關于直讀光譜儀的校準技術及應用研究

徐凱欣

（山東省冶金科學研究院有限公司，山東 濟南 250014）

1 前 言

有效的設備校準可以為企業檢驗結果的準確性提供基礎的保障，企業要保證自己的質量體系能夠持續有效的運行，必然要把基礎工作——設備校準做好。一直以來，校準機構是依據檢定規程或校準規范提供校準服務，企業生產經營是依據國家標準來保證產品質量。對于直讀光譜儀，其對應的檢定規程中給出了6種元素的校準方法和技術指標，而對應的國家標準包含了19種元素的測定范圍及技術指標，這就導致了校準服務與企業需求的不匹配，降低了設備校準的有效性，因此，開發一種能夠將直讀光譜儀校準技術與應用相結合的計量方法顯得尤為重要。

2 校準技術

校準用標準物質需滿足國家標準GB/T 4336—2016中要求的元素及測定范圍，因此選用的校準標準物質為：GBW 01401b 純鐵光譜分析標準物質、GBW 01236～GBW 01242碳鋼、合金鋼光譜分析標準物質和GBW 01395a～GBW 01400a 中低合金鋼光譜分析用標準物質。

2.1 檢出限的校準

分析工作前，先激發一塊樣品3～5 次，確認儀器處于最佳工作狀態。在儀器正常工作條件下，連續10 次激發純鐵（空白）光譜分析標準物質，以各元素10 次空白值標準偏差3 倍對應的含量為檢出限。計算公式為：

式中：s為標準偏差，%；xi為單次測量值，%為測量平均值，%；n為測量次數，n=10；DL為元素檢出限，%。

2.2 重復性的校準

在儀器正常工作條件下，連續激發10 次測量某個低合金鋼光譜分析標準物質中代表元素的含量，計算10次測量值的相對標準偏差（RSD）為重復性。計算公式如下：

式中：RSD為相對標準偏差，%；xi為單次測量值，%為測量平均值，%；n為測量次數，n=10。

3 校準技術的應用

對于企業，校準證書的作用客觀上體現在對設備的有效性進行驗證。直讀光譜儀檢出限限量值以滿足用戶使用要求為準則，由用戶自行判定。對重復性的驗證，是依據GB/T 4336—2016 進行。在標準規定的適用范圍內，各元素的質量分數測量結果的相對標準偏差應滿足不大于GB/T 4336—2016附錄B 中該質量分數范圍對應的10 次測量標準偏差限量值s與測得平均值的比值，即：

式中：Sr為重復性限量值，%；s為標準偏差限量值，%為測量平均值，%。

下面以一校準實例具體說明校準技術的應用方式。

3.1 重復性的校準過程及結果

選擇一臺性能穩定的直讀光譜儀ARL 4460，在儀器正常工作條件下，連續激發10 次GBW 01241 低合金鋼光譜分析標準物質中的C、Si、Mn、Cr、Ni、V、P、S、W、Mo、Ti、Cu、Co、B、As 元素和GBW 01396a、GBW 01397a、GBW 01400a 中低合金鋼光譜分析用標準物質中代表元素Zr、Al、Nb、Sn 的含量，所得結果如表1所示。

表1 各測定元素及其測量平均值和重復性

3.2 元素標準偏差限量值

根據GB/T 4336—2016 附錄B，3.1 中元素質量分數范圍對應的10次測量標準偏差限量值s如表2所示。

表2 各測定元素及其質量分數和標準偏差限量值

3.3 元素重復性限量值

由表1、表2 和公式（4）可得，各測定元素的重復性限量值如表3所示。

表3 各測定元素的重復性限量值

3.4 校準技術的應用結果

對比表1中重復性值與表3中重復性限量值所得結果，當重復性值不大于重復性限量值，則設備驗證合格；當重復性值大于重復性限量值，則設備驗證不合格。對于直讀光譜儀ARL 4460，通過對比可得，該設備所有元素均驗證合格。

4 結 論

介紹了一種新的方法，將直讀光譜儀的校準技術與企業實際應用相結合，科學開展計量研究，滿足企業實際需求和質量審核要求，希望該方法能夠有助于促進計量行業的縱向延伸和橫向擴展，最終建立起科學有效的具有前瞻性和指導性的計量體系，使計量工作更具科學性、針對性、及時性和有效性。