鋅粉中金屬鋅含量測量不確定度評估

＊趙萍 陳吳

（上海市質量監督檢驗技術研究院 上海 201114）

鋅粉中金屬鋅含量測量不確定度評估

＊趙萍 陳吳

（上海市質量監督檢驗技術研究院 上海 201114）

按照GB/T 6890-2012《鋅粉》中附錄B的規定，用化學滴定法測定鋅粉中金屬鋅含量，通過對影響測量結果的不確定度分量的分析和量化，給出鋅含量測量結果不確定度的評估方法。

化學滴定；鋅含量；不確定度

鋅粉是一種對國民經濟有十分重要支撐作用的功能性粉末狀材料，其具有獨特的物理化學效應，可作顏料，填充料，遮蓋力極強，具有很好的防銹及耐大氣腐蝕的作用，特別是超細高活性鋅粉常用以制造富鋅涂料或者直接鍍于防腐涂層上。鋅粉作為活性填料，其含量對于涂料的防護性能起到關鍵性的作用，因此，根據GB/T 6890-2012《鋅粉》中附錄B的規定研究并建立金屬鋅中鋅含量測量結果的不確定度評估意義重大。

1.實驗部分

(1)試驗原理

用化學滴定法測定鋅粉中金屬鋅含量，其試驗原理主要是在有二氧化碳保護氣的情況下，鋅粉中的金屬鋅與硫酸鐵作用（硫酸銅作催化劑條件下）生成相應等量的硫酸亞鐵鹽，而硫酸亞鐵鹽在KMnO4溶液中被氧化，這樣就可以通過亞鐵離子的含量間接計算出試樣中的金屬鋅的含量。

(2)試驗步驟

①試驗用標準溶液（KMnO4）的配制及標定過程

配制過程：

A．準確稱取20g的高錳酸鉀試樣，放置于容量為3L的燒杯中，然后加入2L的蒸餾水并煮沸1～2h，冷卻靜置至第二日；

B．將冷卻的溶液移入2L容量瓶中。用新煮沸并冷卻至室溫的蒸餾水稀釋至容量瓶的刻度處，并充分搖勻；

C．將上述溶液放置至沉淀自然下降，然后經磁過濾器將溶液過濾置于棕色試劑瓶中，蓋上玻璃塞，待標定。

標定過程：

A．首先在105℃±5℃烘箱中將標定用基準試劑無水草酸鈉干燥1～1．5h；

B．取出后準確稱取0．7200g烘干后的無水草酸鈉；倒入500mL的錐形瓶中，然后用200mL的硫酸溶液充分溶解；

C．將上述溶液在加熱設備上加熱至70～80℃，并且在此溫度范圍內立即用上面配制的KMnO4溶液滴定至出現淡紅色，并在10s內不消失，即可判定為終點。

KMnO4標準滴定溶液的濃度計算如下式所示：

式中：c—KMnO4標準滴定溶液的實際濃度，mol/mL；

m—稱取無水草酸鈉的質量，g；

V—標定時消耗KMnO4標準滴定溶液的體積，mL；

V0—空白試驗消耗KMnO4標準滴定溶液的體積，mL；

134．0—無水草酸鈉的摩爾質量，g/mol。

當3次測定的極差值不大于6×10-8mol/mL時，取其平均值。否則重新標定。

②鋅粉中金屬鋅含量的測定

測定過程：

A．二氧化碳的制備：首先在一個800mL的帶蓋錐形瓶中加入35mL的飽和NaHCO3溶液，并滴加2～3滴甲基橙作為指示劑，然后加入10mL左右的硫酸，在搖動的情況下將瓶內空氣盡量趕盡，再繼續添加硫酸直到溶液由原來的黃色變為紅色為止，立即塞好膠塞；

B．準確稱取0．40g鋅粉試樣（精確至0．0001g），立即打開膠塞將稱好的試樣倒入瓶中，塞好膠塞，用手臂搖動錐形瓶，使試樣充分散開；

C．向錐形瓶中加入10mL的CuSO4溶液，劇烈搖動1min左右，然后加入50mL的Fe2(SO4)3溶液沖洗錐形瓶頸部附著的鋅粉，立即塞緊錐形瓶口，將錐形瓶放置在攪拌器上攪拌溶解15～30min分鐘左右，直至金屬鋅完全溶解；

