旋光仪旋光度示值误差的测量不确定度评定

徐凯欣

（山东省冶金科学研究院有限公司，山东 济南250014）

1 前言

旋光仪是测定物质旋光度的仪器，通过对样品旋光度的测定，可以实现对样品的浓度、含量及纯度等分析，具有光电检测、分度盘自动示数、操作简单等优点，广泛应用于制药、药检、制糖、食品、香料、味精以及化工、石油等工业生产、科研、教学部门，用于化验分析或过程质量控制。合理正确地评定旋光仪旋光度示值误差的不确定度，能够提高实验室出具校准结果可靠性，是实验室工作的科学性、准确性和专业技术水平高低的体现。

2 测量方法

选择一台0.02级自动旋光仪，用6支标准管分别在6个点进行校准。仪器预热后，先测出空测试筒关闭时的仪器零点值，然后将标准旋光管放入测试筒，将数字温度计探头紧贴在标准旋光管的管体上（靠近石英片一端），盖好样品室盖，静止10 min左右，记录旋光度值和温度值。重复测量6次。换其余5支标准管进行相同步骤。旋光仪的测量值是该旋光度值与仪器零点值之差，根据当时温度值对标准旋光管的旋光度加以修正，6次仪器测量值的算术平均值与修正后的标准旋光管旋光度之差即为仪器的示值误差。

3 数学模型

被测量仪器旋光度示值误差：

式中：Δα为被测量仪器旋光度示值误差；αx为被测仪器的旋光度测量值；α0为20℃时标准旋光管的旋光度；K为标准旋光管的温度系数，0.000144℃-1；t为测量时标准旋光管的温度，25℃。

由公式（1）得方差：

灵敏系数：

4 旋光仪旋光度示值误差的不确定度分析

4.1 旋光仪旋光度示值误差不确定度分量评定

旋光仪旋光度示值误差的不确定度主要是由测量重复性引入的A类不确定度uA、标准旋光管定值引入的B类不确定度uB1、仪器分辨力引入的B类不确定度uB2和数字温度计引入的B类不确定度uB3构成［1］。

4.1.1 测量重复性引入的标准不确定度

校准该0.02级自动旋光仪，仪器零点为0.000°，用标准旋光管在重复性条件下连续测量10次，得到显示值即测量值测量列为：34.685°、34.680°、34.675°、34.675°、34.690°、34.685°、34.685°、34.690°、34.675°、34.675°。测量结果平均值=34.682°，温度修正后的测量结果为：34.690°。

则单次实验标准偏差：

实际测量以6测量值得平均值为测量结果，所以：

4.1.2 标准旋光管定值引入的不确定度

由标准旋光管检定证书可得1122号标准旋光管在20℃、589.4400 nm波长下，旋光度为34.665°，U=0.003°，包含因子k=3，故：

4.1.3 仪器分辨力引入的不确定度

仪器以分辨率作为整个区间宽度d，以分辨率的一半d/2作为半宽区间，可以看作是均匀分布，被测仪器的分辨力为0.005°，则：

4.1.4 数字温度计准确度引入的不确定度

数字温度计的校准证书中给出，其最大允许误差为±0.1℃，即半宽度α=0.1℃，在区间范围内可认为其服从均匀分布，则：

4.2 合成标准不确定度评定

以上不确定度分量各自独立，互不相关，可得合成不确定度：

4.3 扩展不确定度的评定

取包含因子k=2，则0.02级自动旋光仪旋光度示值误差的扩展不确定度：

4.4 不同准确度旋光仪的不确定度

对于0.01级、0.05级自动旋光仪和0.02级、0.05级目视旋光仪的不确定度评定方法与0.02级自动旋光仪相同，过程不再赘述，仅给出评定结果如表1所示。

表1 不同准确度等级旋光仪旋光度示值误差不确定度°

4.5 测量不确定度报告与表示

旋光仪旋光度示值误差的扩展不确定度如表2所示。

表2 旋光仪旋光度示值误差的扩展不确定度°

5 结 语

通过对各不确定度分量的分析，给出了一种旋光仪旋光度示值误差不确定度的评定方法。通过不确定度的评定，一方面有助于实验室人员熟悉标准、方法，了解实验过程中各影响因素，尽量减少实验误差，另一方面便于实验室人员评定数据可靠性，同时也增强了测量结果之间的可比性，为实验的科学性和准确度提供了有力保证。