浅谈岩矿铜含量的不确定度分析

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  摘要:测量不确定度是表征合理地赋予补测量之值的分散性,与测量结果相联系的参数。测量不确定度的评价工作是检测工作中重要的技术组成部分,文章针对火焰原子吸收法对岩矿的铜进行不确定度分析。
  关键词:原子吸收;不确定;含量
  1.样品处理
  取30mL聚四氟乙烯坩埚,称取0.5000克干燥以后的样品放于坩埚内,加水湿润,然后分别加入HNO3 5mL、HF 8mL、HClO41mL置于电热板上进行低温消解,待蒸干之后,取4mL的HCL加入其中,然后倒入100mL的容量瓶中,等到冷却之后摇匀定容,放置等待的量。
  2.数学模型的建立
  数学模型为:ωCu=(C•V)/m上式中,ωCu表示岩石铜的质量分数,单位mg/kg;C表示等待测量的溶液中被测元素的质量浓度,单位μg/mL;V表示等待测量的溶液的定容体积,单位mL;m表示样品的称样量,单位g。
  3.不确定度来源分析与计算
  通过试验及数学模型的建立,对相关信息进行分析可知,岩石铜的不确定度来源主要是有样品的称量过程、标准曲线的拟合过程、标准溶液的配置过程、移液管与容量瓶定容过程以及样品的重复测定过程。
  3.1 样品称量的不确定度
  根据天平鉴定证书,其给出的不确定度为0.2mg,自由度为∞ ,按照均匀分布的方法进行计算,则u(m)=样品称取的质量为0.5000g,则其相对标准不确定度:u(m)=0.23×10-3。
  3.2 体积的不确定度u(v)
  对体积的不确定度评定主要包含三个部分:校准 不确定度、重复不确定度及温度,分别用u1(v)、u2(v)、u3(v)来表示。
  (1)校准不确定u1(v)。根据相关标准,100mL容量瓶的不确定为±0.1mL,其自由度为∞。根据均匀分布计算可以得到u1(v)= 相对不确定度u 1(V)=0.58×10-3。
  (2)重复性不确定度u2(v)。充满容量瓶,并进行11次的称量统计,可以得到标准差0.012mL,其自由度为10,因此以直接用于标准不确定度,则u2(v)=0.012mL,那么其相对不确定度为:u 2(V )=0.12×10-3。
  (3)温度u3(v)。一般情况下,实验室温度在-5℃至5℃之间,在这个温度范围内水的膨胀系数为:2.1×10-4℃-1。则其体积变化出现的不确定度u3(v)=100×5×2.1×10-4=0.105mL。根据均匀分布计算可以得到其相对标准不确定度
  (4)总体积不确定度u(v)。对校准不确定度、重复性不确定度及温度的影响不确定度分量进行合成,即可得到总体积的不确定度:,相对不确定度为 u (v)=0.85×10-3,其自由度为∞ 。
  3.3 标准溶液制备的不确定度取50mL烧杯一个,称取1.0000g光谱纯金属铜放于其中,加入硝酸溶液进行热解,等到彻底分解之后,将其倒入1000mL的容量瓶内,然后加水定容至刻度,作为储备液。
  取10mL用0.2%的硝酸进行稀释,然后定容到500mL,作为工作液,工作也的浓度为100μg/mL。
  (1)物質称量出现的不确定度。与称量不确定度相同,可以得到标准物质称量的不确定度u(m-1)=0.115×10-3。则相对不确定度u2(m -1) =0.115×10-3,其自由度是∞ 。
  (2)移液管及容量瓶出现的不确定度。与体积不确定度相同,可以得到:u(V-,1000)=0.65mL,u(V-500)=0.335mL,u(V-10)= 0.013m L则相对不确定度为:u(v-1000)= 0.65×10-3,u(V -500) u = 0.67×10-3,u (V-10) =1.3×10-3。总体积不确定度u (V)=1.6×10-3,其自由度是∞ 。由于不确定度的引入,其分量之间是相互独立的,因此,标准溶液配制与产生的总的相对不确定度为: 则其相对不确定度为:
  3.4 标准曲线不确定度
  绘制含铜量标准曲线,对每一个绘制点进行三次重复测点,可以得到标准曲线方程:y=0.1014x+0.0050,r=0.9997,因为线性方程与实现数据不能完全吻合,所以,存在不确定度分量。
  (1)残差标准不确定度
   ,对铜进行测定,其结果为y=0.084,所以可以得到其相对标准不确定度: 0.084 =0.046。
  (2)斜率标准不确定度
  
  (3)截距标准不确定度
   根据方程可以得到:
  所以,由公式 可以计算出(x) u =0.030μg/mL。由于对铜的测定结果是x=0.78μg/mL,因此,其相对标准不确定度: ,总标准不确定为
  3.5 样品处理不确定度
  与样品承重不确定度原理相同,可以计算出u(m-2)=0.115×10-3,则其相对不确定度为u 2( m- 1) =0.115×10-3。其自由度为∞。与体积不确定度原理相同,其体积的相对标准不确定度为:。其自由度为∞ 。所以样品处理的不确定度为:
  3.6 样品测试的不确定度
  对样品需要进行重复的测试,本实验对待测样品进行平行测定八次,所测得的结果分别为0.78、0.79、0.76、0.77、0.80、0.76、0.78、0.79μg/mL,测定的平均值为0.78μg/mL。依据公式 ,可以计算出标准不确定度,值为0.01401μg/mL,则相对标准不确定度:u - 4 =0.018。
  4.标准不确定度的合成与扩展
  假设所出现的不确定度中,各个分量是相互独立、没有联系的,因此而已确定整个实验过程中总的相对标准不确定度为: 则总标准不确定度即可通过计算得出: 。
  由合成不确定与u与包含因子k相乘就可以得到扩展不确定度。本文研究中,置信概率确定为95%,则与之相应的包含因子k=2。因此,可以求得扩展不确定度: U=k×u=2×9.67=19.4mg/kg。
  5 结论
  通过本文研究,采用火焰原子吸收法对岩石中铜的不确定度分析可以知道,岩石中铜的质量分数为:156.0×19.4mg/kg。
  参考文献
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