Научная статья на тему 'Разработка эталонов сравнения в виде металлов высокой чистоты'

Разработка эталонов сравнения в виде металлов высокой чистоты Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
320
28
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭТАЛОН СРАВНЕНИЯ / НЕОПРЕДЕЛЁННОСТЬ / ЧИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА / ПРОСЛЕЖИВАЕМОСТЬ / МАССОВАЯ ДОЛЯ ОСНОВНОГО КОМПОНЕНТА / МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ С ИНДУКТИВНО-СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ / TRANSFER STANDARD / UNCERTAINTY / PURE SUBSTANCES / TRACEABILITY / MASS FRACTION OF THE MAIN COMPONENT / MASS SPECTROMETRY WITH INDUCTIVELY COUPLED PLASMA

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Конопелько Л. А., Мигаль П. В., Собина Е. П.

Статья посвящена разработке эталонов сравнения в виде металлов высокой чистоты (Ag, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Zn). Оценка массовой доли основного компонента (МДОК) выполнена косвенным способом (100 % минус сумма примесей). Примесный состав материалов эталонов сравнения определен методами масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, восстановительного и окислительного плавления с применением Государственного первичного эталона единиц массовой (молярной) доли и массовой (молярной) концентрации компонента в жидких и твердых веществах и материалах на основе кулонометрии ГЭТ 176. Относительная расширенная неопределенность МДОК (k=2, P=0,95) в эталонах сравнения составила менее 0,01 %, в гравиметрически приготовленных растворах эталона сравнения менее 0,05 % в большинстве случаев. Растворы эталонов сравнения были использованы при определении аттестованных значений массовой доли и массовой концентрации металлов в стандартных образцах состава моноэлементных растворов утвержденных типов. Относительная расширенная неопределенность аттестованных значений (k=2, P=0,95) стандартных образцов составила от 0,22 % до 0,54 %. Таким образом, была продемонстрирована возможность использования металлов в качестве эталонов сравнения для хранения единицы массовой доли основного компонента и ее передачи при характеризации стандартных образцов состава растворов соответствующих химических элементов. Работа выполнена в рамках научно-исследовательской работы «Проведение исследований в области измерений физико-химического состава и свойств веществ по разработке государственных эталонов сравнения в виде высокочистых веществ для воспроизведения и передачи единиц величин, характеризующих химический состав твердых веществ» под шифром «Чистота» (2015-2016 гг.) и опытно-конструкторской работы «Проведение исследований в области измерений физико-химического состава и свойств веществ по разработке государственных эталонов сравнения в виде высокочистых веществ для воспроизведения и передачи единиц величин, характеризующих химический состав твердых и жидких веществ и разработка референтных методик измерений», шифр «Чистота-2» в области физико-химических измерений состава и свойств неорганических компонентов в твердых веществах (металлы и соли) и показателей пищевой безопасности» под шифром «Чистота-2б» (2017-2019 гг.)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Конопелько Л. А., Мигаль П. В., Собина Е. П.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DEVELOPMENT OF TRANSFER MEASUREMENT STANDARDS IN THE FORM OF HIGH-PURITY METALS

The article studies the development of transfer measurement standards in the form of high-purity metals (Ag, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Zn). The evaluation of the mass fraction of the main component (MDOK) is performed by an indirect method (100 % minus the sum of impurities). The impurity composition of the reference measurement standard materials was determined by mass spectrometry with inductively coupled plasma, reductive and oxidative melting using the State primary measurement standard of mass (molar) fraction and mass (molar) concentration of the component in liquid and solid substances and materials, based on coulometry, GET 176. The relative expanded uncertainty of MDOK (k = 2, P = 0,95) in the reference measurement standards was less, than 0,01 %, in gravimetrically prepared solutions of the reference measurement standard it was less than 0,05 % in most cases. The solutions of the reference measurement standards were used in the determination of certified values of metal mass fraction and mass concentration in reference materials for composition of mono-element solutions of approved types. The relative expanded uncertainty of certified values (k = 2, P = 0,95) of reference materials varied from 0,22 % to 0,54 %. Thus, it was demonstrated that metals can be used as reference measurement standards for storing a unit of the mass fraction of the main component and transferring it during characterization of reference materials for composition of solutions of the corresponding chemical elements. This work was performed within the research project «Research in the field of measurements of physicochemical composition and properties of substances, aimed at the development of State transfer measurement standards in the form of high-purity substances for reproduction and transfer of the units, characterizing chemical composition of solid substances» under the code «Purity» (2015-2017) and research and development project «Research in the field of measurements of physicochemical composition and properties of substances, aimed at the development of State transfer measurement standards in the form of high-purity substances for reproduction and transfer of the units, characterizing the chemical composition of solid substances and the development of reference measurement procedures» under the code «Purity-2» in the field of physicochemical measurements of composition and properties of inorganic components in solid substances (metals and salts) and food safety indicators under the code «Purity-2b» (2017-2019).

