定度是由標準不確定度乘以包含因子k=2得到的，對于正態分布來說，這對應于置信概率約為95%。

3 結論

通過對銅合金中鐵元素含量的不確定度評定，從各分量評定的量值看，諸因素中樣品重復性分析引入的不確定度及標準曲線擬合過程引入的不確定度影響較大，因此規范分析操作，提高標準溶液配制的精確度，同時不斷優化儀器參數，都可減小樣品重復性分析及標準曲線擬合過程對不確定度的影響，對分析測試質量的提高十分重要。

本文對使用電感耦合等離子體原子發射光譜儀分析中如何提高結果的準確度提供了理論基礎；同時本文介紹的電感耦合等離子體原子發射光譜法測定銅合金中鐵含量的不確定度的評定方法可以推廣到其他元素的評定。

[1] 林亞萍，李潔. ICP-AES法測定低合金鋼中鉻的不確定度評定[J].鋼鐵研究，2008，36(4)：48-50.

[2] 謝明明，王峰.電感耦合等離子體發射光譜法測定鉬中鐵含量不確定度評定[J].中國鉬業，2015，39(1)：38-42.

[3] 國家質量技術檢驗檢疫總局. JJF1059-1999測量不確定度評定與表示[S].北京：中國計量出版社，1999.

[4] 國家質量技術檢驗檢疫總局. GB/T 5121.27-2008銅及銅合金化學分析方法 第27部分：電感耦合等離子體原子發射光譜法[S].北京：中國標準出版社，2008.

Evaluation of Uncertainty in Determination of Iron Content in Copper Alloy by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

WU Yan，SONG Hong-jiang

(Xinjiang Uyghur Autonomous Region Product Quality Supervision and Inspection Institute，Urumqi 830011，Xinjiang Uyghur Autonomous Region，China)

In this paper，we analyze the sources of uncertainty of iron content by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry in copper alloy，and evaluate the uncertainty of iron content on the determination in copper alloy. These provide a reliable reference for the improvement of laboratory testing and control ability.

ICP，copper alloy，iron，uncertainty

O 641