HCS—140型红外碳硫仪测定低合金钢中碳硫元素含量的不确定度评定

张晓燕

【摘 要】以低合金钢国家标准物质作为样品，利用HCS-140型红外碳硫仪测定其中的碳、硫含量并进行了不确定度评定，分析影响测量结果的各个因素。经分析发现不确定度主要来源包括测量重复性、标准物质定值、工作曲线拟合、电子天平称量、仪器示值，并计算得出扩展不确定度，为实验数据的测量准确性提供了依据。

【关键词】不确定度；低合金钢；红外吸收法；碳硫

中图分类号： TN21 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）36-0200-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.36.085

0 前言

红外吸收法是现今测量金属、橡胶、土壤、植物等样品中碳、硫元素含量的主流方法。近年来我国计量水平与国际计量水平接轨，针对测量过程中引入不确定度的评定也提出了相应的规定。依据CNAS CL10的要求，检测实验室应能对检测结果不确定度做出正确评定，并满足检测要求。

本文利用HCS-140型高频红外碳硫仪对低合金钢国家标准样品中的碳硫元素进行测定，采用GUM法[1]进行了不确定度评定。经分析发现不确定度主要来源包括测量重复性、标准物质定值、工作曲线拟合、电子天平称量、仪器示值，并计算得出扩展不确定度，为实验数据的测量准确性提供了依据。

1 实验部分

1.1 仪器器具与试剂

HCS-140型德凯高频红外碳硫分析仪；

AL104型梅特勒电子天平，分辨率0.1mg，最大允许误差±0.5mg；

L-CS超低碳硫分析专用坩埚，24mm×24mm，使用前在马弗炉中1000℃灼烧240min，放入干燥器中保存待用；

钨粒助熔剂，40目，碳和硫的质量分数分别小于0.001%和0.0007%；

铸铁碳硫专用标样（机字84-36），含碳2.75%，含硫0.142%；

YSBC11258-2015低合金钢国家一级标准物质，含碳0.411%；

YSBC281113-2015碳硫专用系列钢标样，含硫0.035%；

YSBC31205-2013低合金钢国家一级标准物质，含碳0.318%，含硫0.018%。

1.2 实验方法

依据GB/T 20123-2006[2]，并根据HCS-140型高频红外碳硫仪的使用规范，先利用铸铁碳硫专用标样（机字84-36）饱和仪器气路，采用单点校正法进行工作曲线拟合，利用YSBC11258-2015标准物质校准碳、YSBC281113-2015标准物质校准硫，然后加入0.15g（精确至0.1mg）的YSBC31205-2013标准物质作为试样于瓷坩埚中，并加入1g钨助熔剂，利用高频红外碳硫仪进行样品的测定，测定结果直接以百分含量显示。

2 数学模型

红外吸收法测定碳、硫含量可建立下列数学模型：Y=X。式中，Y为钢铁样品中碳、硫的测定结果（%）；X为钢铁样品中碳、硫含量的仪器读数值（%）。

3 不确定度分量

A类不确定度：重复性测量所引入的不确定度u（rep）。

B类不确定度：标准物质定值所引入的不确定度urep（w）；电子天平称量所引入的不确定度urel（m）；工作曲线拟合所引入的不确定度urel（c）；红外碳硫分析仪示值引入的不确定度；其他随机因素引入的不确定度。

4 不确定度分量的评定

4.1 重复性测量所引入的相对标准不确定度分量u（rep）

重复测量八份平行样品，结果见表1。

由此可计算出碳含量重复性测量引入的相对标准不确定度为1.9×10-3%，硫含量重复性测量引入的相对标准不确定度为4.9×10-3%。

4.2 标准物质定值所引入的相对标准不确定度分量urel（w）

本实验中作为碳的工作曲线标准点的国家标准物质为YSBC11258-2015，作为硫的工作曲线标准点的国家标准物质为YSBC281113-2015。由其合格证书表明，其碳、硫的扩展不确定度均为0.002%，k=2。标准物质定值所引入的相对标准不确定度为：

本实验采用单点校正的方式来校正红外光谱仪，故n取1。该项的标准不确定度可近似估计为标准样品YSBC31205-2013重复测量得到的标准偏差s。工作曲线拟合的相对标准不确定度urel（c）的计算公式为：

可由此计算出工作曲线拟合所引入的相对标准不确定度碳元素的为5.4×10-3%，硫元素的为1.4×10-2%。

4.5 红外碳硫分析仪示值所引入的相对标准不确定度

仪器示值的变动已体现在工作曲线和试样重复测量结果的变动中，不再重复评定。

4.6 其他随机因素所引入的不确定度分量

本实验由同一人员选择稳定的有证标准物质作為样品进行操作测量，且测量对温度、湿度要求不高，在室温下对测量结果影响极小，因此这些不确定度因素在评定不确定度结果时可忽略不计。

5 合成不确定度u和扩展不确定度U的评定

各相对标准不确定度分量总结于下表。

由此可分别计算出标准样品YSBC31205-2013中碳的合成标准不确定度为1.9×10-3%，扩展不确定度为3.8×10-3%；硫的合成标准不确定度为2.6×10-4%，扩展不确定度为5.2×10-4%。

6 评定报告及结论

本实验以国家标准物质YSBC31205-2013为试样测定其中的碳、硫元素含量，取包含因子，碳的分析结果为（0.317±0.004）%，硫的分析结果为（0.0173±0.0005）%

从不确定度评定结果可得知，利用HCS-140型高频红外碳硫仪进行碳、硫含量的检测过程中，最大的不确定度分量是由工作曲线拟合所引入的。尤其低合金钢中硫含量较低，以单点校正法进行工作曲线拟合时，仪器的示值误差所导致的测量值的变动会直接影响工作曲线的拟合。

【参考文献】

[1]JJF1059.1-2012，《测量不确定度评定与表示》.

[2]杨国荣.钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后的红外吸收法（常规方法）.《钢铁及合金化学分析方法标准汇编》，中国标准出版社，2009（2）：677-699.