元素分析仪测定丁腈橡胶中结合丙烯腈含量的不确定度评定

范国宁，韩 萍

（中国石油兰州化工研究中心，甘肃 兰州 730060）

元素分析仪测定丁腈橡胶中结合丙烯腈含量的不确定度评定

范国宁，韩 萍

（中国石油兰州化工研究中心，甘肃 兰州 730060）

对元素分析仪测定丁腈橡胶中结合丙烯腈的含量的不确定度进行了评定，讨论了测试过程中由测量重复性、标准样品、称量等因素所带来的不确定度分量，计算了测定中的合成标准不确定度及扩展不确定度。结果表明仪器的测试重复性引入的不确定度分量是不确定度的主要来源。当丁腈橡胶中结合丙烯腈含量为29.58%时,其扩展不确定度为0.18 %。

元素分析仪；丁腈橡胶；测量不确定度

丁腈橡胶是由丁二烯与丙烯腈共聚而制得的一种合成橡胶，是耐油(尤其是烷烃油)、耐老化性能较好的合成橡胶。结合丙烯腈含量是丁腈橡胶的一个重要特性参数，结合丙烯腈含量的多少直接影响丁腈橡胶的各种性能，如玻璃化转变温度（Tg）、溶解度参数（Sp）、耐溶剂的稳定性、耐磨性和气密性，耐寒性、物理机械性能等[1]。不确定度作为测量结果价值的度量尺度, 它是对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度, 是定量说明测量结果质量的一个参数[2,3]。本文采用元素分析仪对丁腈橡胶中结合丙烯腈含量进行测定，并对测定过程中的不确定度进行了评定。

1 实验方法

1.1 原材料

氨基苯磺酸：标准物质，德国 MERCK 试剂公司生产。样品：N41丁腈橡胶。

1.2 实验条件

采用Elementar公司的Vario Micro CUBE型元素分析仪测定；燃烧炉温度∶1 150 ℃；还原管温度：850 ℃；TCD 检测器；载气为氦气(纯度为 99.996 %)，流速为120 mL/min；高纯氧(纯度为99.99 %)，流速为28 mL/min。

1.3 测试程序

样品抽提 → 校准仪器 → 称量样品 → 测定N元素含量 → 计算结果

2 不确定度评定

2.1 N元素含量的不确定度评定

元素分析仪法测定丁腈橡胶中的结合丙烯腈是通过测定其中的N元素含量来计算结合丙烯腈含量，在整个过程中，测量不确定度的来源主要是N元素含量测试过程、称量过程以及由于样品的不均匀性带来的不确定度。具体包括∶（1）元素分析仪测量重复性带来的不确定度；（2）标准物质氨基苯磺酸带来的不确定度；（3）称量过程带来的不确定度。

2.1.1 元素分析仪N含量测定重复性带来的不确定度

仪器测量重复性带来的不确定属于 A 类不确定度。采用实验预评估方法对测试重复性带来的不确定度进行评估.对对元素仪进行校正，以消除仪器状态对测量的影响。在相同的实验条件下，对标准物质氨基苯磺酸的N元素含量进行9次测量，测定结果见表1。

应用贝塞尔公式计算单次测量的标准偏差∶

在实际测试中采用3次测定的平均值作为检测结果,因此,由测量重复性引入的标准不确定度分量μA如下∶

在进行测量之前，以平均值作为测量结果，则由测量重复性带来的标准不确定度μA为∶

将数据带入式(1),计算结果见表1。自由度νA=n-1=8。

2.1.2 标准物质氨基苯磺酸带来的不确定度四级

标准物质氨基苯磺酸带来的不确定度属于 B类不确定度。标准物质氨基苯磺酸中N元素含量为8.1%，其含量不确定度值为0.2%。按均匀分布处理[2,3]，则由氨基苯磺酸引起的N元素的标准不确一度μB1按（2）式计算∶

