鋁合金中化學(xué)成分測(cè)量不確定度評(píng)定的研究

潘 飚

（中鋁瑞閩股份有限公司，福建 福州 350015）

測(cè)量不確定度是與檢測(cè)結(jié)果關(guān)聯(lián)的一個(gè)重要參數(shù)，用于表征被檢測(cè)的值的分散性并能夠客觀(guān)、科學(xué)地表達(dá)檢測(cè)結(jié)果質(zhì)量與水平。在測(cè)量不確定度評(píng)定過(guò)程中，研究影響檢測(cè)結(jié)果精度的主要因素,并采取措施予以預(yù)防與控制，對(duì)于提高檢測(cè)結(jié)果質(zhì)量水平有著重要的意義[1]。

1 檢測(cè)設(shè)備及工作曲線(xiàn)標(biāo)樣

OES-5500Ⅱ 日本島津直讀光譜儀,西南鋁加工廠(chǎng)提供的LF6系列鋁合金光譜分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

2 檢測(cè)方法及數(shù)學(xué)模型

GB/T7999-2015《鋁及鋁合金光電直讀發(fā)射光譜分析方法》。

輸出量與輸入量之間有一定的函數(shù)關(guān)系，假設(shè)工作曲線(xiàn)為二次曲線(xiàn)，根據(jù)最小二乘法原理則該方法的數(shù)學(xué)模型為：

式中 ：ai，bi，ci—回歸系數(shù) ；Ci—元素化學(xué)成分含量，%；Ii—元素光強(qiáng)度。

3 測(cè)量不確定度的評(píng)定

檢測(cè)待評(píng)定試樣兩次，計(jì)算其平均值如下：Cu：C0=0.042%；Mn：C0=0.370%。

3.1 測(cè)量不確定度分量的研究

光電直讀光譜發(fā)射法測(cè)定鋁合金中化學(xué)成分含量，不確定度主要來(lái)源可歸結(jié)為由隨機(jī)效應(yīng)的所產(chǎn)生和系統(tǒng)效應(yīng)所產(chǎn)生，可分別采用A類(lèi)評(píng)定方法和B類(lèi)評(píng)定方法。

（1）隨機(jī)效應(yīng)所引起的相對(duì)不確定度分量urel(1)。根據(jù)分析，樣品的均勻性、檢測(cè)重復(fù)性、檢測(cè)再現(xiàn)性、環(huán)境溫度及濕度變化等因素可以歸結(jié)為由隨機(jī)效應(yīng)引入的不確定度來(lái)源，可采用合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差方法來(lái)計(jì)算。為了讓系統(tǒng)效應(yīng)所帶來(lái)的影響能夠相互抵消，采用做法如下：每隔1小時(shí)檢測(cè)1回，連續(xù)檢測(cè)10回，每回平行檢測(cè)兩點(diǎn)并計(jì)算兩點(diǎn)檢測(cè)值（C1,C2）之差θ， 這樣有如下公式：（1）式中：S(Ci)——單次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差；S（θ）——差值θ的標(biāo)準(zhǔn)差。

每回平行檢測(cè)過(guò)程，從試樣處理到檢測(cè)結(jié)束都是相同的，故采用兩點(diǎn)差值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可認(rèn)為系統(tǒng)效應(yīng)所帶來(lái)的影響已相互抵消，各回差值的差異反映了由隨機(jī)效應(yīng)所引入的不確定度[2]。

表1 各元素θ值統(tǒng)計(jì)表

同理Mn：urel(1)=0.396%

（2） 系統(tǒng)效應(yīng)引入的相對(duì)不確定度分量urel(2)。

①類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)化引入的相對(duì)不確定度分量u2.1。取鋁合金光譜分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)E6013作為類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)化，其數(shù)值如下表：

②工作曲線(xiàn)擬合引入的相對(duì)不確定度分量為u2.2。一次工作曲線(xiàn)擬合引入的相對(duì)不確定度分量為u2.2。

式中A1——一次曲線(xiàn)斜率；——一次曲線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)差；P——待測(cè)試樣平行檢測(cè)數(shù)；n——工作曲線(xiàn)回歸點(diǎn)的數(shù)目；工作曲線(xiàn)標(biāo)樣成分含量的平均值；C0——待測(cè)試樣測(cè)出強(qiáng)度后回歸算出的成分含量[3]。

Cu、Mn是二次曲線(xiàn)方程，將二次曲線(xiàn)方程轉(zhuǎn)換成一次曲線(xiàn)方程后，應(yīng)用一次曲線(xiàn)方程不確定度計(jì)算公式（2）計(jì)算u2.2，結(jié)果如下：

表3 Cu、Mn曲線(xiàn)轉(zhuǎn)換后參數(shù)表

③數(shù)字修約引入的相對(duì)不確定度分量為u2.3。

設(shè)置Cu、Mn保留小數(shù)點(diǎn)后3位，即修約間隔為0.001%，按均勻分布，其相對(duì)不確定度分別為Cu：u2.3=0.69%；Mn：u2.3=0.076%。

涉及的各相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量見(jiàn)表4：

因上述不確定度來(lái)源彼此獨(dú)立不相關(guān)，故將上表中的數(shù)據(jù)分別代入公式（3），計(jì)算得到如下：Cu：Uc,rel=1.80%；Mn：Uc,rel=0.779%所以：Cu：U(C0)=0.000756%；Mn：U(C0)= 0.00288%。

表4 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表

3.2 不確定度評(píng)定報(bào)告

Cu含量為（0.042±0.002）%，k=2；Mn含量為（0.370±0.006）%，k=2。

4 結(jié)語(yǔ)

本次研究了鋁合金中 Cu和Mn的檢測(cè)結(jié)果不確定度，可以看出影響檢測(cè)結(jié)果的主要不確定度分量包括兩方面：一方面為重復(fù)性[4]、再現(xiàn)性和樣品均勻性引起的不確定度；另一方面為類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)化用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值、工作曲線(xiàn)擬合及數(shù)字修約引起的不確定度。因此，要提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須降低不確定度主要影響因素的影響，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制目的。