AAS法測定鋁合金中錳含量測量結果的不確定度評定

【核心介紹】本文是對原子吸收光譜法測定鋁合金中Mn的不確定度進行了分析。闡述了測量結果不確定度主要來源于測量試液中錳的濃度、試液定容體積及樣品質量產生的不確定度，并對這些分量進行了量化計算，最后計算出合成標準不確定度和擴展不確定度。同時通過評估，得出影響錳含量測定不確定度的主要因素是測量試液中錳濃度引起的不確定度 　

AAS法測定鋁合金中錳含量測量結果的不確定度評定

任慧，劉廣華，李蓓

（中航工業北京航空材料研究院，航空材料檢測與評價北京市重點實驗室；材料檢測與評價航空科技重點實驗室，北京100095）

摘 要：本文是對原子吸收光譜法測定鋁合金中Mn的不確定度進行了分析。闡述了測量結果不確定度主要來源于測量試液中錳的濃度、試液定容體積及樣品質量產生的不確定度，并對這些分量進行了量化計算，最后計算出合成標準不確定度和擴展不確定度。同時通過評估，得出影響錳含量測定不確定度的主要因素是測量試液中錳濃度引起的不確定度。

關鍵詞：AAS；鋁合金；錳；不確定度

中圖分類號：O657.3

Analysis  of  The  Uncertainty  for The  Determination of Manganese  in Aluminium  Alloy by  AAS

Ren  Hui,Liu  Guanghua, Li  Bei

（AVIC Beijing Institute of Aeronautical Materials  Beijing Key Laboratory of Aeronautical Materials Testing and evaluation  Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Aeronautical Materials Testing and evaluation , Beijing 100095, China)

Abstract: The uncertainty for the determination of Mn in aluminium alloy by AAS was analyzed. The sources of the uncertainty resulted from the determination of Mn concentration in the solution, the volume of the solution and the weight of the sample were discussed and calculated. At last the combined standard uncertainty and the expanded uncertainty were reported. At the same time, through evaluation, it was indicated that the main factor affecting the uncertainty for the determination of Mn is the uncertainty of Mn concentration in the solution.

Key words: AAS; aluminium alloy ; Mn; uncertainty

測量不確定度是評定測量水平的指標，是判定測量結果可靠程度的依據，它對科研、生產、商貿和國際技術交流等諸多相關測量領域影響很大。尤其是隨著國際貿易的不斷發展，市場競爭的日益激烈，不確定度在實驗室的質量管理和質量保證中顯得尤為重要。本工作是對AAS法測定鋁合金中錳的結果進行不確定度評估和計算，并嘗試在工作中應用。

1 實驗部分

1.1主要儀器、實驗用品和試劑

美國PE公司Aanalyst100型原子吸收光譜儀；Sartorius電子天平：分辨率0.0001g。

玻璃容量瓶：500mL；移液管：10mL。

鋁（99.99%，不含錳）。

硝酸（ρ1.42g·mL^-1）。

鹽酸（ρ1.19g·mL^-1）。

鹽酸—硝酸混合酸：稱取375mL鹽酸和125mL硝酸，加入500mL水，混勻。

鋁溶液（20 mg·mL^-1）：稱取10.00g經酸洗的鋁（99.99%，不含錳）置于1000mL燒杯中，蓋上表皿，分次加入總量為200mL的鹽酸—硝酸混合酸，待劇烈反應停止后，緩慢加熱至完全溶解，煮沸驅除氮氧化物，將溶液蒸發至約100mL,冷卻。將溶液移入500mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

錳標準溶液A：1.000mg·mL^-1±4μg·mL^-1(k=2),國家鋼鐵材料測試中心。

錳標準溶液B：0.10mg·mL^-1。分取10.00mL錳標準溶液A于100mL容量瓶中，加入20mL硝酸（1+1），用水稀釋至刻度，搖勻。

水為二次去離子水；所用試劑符合化學分析的要求，實驗中均使用優級純試劑。

1.2實驗方法

稱取1.0000g 鋁合金試樣置于250mL燒杯中，分次加入總量為20mL鹽酸—硝酸混合酸，待劇烈反應停止后，緩慢加熱至試料完全溶解，蒸發至溶液體積10mL,冷卻。加入25mL水，加熱煮沸使鹽類完全溶解，冷卻。轉移至500mL容量瓶中，加入25mL的硝酸，用水稀釋至刻度，混勻。采用空氣—乙炔火焰原子吸收光譜法測定溶液中錳的含量。