Текст научной работы на тему «Разработка эталонов сравнения в виде металлов высокой чистоты»

• ЭТАЛОНЫ / MEASUREMENT STANDARDS

DOI: 10.20915/2077-1177-2019-15-2-15-24 УДК 53.089.68:669.015.5

РАЗРАБОТКА ЭТАЛОНОВ СРАВНЕНИЯ В ВИДЕ МЕТАЛЛОВ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ

© Л. А. Конопелько11, П. В. Мигальь, Е. П. Собинаь

a ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева» (ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева»), г. Санкт-Петербург, Российская Федерация e-mail: fhi@b10.vniim.ru

b ФГУП «Уральский научно-исследовательский институт метрологии» (ФГУП «УНИИМ»), г. Екатеринбург, Российская Федерация e-mail: mig@uniim.ru

Поступила в редакцию 29 апреля 2019 г., после доработки - 31 мая 2019 г. Принята к публикации - 3 июня 2019 г.

Статья посвящена разработке эталонов сравнения в виде металлов высокой чистоты (Ag, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Zn). Оценка массовой доли основного компонента (МДОК) выполнена косвенным способом (100 % минус сумма примесей). Примесный состав материалов эталонов сравнения определен методами масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, восстановительного и окислительного плавления с применением Государственного первичного эталона единиц массовой (молярной) доли и массовой (молярной) концентрации компонента в жидких и твердых веществах и материалах на основе кулонометрии ГЭТ176. Относительная расширенная неопределенность МДОК (k=2, P=0,95) в эталонах сравнения составила менее 0,01 %, в гравиметрически приготовленных растворах эталона сравнения - менее 0,05 % в большинстве случаев. Растворы эталонов сравнения были использованы при определении аттестованных значений массовой доли и массовой концентрации металлов в стандартных образцах состава моноэлементных растворов утвержденных типов. Относительная расширенная неопределенность аттестованных значений (k=2, P=0,95) стандартных образцов составила от 0,22 % до 0,54 %. Таким образом, была продемонстрирована возможность использования металлов в качестве эталонов сравнения для хранения единицы массовой доли основного компонента и ее передачи при характеризации стандартных образцов состава растворов соответствующих химических элементов. Работа выполнена в рамках научно-исследовательской работы «Проведение исследований в области измерений физико-химического состава и свойств веществ по разработке государственных эталонов сравнения в виде высокочистых веществ для воспроизведения и передачи единиц величин, характеризующих химический состав твердых веществ» под шифром «Чистота» (2015-2016 гг.) и опытно-конструкторской работы «Проведение исследований в области измерений физико-химического состава и свойств веществ по разработке государственных эталонов сравнения в виде высокочистых

Ссылка при цитировании:

Конопелько Л. А., Мигаль П. В., Собина Е. П. Разработка эталонов сравнения в виде металлов высокой чистоты // Стандартные образцы. 2019. Т. 15. № 2. С. 15-24. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2019-15-2-15-24.

For citation:

Konopelko L. A., Migal P. V., Sobina E. P. Development of transfer measurement standards in the form of high-purity metals. Reference materials. 2019; 15 (2): 15-24. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2015-15-2-15-24 (In Russ.).

* Работа выполнена в рамках научно-исследовательской работы под шифром «Чистота» (2015-2016 гг.) и опытно-конструкторской работы под шифром «Чистота-2б» (2017-2019 гг.)