(3)待鋅粉完全溶解后，隨后加入20mL的磷酸及200mL的硫酸，立即用KMnO4標準溶液滴定至淡紅色并維持10s不褪色，即可判定為滴定終點。

鋅粉中金屬鋅百分含量按下式計算：

式中：ω金屬鋅—金屬鋅的質量分數，%；

V1—滴定消耗KMnO4標準滴定溶液的體積，mL；

V0—空白消耗KMnO4標準滴定溶液的體積，mL；

m1—鋅粉試樣的質量，g；

65．38—鋅的摩爾質量，g/mol。

2.不確定度來源的確定和定量

(1)測量不確定度主要來源

本試驗過程中的測量不確定度主要來源包括：天平、滴定管等測量儀器偏差導致的不確定度；測試溫度變化對溶液體積帶來的影響的不確定度；重復性測試導致的不確定度，包括試樣的均勻程度、所用標準溶液及試劑的濃度等因素。

(2)建立數學模型

鋅粉中金屬鋅百分含量

式中：ω金屬鋅—金屬鋅的質量分數，%；

V1—滴定消耗KMnO4標準滴定溶液的體積，mL；

V0—空白消耗KMnO4標準滴定溶液的體積，mL；

m1—鋅粉試樣的質量，g；

65．38—鋅的摩爾質量，g/mol；

rep—滴定鋅粉試樣的重復性偏差。

其中

式中：c—KMnO4標準滴定溶液的實際濃度，mol/mL；

m—稱取無水草酸鈉的質量，g；

V—標定時消耗KMnO4標準滴定溶液的體積，mL；

V0—空白試驗消耗KMnO4標準滴定溶液的體積，mL；

134．0—無水草酸鈉的摩爾質量，g /mol；

rep'—標定KMnO4標準溶液的重復性偏差。

(3)測量不確定度

金屬鋅百分含量的相對不確定度

其中，KMnO4標準滴定溶液濃度c的相對不確定度

3.不確定度的分量的計算

(1)KMnO4標準滴定溶液濃c導致的不確定度分量ur(c)

①稱取草酸鈉的質量導致的不確定度分量ur(m草酸鈉)

稱取0．72g無水草酸鈉，稱量用電子天平的說明書給出的標準偏差為±0．1mg，按均勻分布考慮，減量法2次稱量：

②標定時消耗KMnO4溶液的體積導致的不確定度分量ur(V)

3次標定的消耗的KMnO4溶液體積分別為34．44mL、34．43mL、34．46mL，平均值V=34．44mL。

A．滴定管校準誤差的影響

檢定證書給出的校準誤差為0．032mL，按三角分布考慮：

B．實際溫度與校準時溫度不一致的影響

本試驗KMnO4標準溶液是將20g高錳酸鉀溶于2L水中，因此認為其體積膨脹系數與水接近，故以水的體積膨脹系數代替。查得水的體積膨脹系數γ=2．1×10-4℃-1（20℃），設溫度變化范圍為±4℃，滴定管體積為50mL，按均勻分布考慮：

③標定時空白消耗KMnO4溶液的體積導致的不確定度分量ur(V0)

空白試驗與標定試驗在相同條件下進行，因此：

u(V0)=u(V)=0.027mL

④標定KMnO4溶液的體積導致的不確定度分量ur(V-V0)

3次標定時空白消耗的K M n O4溶液體積平均值V0=0．02mL。

則

⑤ur(rep')

3次標定結果的允許極差值R為6×10-8mol/mL，以接近正態分布考慮，查得n=3時的極差系數C=1．64，單次測量結果的標準差

標準規定以3次標定結果的平均值作為c值，又c=6．239× 10-5mol/mL

故

⑥合成ur(c)

4.結果分析

不同參數和影響量對測定不確定度的貢獻不同。根據上述數據，KMnO4標準溶液濃度c在不確定度中是貢獻最大的分量，在今后的工作中，應特別注意KMnO4標準溶液濃度c的標定過程，這對我們今后檢測具有實際指導意義。

[1]劉全民,王彥軍,張鑫等．鋅粉制備技術現狀與趨勢[J]．南方金屬, 2015,(202):1-10．

[2] JJF1059-1999,測量不確定度評定與表示[S]．

(責任編輯：任聰)

Evaluation of Uncertainty on the Metal Zinc Content in the Zinc Powder

Zhao Ping, Chen Wu

（Shanghai Institute of Quality Inspection and Technical Research,Shanghai, 201114）

According to the provisions of the appendix B of GB/T 6890-2012, the metal zinc content in the zinc powder is determined by chemical titration. Through the uncertainty components of affect the measurement result of analysis and quantitative,evaluation of uncertainty on the metal zinc content in the zinc powder was given.

chemical titration；the metal zinc content；uncertainty

T

A

趙萍（1987～)，女，上海市質量監督檢驗技術研究院；研究方向：涂料、化工產品的檢測工作。