HCS—140型紅外碳硫儀測定低合金鋼中碳硫元素含量的不確定度評定

張曉燕

【摘 要】以低合金鋼國家標準物質作為樣品，利用HCS-140型紅外碳硫儀測定其中的碳、硫含量并進行了不確定度評定，分析影響測量結果的各個因素。經分析發現不確定度主要來源包括測量重復性、標準物質定值、工作曲線擬合、電子天平稱量、儀器示值，并計算得出擴展不確定度，為實驗數據的測量準確性提供了依據。

【關鍵詞】不確定度；低合金鋼；紅外吸收法；碳硫

中圖分類號： TN21 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）36-0200-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.36.085

0 前言

紅外吸收法是現今測量金屬、橡膠、土壤、植物等樣品中碳、硫元素含量的主流方法。近年來我國計量水平與國際計量水平接軌，針對測量過程中引入不確定度的評定也提出了相應的規定。依據CNAS CL10的要求，檢測實驗室應能對檢測結果不確定度做出正確評定，并滿足檢測要求。

本文利用HCS-140型高頻紅外碳硫儀對低合金鋼國家標準樣品中的碳硫元素進行測定，采用GUM法[1]進行了不確定度評定。經分析發現不確定度主要來源包括測量重復性、標準物質定值、工作曲線擬合、電子天平稱量、儀器示值，并計算得出擴展不確定度，為實驗數據的測量準確性提供了依據。

1 實驗部分

1.1 儀器器具與試劑

HCS-140型德凱高頻紅外碳硫分析儀；

AL104型梅特勒電子天平，分辨率0.1mg，最大允許誤差±0.5mg；

L-CS超低碳硫分析專用坩堝，24mm×24mm，使用前在馬弗爐中1000℃灼燒240min，放入干燥器中保存待用；

鎢粒助熔劑，40目，碳和硫的質量分數分別小于0.001%和0.0007%；

鑄鐵碳硫專用標樣（機字84-36），含碳2.75%，含硫0.142%；

YSBC11258-2015低合金鋼國家一級標準物質，含碳0.411%；

YSBC281113-2015碳硫專用系列鋼標樣，含硫0.035%；

YSBC31205-2013低合金鋼國家一級標準物質，含碳0.318%，含硫0.018%。

1.2 實驗方法

依據GB/T 20123-2006[2]，并根據HCS-140型高頻紅外碳硫儀的使用規范，先利用鑄鐵碳硫專用標樣（機字84-36）飽和儀器氣路，采用單點校正法進行工作曲線擬合，利用YSBC11258-2015標準物質校準碳、YSBC281113-2015標準物質校準硫，然后加入0.15g（精確至0.1mg）的YSBC31205-2013標準物質作為試樣于瓷坩堝中，并加入1g鎢助熔劑，利用高頻紅外碳硫儀進行樣品的測定，測定結果直接以百分含量顯示。

2 數學模型

紅外吸收法測定碳、硫含量可建立下列數學模型：Y=X。式中，Y為鋼鐵樣品中碳、硫的測定結果（%）；X為鋼鐵樣品中碳、硫含量的儀器讀數值（%）。

3 不確定度分量

A類不確定度：重復性測量所引入的不確定度u（rep）。

B類不確定度：標準物質定值所引入的不確定度urep（w）；電子天平稱量所引入的不確定度urel（m）；工作曲線擬合所引入的不確定度urel（c）；紅外碳硫分析儀示值引入的不確定度；其他隨機因素引入的不確定度。

4 不確定度分量的評定

4.1 重復性測量所引入的相對標準不確定度分量u（rep）

重復測量八份平行樣品，結果見表1。

由此可計算出碳含量重復性測量引入的相對標準不確定度為1.9×10-3%，硫含量重復性測量引入的相對標準不確定度為4.9×10-3%。

4.2 標準物質定值所引入的相對標準不確定度分量urel（w）

本實驗中作為碳的工作曲線標準點的國家標準物質為YSBC11258-2015，作為硫的工作曲線標準點的國家標準物質為YSBC281113-2015。由其合格證書表明，其碳、硫的擴展不確定度均為0.002%，k=2。標準物質定值所引入的相對標準不確定度為：

本實驗采用單點校正的方式來校正紅外光譜儀，故n取1。該項的標準不確定度可近似估計為標準樣品YSBC31205-2013重復測量得到的標準偏差s。工作曲線擬合的相對標準不確定度urel（c）的計算公式為：

可由此計算出工作曲線擬合所引入的相對標準不確定度碳元素的為5.4×10-3%，硫元素的為1.4×10-2%。

4.5 紅外碳硫分析儀示值所引入的相對標準不確定度

儀器示值的變動已體現在工作曲線和試樣重復測量結果的變動中，不再重復評定。

4.6 其他隨機因素所引入的不確定度分量

本實驗由同一人員選擇穩定的有證標準物質作為樣品進行操作測量，且測量對溫度、濕度要求不高，在室溫下對測量結果影響極小，因此這些不確定度因素在評定不確定度結果時可忽略不計。

5 合成不確定度u和擴展不確定度U的評定

各相對標準不確定度分量總結于下表。

由此可分別計算出標準樣品YSBC31205-2013中碳的合成標準不確定度為1.9×10-3%，擴展不確定度為3.8×10-3%；硫的合成標準不確定度為2.6×10-4%，擴展不確定度為5.2×10-4%。

6 評定報告及結論

本實驗以國家標準物質YSBC31205-2013為試樣測定其中的碳、硫元素含量，取包含因子，碳的分析結果為（0.317±0.004）%，硫的分析結果為（0.0173±0.0005）%

從不確定度評定結果可得知，利用HCS-140型高頻紅外碳硫儀進行碳、硫含量的檢測過程中，最大的不確定度分量是由工作曲線擬合所引入的。尤其低合金鋼中硫含量較低，以單點校正法進行工作曲線擬合時，儀器的示值誤差所導致的測量值的變動會直接影響工作曲線的擬合。

【參考文獻】

[1]JJF1059.1-2012，《測量不確定度評定與表示》.

[2]楊國榮.鋼鐵總碳硫含量的測定高頻感應爐燃燒后的紅外吸收法（常規方法）.《鋼鐵及合金化學分析方法標準匯編》，中國標準出版社，2009（2）：677-699.