веществ для воспроизведения и передачи единиц величин, характеризующих химический состав твердых и жидких веществ и разработка референтных методик измерений», шифр «Чистота-2» в области физико-химических измерений состава и свойств неорганических компонентов в твердых веществах (металлы и соли) и показателей пищевой безопасности» под шифром «Чистота-2б» (2017-2019 гг.).

Ключевые слова: эталон сравнения, неопределённость, чистые вещества, прослеживаемость, массовая доля основного компонента, масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой

DOI: 10.20915/2077-1177-2019-15-2-15-24

DEVELOPMENT OF TRANSFER MEASUREMENT STANDARDS IN THE FORM OF HIGH-PURITY METALS

© Leonid A. Konopelkoa, Pavel V. Migalb, Egor P. Sobinab

a D. I. Mendeleyev Institute for Metrology (VNIIM), Saint Petersburg, Russian Federation

e-mail: fhi@b10.vniim.ru

b Ural Research Institute for Metrology (UNIIM), Ekaterinburg, Russian Federation e-mail: mig@uniim.ru

Received - 29 April, 2019. Revised - 31 May, 2019. Accepted for publication - 3 June, 2019.

The article studies the development of transfer measurement standards in the form of high-purity metals (Ag, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Zn). The evaluation of the mass fraction of the main component (MDOK) is performed by an indirect method (100 % minus the sum of impurities). The impurity composition of the reference measurement standard materials was determined by mass spectrometry with inductively coupled plasma, reductive and oxidative melting using the State primary measurement standard of mass (molar) fraction and mass (molar) concentration of the component in liquid and solid substances and materials, based on coulometry, GET 176. The relative expanded uncertainty of MDOK (k = 2, P = 0,95) in the reference measurement standards was less, than 0,01 %, in gravimetrically prepared solutions of the reference measurement standard it was less than 0,05 % in most cases. The solutions of the reference measurement standards were used in the determination of certified values of metal mass fraction and mass concentration in reference materials for composition of mono-element solutions of approved types. The relative expanded uncertainty of certified values (k = 2, P = 0,95) of reference materials variedfrom 0,22 % to 0,54 %. Thus, it was demonstrated that metals can be used as reference measurement standards for storing a unit of the mass fraction of the main component and transferring it during characterization of reference materials for composition of solutions of the corresponding chemical elements. This work was performed within the research project «Research in the field of measurements of physicochemical composition and properties of substances, aimed at the development of State transfer measurement standards in the form of high-purity substances for reproduction and transfer of the units, characterizing chemical composition of solid substances» under the code «Purity» (2015-2017) and research and development project «Research in the field of measurements ofphysicochemical composition and properties of substances, aimed at the development of State transfer measurement standards in the form of high-purity substances for reproduction and transfer of the units, characterizing the chemical composition of solid substances and the development of reference measurement procedures» under the code «Purity-2» in the field of physicochemical measurements of composition and properties of inorganic components in solid substances (metals and salts) and food safety indicators under the code «Purity-2b» (2017-2019).

Key words: transfer standard, uncertainty, pure substances, traceability, mass fraction of the main component, mass spectrometry with inductively coupled plasma

Используемые в статье сокращения

СИ - международная система единиц величин МДОК - массовая доля основного компонента ГПЭ - Государственный первичный эталон

Введение

Деятельность международных метрологических организаций, таких как Консультативный комитет по количеству вещества Международного Комитета Мер и Весов (КККВ МКМВ), КООМЕТ и национальных метрологических институтов направлена на обеспечение единства измерений и прослеживаемости результатов измерений к международной системе единиц величин (СИ) [1]. Основной и очень важной частью системы прослеживаемости результатов измерений являются материалы с известным (сертифицированным) значением содержания компонентов и установленными неопределенностями этих значений (стандартные образцы утвержденного типа). Для их создания необходимы чистые вещества, аттестованные на более высоком - эталонном уровне, т. е. эталоны сравнения.

Эталоны сравнения представляют собой твердые чистые неорганические вещества с установленным значением массовой доли основного компонента (МДОК) с наивысшей точностью или с точностью, достаточной для передачи единицы величины от Государственного первичного эталона (ГПЭ) следующим звеньям поверочной схемы. Эталоны сравнения исследуют в соответствии с методиками воспроизведения единиц величин, характеризующих содержание компонентов с использованием Государственных первичных и вторичных эталонов, включают в состав ГПЭ.

