季文華

摘要：文章利用光電直讀光譜法測定鋁合金中硅的含量，對其測量過程中不確定度產生的原因進行了分析，并對測量結果的不確定度進行了評定。

關鍵詞：不確定度；直讀光譜法；硅元素；鋁合金

中圖分類號：TG115 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）02-0077-02

1 概述

（1）目的：評定用直讀光譜法檢定鋁合金中硅的測量不確定度。

（2）測量依據(jù)：《鋁及鋁合金光電直讀發(fā)射光譜分析方法》（GB/T7999-2007）。

（3）檢測的環(huán)境條件：環(huán)境溫度22℃～28℃，最大溫度變化±2℃/小時，相對濕度30%～65%。

（4）測量儀器：ARL4460型直讀光譜儀（瑞士ARL公司生產），高純氬（≥99.999%），壓力為0.25～0.3MPa。

2 原理

根據(jù)被測元素的原子或離子，在光譜中被激發(fā)而產生特征輻射，通過判斷這種特征輻射的存在及其強度的大小，對各元素進行定性和定量分析。

3 測量方法和過程

3.1 試樣制備

利用切割機和光譜磨樣機，將試樣制作成直徑大于16mm、擁有光滑均勻平面的待測樣。

3.2 試樣的測量

4460型直讀光譜儀在出廠時，根據(jù)我們生產的需要，已經(jīng)制作出不同材料、不同元素含量范圍的工作曲線，因此，檢測人員只需根據(jù)所測試樣的材料和元素含量，選取所需要的工作曲線，然后進行測試。實際工作中，測定時最少在一塊試樣不同部位連續(xù)激發(fā)三次，直接讀出測定元素的含量，打印出該元素的平均值。

4 建立數(shù)學模型

4.1 數(shù)學模型

Y＝αx＋β

式中：

Y——試樣被測元素的測定結果

x——試樣中被測元素的強度

α、β——常數(shù)

4.2 不確定度的來源

不確定度的來源主要包括：測量重復引入的不確定度，A類評定；由標準物質引起的不確定度，B類評定；由儀器引起的不確定度，B類評定；由曲線擬合引起的不確定度，B類評定；由試樣制備引起的不確定度，B類評定。

5 測量不確定度的評定

測量結果不確定度一般來源于取樣，制樣，樣品本身的均勻性，測量條件的變化，工作曲線校正，標準樣品的不確定度，儀器測量方法、測量過程、測量結果等因素?，F(xiàn)以編號為“YSS040-2007材字910”鋁合金6063標樣中硅的測定為例。

5.1 A類不確定類評定

表1為硅含量的10次重復測量值、平均值和單次測量的實驗標準偏差S（Aa）：

表1

測量

次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Aa（%） 0.43582 0.43620 0.43802 0.43403 0.43484 0.43336 0.43774 0.43738 0.43413 0.43463

平均值（%） ＝＝4.35615

單次測量標準偏差（%） ＝＝0.04

10次平均值的標準偏差＝＝＝1.3×10-4。

5.2 B類不確定度評定

5.2.1 由標準物質引起的不確定度。標準物質引入的不確定度主要來源于兩個方面：一是由標準物質的不均勻性和變動性引起的不確定度；二是由標準物質定值引起的不確定度。

標準物質證書表明，該物質中標定的元素均勻性良好；同時鋁合金材料通常情況下相當穩(wěn)定，抗氧化程度較高，因此化學成分也相對比較穩(wěn)定，從穩(wěn)定性上看至少可達10年。即由此引起的不確定度就可以忽略。

YSS040-2007材字910標準物質，證書所列標準物質的標準偏差如表2所示：

表2

標樣編號 硅含量標準值 標準偏差S 不確定度Ub1

YSS040-2007材字910 0.435% 0.004% 0.0023%

注：S＝，為定值過程引起的標準偏差，為均勻性引起的標準偏差。

5.2.2 由試樣制備引起的不確定度。假定試樣是均質、表面處理合乎制樣標準要求，制樣引起的不確定度可以忽略，即：＝0。

5.2.3 由儀器引起的不確定度是由儀器分辨率引起的不確定度。根據(jù)儀器相關說明，可知儀器的最小讀數(shù)為0.0001%，均勻分布。K＝（B類評定）。標準不確定度＝0.0001/＝0.0058%。

5.2.4 由曲線擬合引起的不確定度。我單位ARL-4460型直讀光譜儀有59個通道、2條鋁基工作曲線、4塊國際標樣。按要求定期對標樣進行漂移校正工作。在漂移校正時儀器會自動校準各條曲線，計算出α、β值。當α≈1、β≈0時儀器曲線出廠斜率基本不變，元素的強度值基本不變，故曲線擬合引起的不確定度為定值。由曲線擬合引起的不確定度為＝0.007%。

6 合成標準不確定度

單次測量結果的合成標準不確定度：

Uab＝

擴展不確定度U的評定：

在置信概率取95%的情況下，k＝2，則：

U＝k×Uab＝2×0.0073%＝0.0146%

7 測量結果及不確定度的報告

直讀光譜儀分析法測定硅的最終結果：（0.435±0.0146）%時，測量結果擴展不確定度：U＝0.0146%，包含因子k＝2。

參考文獻

[1] 中華人民共和國國家計量技術規(guī)范．測量不確定度評定與表示（JJF1059-1999）[S]．北京：中國計量出版社，2001．

（責任編輯：秦遜玉）