内蒙古电力技术  2014, Vol. 32 Issue (06): 108-110   PDF    
离子交换树脂含水量测定的不确定度评定
孔德媚, 田文涛, 张书慧, 张文耀    
内蒙古电力科学研究院, 呼和浩特 010020
摘要:利用AL204型电子天平对氯型强碱性阴离子交换树脂进行10次平行试验,测定其含水量,并对测量的不确定度进行评估。通过建立数学模型,分别对由电子天平的分辨率引入的不确定度、电子天平的称量不准确引入的不确定度及电子天平的测量重复性引入的不确定度进行分析,最终确定含水量测定的不确定度主要影响因素是天平的重复性称量。
关键词氯型强碱性阴离子交换树脂     含水量     不确定度     重复性称量    
Ion Exchange Resin Moisture Content Measurement Uncertainty Evaluation
Kong Demei, Tian Wentao, Zhang Shuhui, Zhang Wenyao    
Inner Mongolia Power Research Institute, Hohhot 010020
Abstract:Using chloride type strongly basic anion exchange resin, by using the AL204 type electronic balance to do 10 times parallel test determination of moisture content, to assess the degree of uncertainty of measurement. Through the establishment of mathematical model, separately on the resolution, weighing accuracy and repeatability of measurement uncertainty of electronic balance, analysis of the three main sources of uncertainty. Ultimately determine the factors of uncertainty is the main impact of weighing repeatability balance.
Key words: chloride type strongly basic anion exchange resin     water content     uncertainty     repeated weighing    
0 引言

据《GB/T 27411—2012 检测实验室中常用不确定度评定方法与表示》[1],对离子交换树脂含水量进行不确定度评定,用以表示赋予测量值波动范围的不确定性,对检测工作的质量控制有很大帮助。本文从合成不确定度灵敏系数及相关系数对试验数据的影响进行分析,找出影响测量结果的主要因素,并针对结果提出建议,以提高试验的准确性。1 试验方法及原理 1.1 仪器设备

采用AL204型电子天平,经检定合格,分辨率为0.0001 g;其测量范围为0~50 g时的最大允许误差为±0.0005 g。 1.2 测量方法及原理

将离子交换树脂用水反洗,去除机械杂质,再用酸碱溶液去除树脂中的可溶性物质,将离子交换树脂转为氯型;将吸收了平衡水分的树脂样品采用离心法去除外部水分;称取一定量的树脂样品,采用烘干法去除内部水分;根据离心前后的质量减少量来计算树脂的含水量。 2 测量数据

本次试验采用江苏苏青公司提供的201×7氯型强碱性阴离子交换树脂,通过10次平行试验测定其含水量,测量结果见表 1

表 1 氯型强碱性阴离子交换树脂含水量测量数据
3 数学模型和不确定度来源 3.1 数学模型

根据《GB/T 5757—2008 离子交换树脂含水量测定方法》,离子交换树脂的含水量按照公式(1)计算[2]

式中X—离子交换树脂的含水量,%;

m1—空称量瓶的质量,g;m2—烘干前空称量瓶加树脂的质量,g;

m3—烘干后空称量瓶加树脂的质量,g。 3.2 X的不确定度来源

X的不确定度来源是由m1,m2和m3的测量不确定度引起。m1,m2 和m3 均是通过电子天平称量出的,而电子天平称量的不确定度主要有3个来源:由电子天平的分辨率引入的不确定度、电子天平的称量不准确引入的不确定度、电子天平的测量重复性引入的不确定度。其中电子天平的测量重复性引起的不确定度分量直接由树脂含水量的重复性测量结果计算给出,为此将公式(1)改为:

式中fr—测量重复性影响因素修正因子,取值1。 4 标准不确定度评定4.1 由m1称量不准确引入的不确定度[3] 4.1.1 由电子天平允许误差引入的不确定度u1(m1

电子天平的允许误差Δ=±0.0005 g,服从均匀分布,包含因子k =,其标准不确定度为[4]

4.1.2 由电子天平分辨率引入的不确定度u2(m1

AL204 型电子天平的分辨率为0.0001 g,半宽a=0.000 05 g,服从均匀分布,包含因子k =,其标准不确定度为:

4.1.3 m1称量不准确引入的合成标准不确定度u(m1

4.2 由m2称量不准确引入的标准不确定度[4]

质量m3称量引入的标准不确定度u(m2)与质量m1称量引入的不确定度相同:

4.3 由m3称量不准确引入的标准不确定度

质量m3称量引入的标准不确定度u(m3)与质量m1称量引入的不确定度相同:

4.4 测量重复性引入的相对标准不确定度

根据氯型强碱性阴离子交换树脂的含水量测量数据进行以下计算。

(1) 树脂含水量测量的算术平均值:

(2) 残差平方和:

(3) 离子交换树脂含水量测量重复性引入的标准不确定度:

(4) 离子交换树脂含水量测量重复性的相对标准不确定度[5]

4.5 合成标准不确定度及其相关参数计算4.5.1 合成标准不确定度公式

当全部输入量Xi是彼此独立或不相关时,合成标准不确定度uc(X)计算公式如下:

4.5.2 灵敏系数计算

uc (X)计算公式中的偏导数称为灵敏系数,用符号ci表示,即

选取重复性试验1的数据(含水量和相同)进行计算:m2 - m1 = 0.9655 ,m2 - m3 = 0.454 ,由此可以得到:

4.5.3 各相关项的计算

4.6 合成标准不确定度评定

根据4.5.1合成标准不确定度公式展开得到:

则氯型强碱性阴离子交换树脂含水量测量的合成标准不确定度为:

5 扩展不确定度评定

置信水准取95%时,包含因子k=2,则其扩展不确定度如下:

因此氯型强碱性阴离子交换树脂含水量最终可表示为:

6 结论及建议

从氯型强碱性阴离子交换树脂含水量测量的各个不确定度分量中可以看出,由电子天平分辨率引入的标准不确定度为2.9×10-5,由电子天平称量不准确引入的标准不确定度为2.9×10-4,由测量重复性引入的标准不确定度为4.5×10-4,其中影响扩展不确定度的主要分量是测量重复性引入的相对标准不确定度。因此为了保证测量结果的准确性,在试验中要尽量消除人员重复性操作对结果的影响,这就要求提高人员业务水平、操作熟练性、规范性,并尽量消除仪器本身及环境温湿度变化对试验结果的影响[6]

参考文献
[1] 全国认证认可标准化技术委员会.GB/T 27411—2012 检测实验室中常用不确定度评定方法与表示[S].北京: 中国标准出版社,2013.
[2] 全国塑料标准化技术委员会,通用方法和产品分会.GB/T5757—2008 离子交换树脂含水量测定方法[S].北京:中国标准出版社,2009.
[3] 全国法制计量管理计量技术委员会.JJF 1059.1—2012 测量不确定度评定与表示[S].北京:中国标准出版社,2012.
[4] 陈珠.电子天平示值误差测量结果的不确定度评定[J].计量与测试技术,2009(9):70-71.
[5] 魏元东,李伟克.关于测量不确定度评定结果的引用[J].计量与测试技术,2009(11):68-69.
[6] 高振平,赵文亮,姜丹,等.强碱性阴离子交换树脂污染原因分析及复苏工艺研究[J].陕西电力,2010,38(7): 59-61.