Обзор литературы

В документе [2] даны рекомендации по выбору материала эталона сравнения и способу оценки чистоты исходя из целевой неопределенности МДОК. Этот документ составлен с учетом международных тенденций в области метрологического применения чистых веществ [3-5] и опробован с использованием Государственного первичного эталона единиц массовой (молярной) доли и массовой (молярной) концентрации компонента в жидких и твердых веществах и материалах на основе кулонометрии ГЭТ 1761

1 ГЭТ 176-2017 Государственный первичный эталон единиц массовой (молярной) доли и массовой (молярной) концентрации компонента в жидких и твердых веществах и материалах на основе кулонометрии // Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений [сайт]. URL: https:// fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/12/items/397860.

Abbreviations used in the article

SI - the international system of units MDOK - mass fraction of the main component GGE - State primary etalon

в сличениях CCQM-P107.1 «Purity of Zinc with respect to six defined metallic analytes» [6], CCQM-P149 «Purity determination of zinc to be used as primary standard for zinc determination» [7] (представлены результаты, полученные косвенным способом) и СООМЕТ 645/RU/14 «Пилотные сличения в области измерения массовой доли меди и примесей в бескислородной медной катанке марки КМб М001б для определения чистоты меди» [8] (представлены результаты, полученные как прямым, так косвенным способом).

Эталоны сравнения, как и их зарубежные аналоги: Primary reference material; primary material [9], принципиально отличаются от чистых материалов, представленных на рынке, достоверностью и полнотой определения МДОК и могут быть использованы как основа для обеспечения прослеживаемости измерений единиц величин, характеризующих состав веществ и материалов. С учетом международного опыта [1,10] является целесообразным создание иерархической системы передачи единиц величин во главе с эталонами сравнения и далее через их растворы (Primary calibration solution; primary elements olutions [11]) к коммерческим стандартным образцам, с помощью которых проводят калибровку аналитического оборудования в испытательных лабораториях (рис. 1).

Материалы и методы

В качестве материалов эталонов сравнения были выбраны чистые металлы в виде компактных слитков, кусков или дроби (Ag, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ge, Mn, Ni, Pb, V, Zn за исключением молибдена, материал которого - порошок) для минимизации поверхности, на которой могут накапливаться примеси из окружающей среды. Для приготовления растворов использовали очищенные путем некипящей дистилляции азотную и плавиковую кислоты и деионизованную воду. Взвешивание проводили на весах I специального класса точности Mettler-Toledo AG, ХР205; A&D Company Ltd., GX-1000.

Примесный состав материала эталона сравнения определяли методами масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICPMS, PerkinElmerInc, NexION 300D, NexION 2000), восстановительного (CGHE, EltraGmbH ELEMENTRAC ONH-p) и окислительного плавления (CGHE, BrukerElementalGmbH, G4 ICARUS). Оценки

Образец X

Испытательные Раствор образца

лаборатории Wx

t t t

Производитель стандартных образцов

t

Вторичный^ эталон

Г

Госуда рстве нный первичный эталон

<

СО утвержденного типа

Коммерческий раствор, Ure|=(Q,3-0,7) % WY

4

CO Метрологического института

Моноэлементный раствор, Urei=(Q,l-0,3) % wT

4

Эталон сравнения

Раствор чистого вещества, Urei=Q,05 % W1

Чистое вещество, Urel=Q,01 % w

4

си

кг и моль Na

У

у

Методики измерений

Испытания

Сличение

2

авиметрическое приготовление

¡Оценка чистоты

Рис. 1. Цепочка метрологической прослеживаемости для элементного анализа. Она показывает связь массовой доли

wx элемента в неизвестном образце X с СИ, где: Na - постоянная Авогадро; Urel - относительная расширенная неопределенность (k=2; P = 0,95) [12] Fig. 1. Metrological traceability chain for elemental analysis. It shows the relationship of mass fraction wx of an element in an unknown sample X with the SI, where: NA is Avogadro constant; Urel is a relative expanded uncertainty (k=2; P = 0.95) [12]

МДОК эталона сравнения и ее расширенной неопределенности (и, к = 2, Р = 0,95) получены по уравнениям

uh - оценка стандартной неопределенности от неод-

w

= 100-I i=\ z,-I; =

y

j=1 2 ,

(1)

нородности, оцененная по формуле

' n d

I / I

uh =

v i=1

1=1

I max (Sel; SH1) , (3)

i=1

U = 2 "l I"x! + I

Г \2

yJ

J=1I.2 ">/3

+ u,.