式中∶ μ 为标准物质氨基苯磺酸N元素定值的不确定度；X为标准物质氨基苯磺酸N元素测量平均值。自由度νB1= ∞，将相关数据带入（2）式，计算所得由标准物氨基苯磺酸引起的标准不确定度为0.01%。

2.1.3 称量过程带来的不确定度

称量过程带来的不确定度属于B 类不确定度。在试样称量过程中，使用的是Mettler MX5天平，其感量为0.001 mg，按照均匀分布处理，由其引入的标准不确定度此外，天平的最大允许差为±0.002 mg，按照均匀分布处理，由其引入的标准不确定度μml=0.002/3 =0.001 2。丁腈橡胶试样的质量为2.5 mg ,丁腈橡胶中N元素含量平均值为7.81%，由称量误差带来的标准不确定度μB2可由（3）式计算∶ 自由度νB3=∞。

计算所得到有称量过程带来的不确定度分量为0.0042%。

2.2 测定丁腈橡胶结合丙烯腈含量的合成标准不确定度

采用元素分析仪法测定丁腈橡胶中结合丙烯腈含量的计算公式y=3.79CN，故其合成标准不确定度

将相关数据代入（4）式，计算得到丁腈橡胶中结合丙烯腈含量测定的合成不确定度为0.09%。合成自由度

将相关数据带入（5）式，计算得到合成自由

度为11 024。

表1 氨基苯磺酸中N元素含量测定结果（n=9）Table 1 Testing results of nitrogen content in aminobenzene sulfonic acid

2.3 丁腈橡胶中结合丙烯腈含量的扩展不确定度

取置信水平为95% ，查t分布临界值表得丙烯腈含量测定的t值，取包含因子k =t0.95 (νeff)，则测定丁腈橡胶中结合丙烯腈含量的扩展不确定度U为U = k×μc=1.96×0.09%≈0.18%。故采用元素分析仪测定丁腈橡胶中结合丙烯腈含量表示为（29.58±0.18）%。

3 结 论

对N41丁腈橡胶中结合丙烯腈含量测量过程的不确定度进行了评定，其扩展不确定度小于0.18%。评定结果表明，标准样品及样品的不均匀性对测量不确定度的贡献最大，称量过程对不确定度的影响较小，可忽略。

［1］王林,贾德民,王小萍.NBR丙烯腈含量对NR/ BR/ NBR并用胶性能的影响[J].橡胶工业，2004，51：656-659.

［2］赵艳芬.,橡胶灰分测定不确定度的评定[J].橡胶科技市场,2012,13∶12 -13.

［3］李慎安，施昌彦，刘凤. JJF 1059—1999 测量不确定度评定与表示［S］. 北京∶中国计量出版社，1999.

［4］韩永志.化学测量不确定度的估计和表示(上)[J]. 化工标准·计量·质量,2001,1 ∶32-34.

［5］韩永志, 化学测量不确定度的估计和表示(下)[J]. 化工标准·计量·质量,2001,2 ∶35-41.

Assessment of Uncertainty in Measurement of Bound Acrylonitrile Content by Elemental Analyzer

FAN Guo-ning, HAN Ping
（PetroChina Lanzhou Petrochemical Research Center, Gansu Lanzhou 730060, China ）

The uncertainty of determining bound acrylonitrile content in acrylonitrile-butadiene rubber was assessed. The uncertainty components of testing repeatability, standard sample and weighing were discussed. The combined standard uncertainty and expanded uncertainty were calculated. The results indicate that the expand uncertainty is 0.18% when the bound acrylonitrile content is 29.58%.

elemental analyzer; acrylonitrile-butadiene rubber; uncertainty of measurement

TQ 330

A

1671-0460（2015）09-2177-02

2015-04-16

范国宁（1980-），男，陕西咸阳人，工程师，2006年毕业于西北大学分析化学专业，从事仪器分析研究工作。E-mail：fanguoning@petrochina.com。