紡織品pH值測量不確定度的探討

魏曉峰，張 兵，劉曉鑫

[東麗酒伊織染（南通）有限公司，江蘇南通 226009]

紡織品pH值測量不確定度的探討

魏曉峰，張 兵，劉曉鑫

[東麗酒伊織染（南通）有限公司，江蘇南通 226009]

本文通過對ISO 3071-2005《紡織品水萃取物pH值的測定》檢測不確定度的探討，確定了該方法的檢測不確定度。

pH；紡織

Abstract In this paper, the uncertainty of ISO 3071-2005< Textiles-Determination of pH of aqueous extract>was discussed. The uncertainty of the method was determined.

Key words pH; textiles

1 概述

1.1 目的

依據(jù)ISO 3071-2005《紡織品水萃取物pH值的測定》的方法，確定紡織品pH值測定時(shí)的不確定度。

1.2 環(huán)境條件

室溫

1.3 測過程及結(jié)果表示

每塊試樣測試時(shí)取3組平行樣，每組2.00g±0.05g，剪碎，放入帶塞錐形瓶中，加入100ml氯化鉀溶液（0.1mol/L），蓋緊瓶塞，置于搖瓶機(jī)上振蕩2h后濾出萃取液。用帶玻璃電極的pH計(jì)測定樣品水萃取液的pH值。第一份萃取液的測量值僅作為參考值，不做記錄，記錄第二份和第三份pH值的平均值作為測量結(jié)果。

2 數(shù)學(xué)模型

pH值由定義可知其為氫離子濃度的負(fù)對數(shù)。由數(shù)顯式pH計(jì)可以讀數(shù)直接給出測量結(jié)果。

因此，數(shù)學(xué)模型為：

X=X示=-lg[H+]=-lg[mx/v]=lgv-lgm-lgx式中，

X —被測樣品pH值；

X示—測量儀器示值。

m —樣品的質(zhì)量（g）

x —樣品中H+的含量（mol/g）

V —蒸餾水的體積（L）

3 儀器設(shè)備、計(jì)量器具、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

3.1 pH計(jì) U=0.002 pH K=2

3.2 電子天平：（0.1-210）g,U=0.002g

3.3 100mL量筒：允差=1.0mL

4 不確定度的預(yù)估及主要來源分析

從測定過程及結(jié)果的表示可以確定，pH值測定的不確定度主要來自5個(gè)方面：

4.1 測量的重復(fù)性引起的不確定度分量

影響檢測結(jié)果重復(fù)性的主要因素有測量儀器和環(huán)境的變動(dòng)性、人員操作、樣品不均勻等因素。分析在重復(fù)性測量條件下一系列測量結(jié)果，即可得到各種隨機(jī)因素合并引起的重復(fù)性不確定度分量。各結(jié)果的分布服從正態(tài)分布，按A類方法評定。

4.2 儀器校準(zhǔn)引入的不確定度

服從均勻分布，按B類方法評定。

4.3 溫度變化

水體積膨脹引入的不確定度，按B類方法評定。

4.4 由天平稱量引起的質(zhì)量不確定度

服從均勻分布，按B類方法評定。

4.5 標(biāo)準(zhǔn)要求樣布稱量（2.0±0.05）g

由樣布質(zhì)量范圍引起的不確定度，服從均勻分布，按B類方法評定。

5 不確定度的評定

5.1 不確定度分量的計(jì)算

5.1.1 測量重復(fù)性引入的不確定度分量

在本測試中，使用同一臺天平，同一個(gè)pH儀，同一批次紡織品，某個(gè)測試員在重復(fù)性測試條件下分10次獨(dú)立測試。每次取3個(gè)測試樣，表1給出了10次樣品的測試結(jié)果。結(jié)果表明，10次測試之間的差異很小，且標(biāo)準(zhǔn)偏差非常接近，這說明測試操作結(jié)果穩(wěn)定，符合正態(tài)分布規(guī)律。

