光電直讀光譜法同時測定鋁合金中的雜質(zhì)元素及不確定度評定方法舉例

摘 要：采用ARL 3460型光電直讀光譜儀同時測定鋁合金中的合金及雜質(zhì)元素含量，通過選擇各元素的最佳分析譜線和工作條件，消除共存元素的干擾。分析數(shù)據(jù)的精密度和準確度可以滿足化學(xué)分析的要求，RSD小于1.0%。且操作方便，分析速度快，效率高。

關(guān)鍵詞：直讀光譜；同時；鋁合金；元素含量；不確定度；評定

光電直讀光譜儀是分析黑色金屬及有色金屬成份的快速定量分析儀器。該儀器目前已廣泛應(yīng)用于冶金、機械及其他工業(yè)部門，進行冶煉爐前的在線分析以及中心實驗室的產(chǎn)品檢驗，是控制產(chǎn)品質(zhì)量的重要有效手段。其優(yōu)點在于分析速度快，重復(fù)性及穩(wěn)定性好，準確度高，可用同一分析條件對樣品中多種含量、范圍差別很大的元素同時進行分析，線性范圍寬。

鋁及鋁合金中元素測定方法國家標準GB/T 20975-2008中采用的化學(xué)法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-OES）三種方法，測定前需將樣品加工成粉末試樣，再制備成液體試樣進行分析，周期較長，且前兩種方法測定各元素時要分別測定，而ICP-OES法消耗標準物質(zhì)和高純氬氣較多，成本較高。本方法使用固體塊狀或具有一定厚度的樣品進行測定，易于操作，分析周期短，穩(wěn)定性好，結(jié)果準確。本文并對Fe元素含量進行了不確定度評定方法舉例。

1 試驗部分

1.1 主要儀器與材料

ARL 3460型光電直讀光譜儀，Thermo Fisher Scientific；

光譜儀標準化樣品三塊：QA-10、RA18/150、RA19/118；

鋁合金光譜標準樣塊：E415m，可作為鋁合金8011類型標樣。

8011鋁合金待測試樣。

1.2 儀器工作條件

實驗室溫度、濕度：24±2℃，30%-60%；

真空系統(tǒng)：連續(xù)抽真空，抽空度<15?mHg；

氬氣純度：≥99.995%；

真空室溫度：37℃-39℃；

氬氣沖洗時間：3s；

預(yù)積分時間：15s；

積分時間：5s；

內(nèi)標譜線：Al 305.47nm；

分析譜線：見表1。

1.3 試驗方法

1.3.1 試樣制備

依次將標準化樣品、標準樣塊、待測樣品的一個表面在專用銑床上銑成光滑平面，勿使用切削液等潤滑劑。光滑平面表面積大于30mm×30mm為宜，處理好的表面避免油、水、灰塵等雜質(zhì)的污染，避免手指接觸表面。

1.3.2 樣品分析

實驗室溫濕度達到要求后，開機，可同時開啟氬氣源，分壓表壓力控制在0.05MPa左右，待儀器穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)氬氣分壓表壓力在0.27MPa左右，進行漂移校正，按順序依次激發(fā)三塊標準化樣品，每塊樣品保留5個重現(xiàn)性較好的有效點，完成標準化。然后用鋁合金光譜標準樣塊E415m建立類標并激發(fā)進行類標初始化，至少激發(fā)4次，選擇較好的4個有效點完成初始化。定量分析界面下，選擇建立好的類標程序，激發(fā)8011試樣至少3次，保留較好的3個點。

2 結(jié)果與討論

2.1 類型標樣的選擇

類型標樣是已知成分的標樣，該標樣的成分以及物理狀態(tài)甚至生產(chǎn)工藝要與待測試樣接近，有較好的均勻性，定值準確，再現(xiàn)性好。本試驗的標準樣品E415m，與8011鋁合金樣品成分接近。其各元素含量標準值及標準偏差見表2。

2.2 精密度試驗

用已經(jīng)加工好的鋁合金光譜標準樣塊E415m連續(xù)激發(fā)10次，求其平均值、相對標準偏差，結(jié)果見表3。由表3可看出，該方法精密度較好。

2.3準確度試驗

用鋁合金光譜標準樣塊E415m和8011鋁合金待測試樣2組分別使用本方法和GB/T 20975.25-2008電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-OES）進行比對試驗，分析結(jié)果見表4。由表4可以看出，兩種方法試驗結(jié)果吻合度較好。

2.4 光電直讀光譜法測量不確定度評定（以Fe元素為例）

2.4.1 直讀光譜儀測量不確定度的主要來源

由分析方法、直讀光譜儀工作原理認為分析8011鋁合金中Fe元素含量不確定度可能來源于：

檢測環(huán)境：室內(nèi)溫濕度變化、氬氣純度等；

儀器：儀器的準確性、穩(wěn)定性；

測量重復(fù)性：由于重復(fù)測量所引起的數(shù)據(jù)差異；

人員操作：不同檢驗人員的操作差異；

樣品：樣品的加工方法及樣品成分的均勻性。

2.4.2 建立模型

根據(jù)不確定度來源，建立Fe元素含量與對其有影響的量的函數(shù)關(guān)系：

2.4.3.4 計算擴展不確定度

在通常測量中，一般包含因子k取2，所以擴展不確定度：

2.3.4.5 測量不確定度報告

當儀器測量Fe元素平均含量為0.714%時，結(jié)果報告為：

3 結(jié)論

直讀光譜法測量鋁合金中各元素含量時，相比經(jīng)典化學(xué)方法與ICP-OES法更快速且操作簡便，精密度和準確度都較好。類型標樣的選擇很重要，要定值準確，再現(xiàn)性好，成分及狀態(tài)與待測試樣接近，由表1及Fe含量擴展不確定的計算結(jié)果可以看出，直讀光譜測量結(jié)果的不確定度主要由類型標樣本身的不確定度引起，通過提高類型標樣的精度等級可以提高直讀光譜的分析精度。通過對直讀光譜法測量不確定度的評定，可評判此方法的分析精度，保證了測量結(jié)果的準確性和可靠性。

作者簡介：

李文成，男，安徽省淮北市人，大學(xué)本科，助理工程師，研究方向：鋁及鋁合金原材料檢測及產(chǎn)品力學(xué)性能檢測。