丁 刚

(国家钢卷尺及五金工具产品质量监督检验中心(河南)，河南 商丘 476300)

红外碳硫分析仪是以热释电传感器为核心，由高频感应燃烧炉和计算机组成的智能化红外分析计量仪器，其原理是将一定质量的样品加助熔剂后在高频炉中高温加热燃烧，使样品中的碳硫与氧气反应生成二氧化碳和二氧化硫气体，在载气的带动下经过气路处理系统进入二氧化碳和二氧化硫检测室，利用二氧化碳和二氧化硫分别在4260nm及7400nm处具有很强的特征吸收这一特性，通过测量气体吸收光强分析二氧化碳和二氧化硫的含量，从而得到样品中碳硫成分的百分含量。红外碳硫分析仪凭借操作简便、稳定性好、分析速度快、检出限低、灵敏度高等优点，广泛应用于冶金、机械、商检、科研、化工等行业中。

检出限是红外碳硫分析仪的一项重要指标，对检测低含量的碳硫元素有很大的影响，其测定方法是待红外碳硫分析仪稳定后对高纯铁进行10次连续测定得到碳硫的空白值，计算10次空白值的极差，然后以三倍极差除以极差系数即得到该元素的检出限。关于红外碳硫分析仪检出限不确度定评定鲜有报道，本文依据GB/T 20123-2006《钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)》、JJG 395-2016《定碳定硫分析仪检定规程》和JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》，检测过程中使用碳钢标准物质(GBW(E)010044)和高纯铁标准物质(GBW01402g)，对CS-206红外碳硫分析仪的检出限进行校准，并对检出限的测量不确定度评定进行了探讨。

1 材料与方法

1.1 检测依据

GB/T 20123-2006《钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)》

1.2 评定依据

JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》

JJG 395-2016《定碳定硫分析仪》

1.3 环境条件

温度(20～30)℃，相对湿度小于60%。

1.4 测量仪器

上海宝英光电科技有限公司生产：CS-206高速引燃炉红外碳硫分析仪

1.5 标准物质

济南泉东标准物质研究所生产：碳钢标准物质(GBW(E)010044)

山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心生产：高纯铁标准物质(GBW01402g)

2 建立数学模型

式中：C——极差系数(见表1)

表1 计算结果

3 方差与灵敏系数

根据检出限计算公式可以知道，在红外碳硫分析仪检测中，影响其检出限结果不确定度的因素有：

(1)校正用标准物质的不确定度；

(2)测量方法的不确定度；

(3)环境条件的影响；

(4)人员操作的影响；

(5)仪器设备分辨力的影响；

由于采用直接比较法进行检测，测量方法的不确定度可以不予考虑。在检测标准规定的环境条件下进行测定，温度、湿度等影响可以忽略。人员操作的影响和被检定仪器的变动性体现在测量的重复性中。检出限检定测量结果不确定度主要由校正用标准物质的不确定度、仪器空白测量结果变动性的不确定度和仪器设备分辨力的不确定度三项组成。

3.1 合成方差：

uc(DL)=

式中：uc(DL)——仪器检出限的测量不确定度

u(x)——标准物质的不确定度

u(s)——仪器空白测量结果变动性的不确定度

u(b)——仪器设备分辨力的不确定度

3.2 灵敏系数：ci=∂f/∂xi=1

4 不确定度分量评定

4.1 校正用标准物质的不确定度u(x)

根据标准物质证书提供的标准偏差值换算成相对标准偏差(即扩展不确定度)和相对标准偏差分量u(x)，数据见表2：

表2 换算标准

4.2 仪器空白测量结果变动性的不确定度u(s)

对高纯铁进行10次连续测定得到碳硫的空白值，计算10次空白值的标准偏差s和相对标准偏差分量u(s)，数据见表3：

表3 空白值计算结果

4.3 仪器设备分辨力的不确定度u(b)

由CS-206高速引燃炉红外碳硫分析仪示值分辨力为0.0001%，则带来的标准不确定度为：

4.4 标准不确定度见表4

表4 标准不确定度

5 仪器检出限合成标准不确定度(DL)见表5

uc(DL)=

表5 合成标准不确定度

因为检测过程是简单的等精度测量，结果接近正态分布，直接选定k=2，U大体对应95%的置信概率。红外碳硫分析仪对碳硫元素检出限检定结果扩展不确定度见表6：

表6 扩展不确定度

本文依据GB/T 20123-2006《钢铁总碳硫含量的测定高频感应炉燃烧后红外吸收法(常规方法)》、JJG 395-2016《定碳定硫分析仪检定规程》和JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》，通过建立数学模型，较全面地分析了影响红外碳硫分析仪检出限测量不确定度的各种因素，为检测技术人员对其不确定度的合理评定提供一些参考。