表1 10組樣品的測量結(jié)果及平均值

10次重復(fù)測試的標(biāo)準(zhǔn)方差為：

測量的重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(A)為：

5.1.2 pH儀校準(zhǔn)引入的不確定度

試驗(yàn)使用的pH儀型號為PB-21型pH儀，檢定證書給出的測量偏差為0.002，假設(shè)屬于均勻分布，由儀器導(dǎo)致pH測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

5.1.3 溫度變化引入的不確定度

溫度引起體積變化的不確定度 ，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，由于液體體積膨脹遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于量筒體積的膨脹，因此只考慮水的體積變化引入的不確定度，而忽略玻璃器皿的容積變化。

（1）用100ml量筒加氯化鉀溶液到燒杯中，量筒的檢定證書給出的結(jié)果為容量允差為1.0mL, 量筒偏差對取液影響的范圍為101.0～99.0mL，對pH的影響：

其導(dǎo)致的pH的變化為一個(gè)不均勻分布，其上界為 -1.004 365，下界為 -0.995 679，其 a=（a上-a下）/2=[-0.995 679-（-1.004 365）]/2=0.004 343。

假設(shè)為均勻分布，包含因子k=，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（2）該量筒的校準(zhǔn)溫度為20 ℃，水的膨脹系數(shù)為2.1×10-4℃-1，實(shí)驗(yàn)室室溫為（20±5）℃,溫度變化引起的體積變化為 △ V=100×5×2.1×10-4=0.105 ml對取液影響的范圍為101.105～98.895ml，對pH值得影響

a下= lgv = lg0.098 895=-1.004 83 a上= lgv = lg0.101 105 =-0.995 23

其導(dǎo)致的pH的變化為一個(gè)不均勻分布，其上界為 -0.995 23，下界為 -1.004 83，其 a=（a上-a下）/2=[-0.995 23-（-1.004 83）]/2=0.009 6。由此引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

假設(shè)為均勻分布，包含因子k=，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

5.1.4 由質(zhì)量引起的不確定度

（1）本次試驗(yàn)使用的天平型號為JA2003型pH儀，檢定證書給出的測量偏差為±0.002，因此天平影響質(zhì)量的范圍為1.998g～2.002 g，其對pH值得影響如下：

其導(dǎo)致的pH的變化為一個(gè)不均勻分布，其上界為0.301 464，下界為 0.300 595，其 a=（a上-a下）/2=（0.3011464-0.300 595）/2= 0.000 4345。由此引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

假設(shè)為均勻分布，包含因子k=，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

（2）本次試驗(yàn)樣布要求（2.0±0.05）g，由方法要求其對pH的影響如下：

a下= lg1.95=0.290 035 a上=lg2.05=0.311 754

其導(dǎo)致的pH的變化為一個(gè)不均勻分布，其上界為0.311 754，下界為0.290 035，其a=（a上-a下）/2=（0.3111754-0.290 035）/2=0.010 859 5。由此引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

假設(shè)為均勻分布，包含因子k=，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

5.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

將上述不確定度分量列于表2

表 2 紡織品pH值的不確定度分量表

兩個(gè)分量相互獨(dú)立，互不相關(guān)，因此合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按下式計(jì)算：

6 擴(kuò)展不確定度

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度服從正態(tài)分布，取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度

7 結(jié)果報(bào)告

按ISO 3071-2005標(biāo)準(zhǔn)要求測定紡織品的pH值，取包含因子k=2,對于置信概率p=95%，本次測試10組樣品結(jié)果及其不確定度為4.97±0.08 。

[1]ISO 3071-2005紡織品 水萃取液pH值的測定.

[2]JJF 1059.1-2012 測量不確定度評定與表示.

Studying on the uncertainties of testing the Textiles-Determination of pH of aqueous extract

WEI Xiao-feng，ZHANG Bing，LIU Xiao-xin
(Toray Sakai Weaving & Dyeing(NanTong) Co.,Ltd Testing Center ，Jiangsu Nantong 226009,China)

TS190.1

A

投稿日期：2017-07-21

魏曉峰（1971-），男，精通紡織品工藝及檢測。