(2)

где х/ - массовая доля /-й обнаруженной примеси; п - количество обнаруженных примесей; у/- предел обнаружения, установленный для 7-й примеси по 3а критерию;

г - количество пределов обнаружения; и(х) - стандартная неопределенность измерений /-й примеси;

где й - количество обнаруженных примесей, по которым произведен расчет неоднородности (I = 1...й);

Бе1 - стандартное отклонение однородности по сумме квадратов отклонений от средних значений для каждой пробы;

БН1 - стандартное отклонение однородности по сумме квадратов отклонений средних результатов в пробе от общего среднего.

Передача единицы массовой доли компонента от эталонов сравнения стандартным образцам растворов элементов произведена на основе компаративных

измерений относительных сигналов компонента и внутреннего стандарта методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICPOES, PerkinElmerInc, Optima 7300DV) [13]. Для калибровки были использованы растворы эталонов сравнения, приготовленные гравиметрически. Ниже приведены уравнение измерений массовой доли компонента (w2) в материале стандартного образца моноэлементного раствора и уравнение для оценки массовой доли компонента (wl) в растворе эталона сравнения [14]:

m

W2 = W! •

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

SampleA mintSt.2 - 1 Analyte.2 1intSt.1

mSample.2 mintSt.1 1 Analyte.1 IIntSt.2

w = K • K • K

1 stab homo evap

'K ,(4)

m • w1

w'blank + "

Г W

pa _1

\Pr y

m

с \ Pa _ 1

\Pn y ;

(5)

где m

m m

Sample. 1 Sample.2

IntSt.1

■ масса раствора эталона сравнения, г;

- масса раствора стандартного образца, г;

- масса внутреннего стандарта в растворе

эталона сравнения, г;

m

, - масса внутреннего стандарта в растворе

стандартного образца, г;

IAnalyteЛ, 1Апа1у1е.2- интенсивности эмиссии компо"

нента в растворах эталона сравнения и стандартного образца соответственно, мВ-нм;

11пж 1,11пж интенсивности эмиссии внутреннего стандарта в растворах эталона сравнения и стандартного образца соответственно, мВ-нм;

К- эмпирический коэффициент, учитывающий отклонение процедуры компаративных измерений от оптимальных значений;

Khoшo, Кеуар~ кOэффиЦиенTы, связанные

с временной стабильностью, с однородностью и с возможным испарением раствора эталона сравнения в процессе приготовления соответственно (в расчетах принимаются равными 1, а их неопределенности устанавливаются экспериментально);

m

blank

- массовая доля компонента в бланке, %0;

тп - масса навески эталона сравнения, г;

тг - масса раствора эталона сравнения, г; - массовая доля основного компонента в исходном материале,^;

Ра,Р,Рп, - плотности воздуха, раствора и эталона сравнения соответственно, кг/м3.

Результаты исследования

Обобщенные результаты исследований по разработке эталонов сравнения представлены в табл. 1.

С учетом того, что относительная расширенная неопределенность МДОК в растворе эталона сравнения обычно не хуже 0,05 %, относительная расширенная

Таблица 1. Характеристики разработанных эталонов сравнения Table 1. Characteristics of the developed transfer measurement standards