1.3工作曲線繪制

移取0mL、1.00mL、2.00mL、4.00mL、6.00 mL、7.00 mL錳標準溶液B，至于一組100mL容量瓶中，各加入10.00 mL鋁溶液（20 mg·mL^-1）和5mL硝酸，用水稀釋至刻度，混勻。

2 數學模型

圖1 鋁合金中錳含量測定的不確定度來源

3 不確定度來源

由測量過程和數學模型分析，測量不確定度的主要來源包括：⑴測量重復性引起的不確定度；⑵樣品質量m 的不確定度；⑶試液定容體積V的不確定度；⑷測量試液中錳的濃度C₀產生的不確定度。

4 不確定度評定

4.1 測量重復性引起的不確定度u_(s)

對試樣進行8次重復性測量，有關數據見表1。

表1  AAS法測得鋁合金中錳的結果

4.2 由稱量引起的樣品質量m的不確定度u_(m)

4.3 由試液體積引起的輸入量V的不確定度u_(v)

試液體積包含下述四個不確定度分量：

⑴  由容量瓶體積準確性引起的不確定度

根據JJG196-2006《中華人民共和國國家計量檢定規程》（《常用玻璃量器》）給出500mL A類容量瓶的允許差為±0.25mL，假定為三角形分布，則其不確定度為：

4.4 由測量試液中錳的濃度C₀引起的不確定度u（C0)

使用校準曲線計算鋁合金合金中錳的含量，五個校準曲線點的濃度分別為1.00 mg·L^-1,2.00 mg·L^-1,4.00 mg·L^-1,6.00 mg·L^-1,7.00 mg·L^-1。用AAS測定上述五個標準溶液吸光度，每個濃度測定3次。結果列在表2中。

表2 標準溶液吸光度

C₀的不確定度由兩個部分構成，其一是當由5個標準溶液的濃度—吸光度擬合的直線求得C₀時測量所產生的不確定度；其二是由校準標準溶液濃度引起的不確定度；其三是移取標準溶液體積引入的不確定度。

4.4.1由5個標準溶液的濃度—吸光度擬合的直線求得C₀時測量所產生的不確定度

由5種標準溶液的濃度—吸光度擬合的直線求得C₀時測量所產生的不確定度：假設由標準溶液的濃度與吸光度擬合的工作曲線為：A=aC+b

式中 C—溶液濃度；

A— 溶液的吸光度；

a—工作曲線斜率；

b—工作曲線截矩。

4.4.2 由校準標準溶液濃度引起的不確定度

6 擴展不確定度

當包含因子k=2,則擴展不確定U_（Mn）=0.00551%×2=0.011%

在本例中，鋁合金中錳的質量分數表示為（0.19±0.011）%，k=2。

7 結論

本文討論了鋁合金樣品中錳含量測定的不確定度評定方法，包括了測量儀器、環境條件、人員操作等不確定度來源，定量表征了錳含量測量結果的可信程度，使實驗室間的測量結果具有可比性。該方法實用性強，也適用于其它AAS的不確定度評定。

同時，從各不確定度分量對測量不確定度貢獻大小的比較可以看出，影響錳含量測定不確定度的主要因素是測量試液中錳濃度引起的不確定度。因此，在日常測量過程中，我們須隨時調整儀器，使其保持最佳狀態，以減少此項不確定度分量。

參考文獻

[1]  上海市計量測試技術研究院.常用測量不確定度評定方法及應用實例[M].北京：中國計量出版社，2002.

[2]  中國實驗室國家認可委員會. 化學分析中不確定度的評估[M].北京:中國計量出版社,2002.

[3]  JJF1059-1999,測量不確定度評定與表示[S].

[4]  孫錫麗，葛曉鳴，應海松.火焰原子吸收光譜法測定鐵礦中銅含量不確定度的分析[J].冶金分析，2004，24（1）：69-72.

[5]  柯瑞華,化學成分測量不確定度的評定[J].冶金分析，2004，24（1）：69-72.

[6]  任慧，馮艷秋.原子吸收光譜法測定ZL205A鋁合金中銅含量測量結果的不確定度評定[J].現代科學儀器，2011，2：85-87.

[7]  GB/T20975.11-2008,鋁及鋁合金化學分析方法 第11部分：錳含量的測定 火焰原子吸收光譜法[S]