Элемент w, % Сумма xi, % Суммаy % uh, % U(k=2, P=0,95), %

V 99,9377 0,0554 0,0138 0,0016 0,0084

Cr 99,9875 0,0040 0,0171 0,0008 0,0076

Mn 99,7686 0,2274 0,0081 0,0208 0,0422

Fe 99,9636 0,0358 0,0013 0,0045 0,0094

Co 99,9823 0,0154 0,0047 0,0013 0,0033

Ni 99,9779 0,0191 0,0061 0,0017 0,0061

Cu 99,9919 0,0068 0,0025 0,0002 0,0016

Zn 99,9921 0,0070 0,0017 0,0003 0,0013

Cd 99,9956 0,0001 0,0087 0,0001 0,0053

Ag 99,9618 0,0369 0,0027 0,0021 0,0046

Pb 99,9960 0,0006 0,0067 0,0001 0,0051

Mo 99,7364 0,2636 0,0003 0,0182 0,0368

Ge 99,9966 0,0004 0,0031 0,0004 0,0026

неопределенность массовой доли этого компонента в стандартном образце состава раствора будет порядка 0,3-0,7 % в зависимости от его стабильности или назначенного срока годности. Метрологические характеристики первых партий стандартных образцов с номинальным значением массовой концентрации

1000 мг/дм3 представлены в табл. 2.

Типичные бюджеты неопределенностей массовой доли компонента (м2) в материале стандартного образца состава моноэлементного раствора и массовой доли компонента (м^) в растворе эталона сравнения приведены в табл. 3 и 4.

Таблица 2. Метрологические характеристики разработанных стандартных образцов Table 2. Metrological characteristics of the developed reference materials

Элемент № ГСО Массовая доля, млн-1 Urel(k=2, P=0,95), % Массовая концентрация, мг/дм3 Urel(k=2, P=0,95), %

V 11235-2018 984,3 0,36 1000,0 0,54

Cr 10946-2017 984,0 0,23 1000,1 0,36

Mn 10954-2017 983,7 0,23 999,8 0,36

Fe 10938-2017 983,9 0,23 1000,1 0,36

Co 10950-2017 983,7 0,24 1000,2 0,36

Ni 11247-2018 987,9 0,38 999,7 0,52

Cu 10942-2017 983,6 0,22 1000,1 0,44

Zn 11243-2018 989,9 0,39 1 000,7 0,54

Cd 11255-2018 984,5 0,33 1 000,0 0,49

Pb 11251-2018 988,4 0,39 999,5 0,54

Ge 10926-2017 960,9 0,27 1000,2 0,40

Источник Значение u Единица величины c (u-c)2 Вклад, %

Описание Обозначение

Массовая доля основного компонента в растворе эталона сравнения 999,95 0,24 млн-1 1,000 5,8 ■ 10-2 3,37

Масса раствора эталона сравнения mSample.1 2,5063 0,0002 г 399,0 6,4 ■ 10-3 0,37

Масса раствора стандартного образца mSample.2 2,5020 0,0002 г -399,7 6,4 ■ 10-3 0,37

Масса внутреннего стандарта в растворе эталона сравнения mintSt.1 20,9754 0,0002 г -47,68 9,1 ■ 10-5 0,01

Масса внутреннего стандарта в растворе стандартного образца mintSt.2 20,6651 0,0002 г 48,40 9,4 ■ 10-5 0,01

Интенсивность эмиссии компонента в растворе эталона сравнения IAnalyte.1 1 714930 1187 мВ ■ нм -6 ■ 10-4 4,8 ■ 10-1 28,0

Таблица 3. Типичный бюджет неопределенности массовой доли компонента в материале стандартного образца состава моноэлементного раствора с учетом корреляций между величинами интенсивности эмиссии компонента и внутреннего стандарта

Table 3. Typical uncertainty budget for mass fraction of a component in a reference material for composition of mono-element solution, correlations between the values of emission intensity of the component and the internal standard taken into account

Продолжение табл. 3 Table 3 continuation

Источник Значение u Единица величины c (u-c)2 Вклад, %

Описание Обозначение

Интенсивность эмиссии компонента в растворе стандартного образца IAnalyte.2 1 713523 1110 мВ ■ нм 6 ■ 10-4 4,2 ■ 10-1 24,5

Интенсивность эмиссии внутреннего стандарта в растворе эталона сравнения IIntStl 1 260433 770 мВ ■ нм 8 ■ 10-4 3,7 ■ 10-1 21,8

Интенсивность эмиссии внутреннего стандарта в растворе эталона сравнения mintSt.2 1 242715 695 мВ ■ нм -8 ■ 10-4 3,1 ■ 10-1 18,3

Эмпирический коэффициент, учитывающий отклонение процедуры компаративных измерений от оптимальных значений K 1 1,9910-4 1 1000,1 4,0 ■ 10-2 2,32

Повторяемость w2 1000,10 0,13 млн-1 1 1,6 ■ 10-2 0,96

Коэффициент корреляции ин-тенсивностей эмиссии компонента и внутреннего стандарта в растворе эталона сравнения r(IAnalyte.\; IIntSt.l) 0,94824 9,1 ■ 105 1 -510-7 -8,010-1 -46,8

Коэффициент корреляции ин-тенсивностей эмиссии компонента и внутреннего стандарта в растворе стандартного образца r(IAnalyte.2; IIntSt.2) 0,93265 7,7 ■ 105 1 -5 ■ 10-7 -6,8 ■ 10-1 -39,5

Стандартная неопределенность типа А UA 0,3514 млн-1

Стандартная неопределенность типа В Ub 0,3321 млн-1

Суммарная стандартная неопределенность Uc(wi) 0,48 млн-1

Расширенная неопределенность (к = 2, Р = 0,95) Uw) 0,97 млн-1

Таблица 4. Типичный бюджет неопределенности массовой доли компонента в растворе эталона сравнения меди высокой чистоты

Table 4. Typical uncertainty budget for mass fraction of a component In high-purity copper solution of a transfer measurement standard

Источник Значение u Единица величины c u-c u-c, %

Описание Обозначение

Массовая доля основного компонента в исходном материале w 999,940 0,060 %о 1,0 ■ 10-3 6,0 ■ 10-5 12,7

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Масса навески mn 1,0019 0,0002 г 1,0 2,0 ■ 10-4 42,1

Масса раствора mr 1000,901 0,002 г -1,0 ■ 10-3 1,5 ■ 10-6 0,3

Плотность воздуха Pa 1,1336 0,0079 кг/м3 -8,7 ■ 10-4 6,9 ■ 10-6 1,5

Продолжение табл. 4 Table 4 continuation

Источник Значение u Единица u-c u-c, %

Описание Обозначение величины c

Плотность исходного материала Pn 8920 500 кг/м3 -1,4 ■ 10-8 7,1 ■ 10-6 1,5

Плотность раствора Pr 1017 5 кг/м3 1,1 ■ 10-6 5,5 ■ 10-6 1,2

Массовая доля компонента в бланке W0 0 5,0 ■ 10-5 %0 1,0 5,0 ■ 10-5 10,5

Возможная неоднородность раствора K homo 1 1,0 ■ 10-5 %о 1,0 1,0 ■ 10-5 2,1

Стабильность раствора* Kstab 1 3,3 ■ 10-5 %о 1,0 3,3 ■ 10-5 7,0

Возможное испарение раствора K evap 1 1,0 ■ 10-4 %о 1,0 1,0 ■ 10-4 21,1

Массовая доля в растворе W1 0,99995 %о

Суммарная стандартная неопределенность uc(wj) 0,00024 %о * по потере массы в бутылках Nalgene вместимостью 125 см3

Расширенная неопределенность (к=2, Р = 0,95) U(w1) 0,00048 %о PEHD за 1 месяц

Обсуждение и заключения

На основании изложенного выше можно сделать следующие основные выводы.

1. Разработаны 13 эталонов сравнения в виде чистых металлов, которые в большинстве случаев позволяют хранить единицу МДОК с относительной расширенной неопределенностью (к = 2, Р = 0,95) не хуже 0,01 %%.

2. Эталоны сравнения включены в состав Государственного первичного эталона единиц массовой (молярной) доли и массовой (молярной) концентрации компонента в жидких и твердых веществах и материалах на основе кулонометрии ГЭТ 176.

3. Гравиметрическое приготовление растворов эталонов сравнения с относительной расширенной неопределенностью (к = 2, Р = 0,95) не хуже 0,05 %% позволяет передать единицу массовой доли компонента стан-

дартным образцам состава растворов элементов с относительной расширенной неопределенностью (к = 2, Р = 0,95) порядка (0,1-0,3)%.

Вклад соавторов

Конопелько Л. А.: концепция и инициация исследования, методическая поддержка, общее руководство работами, анализ результатов.

Мигаль П. В.: определение замысла и методологии статьи, анализ литературы, получение и обработка экспериментальных данных, работа с текстом статьи.

Собина Е. П.: анализ литературы, критический анализ результатов, доработка текста статьи.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

ЛИТЕРАТУРА

1. К вопросу о применении чистых неорганических веществ в метрологии аналитических измерений /

С. В. Медведевских [и др.] // Стандартные образцы. 2014. № 3. С. 58-67.

2. МИ 3560-2016 Рекомендация. ГСИ. Оценка неопределенности измерений массовой доли основного компонента в неорганических веществах.

REFERENCES

1. Medvedevskikh S. V., Sobina E. P., Migal P. V., Goryaeva L. I., Gorbunova E. M., Tabatchikova T. N. et al. On the use of pure inorganic substances in metrology of analytical measurements. Reference materials. 2014;(3):58-67. (In Russ.)

2. MI 3560-2016 Recommendation. GSE. Estimation of uncertainty in measurements of the mass fraction of the main component in inorganic substances.

3. Vogl J., Kipphardt H., Richter S., Bremser W. Establishing comparability and compatibility in the purity assessment

of high purity zinc as demonstrated by the CCQM-P149 intercomparison // Metrologia. 2018. Vol. 55 No. 2. pp. 211-221. https://doi.org/10.1088 / 1681-7575/aaa677

4. Vogl J. CCQM-IAWG17-28 Roadmap for the purity determination of pure metallic elements. Basic principles and helpful advice. 2017. // CCQM working group on inorganic analysis [сайт]. URL: https://www.bipm.org/wg/CCQM/IAWG/ Allowed/April_2017/CCQM-IAWG17-28.pdf. (дата обращения: 15.03.2019).

5. High purity metals as primary calibration materials for elemental analysis-their importance and their certification / R. Matschat [et al.] // Materials Transactions. 2002. Vol. 43. No. 2, pp. 90-97. https://doi.org/10.2320/matertrans.43.90

6. Vogl J., Kipphardt H., H. J. Heinrich, Sobina E., Tabatchikova T. CCQM-P107.1 Purity of Zinc with respect to six defined metallic analytes, BAM Federal institute for Materials Research and Testing, Berlin, Draft Report 2014.

7. Vogl J. et.al. CCQM-P149 Purity determination of zinc to be used as primary standard for zinc determination, BAM Federal institute for Materials Research and Testing, Berlin, Draft

B 2016.

8. СООМЕТ 645/RU/14 Пилотные сличения в области измерения массовой доли меди и примесей

в бескислородной медной катанке марки КМб М001 б для определения чистоты меди.

9. Kipphardt H., Matschat R., Vogl J. et al. Purity determination as needed for the realisation of primary standards for elemental determination - status of international comparability // Accreditation and Quality Assurance. 2010. Vol. 15 No. 1.

pp. 29-37. https://doi.org/10.1007/s00769-009-0557-0.

10. Salit M. L., Turk G. C., Lindstrom A. P., Butler T. A., Beck II C. M., Norman B. Single-element solution comparisons with a high-performance inductively coupled plasma optical emission spectrometric method // Anal. Chem., 2001. No. 73, pp. 48214829. https://doi.org/10.1021/ac0155097.

11. Мигаль П. В., Медведевских С. В., Фирсанов В. А. Способ оценки неопределенности аттестованного значения многокомпонентного стандартного образца // Стандартные образцы. Т. 15. № 1. 2019. С. 5-13.

12. Richter W., Guttler B. A national traceability system for chemical measurements // Accreditation and Quality Assurance. 2003. Vol. 8. No. 10. pp. 448-453. https://doi.org/10.1007/s00769-003-0682-0

3. Vogl J., Kipphardt H., Richter S., Bremser W. Establishing comparability and compatibility in the purity assessment

of high purity zinc as demonstrated by the CCQM-P149 intercomparison. Metrologia. 2018;55(2):211-221. https://doi.org/10.1088 / 1681-7575/aaa677

4. Vogl J. CCQM-IAWG17-28 Roadmap for the purity determination of pure metallic elements. Basic principles and helpful advice. 2017. Available at: https://www.bipm.org/wg/ CCQM/IAWG/Allowed/April_2017/CCQM-IAWG17-28.pdf. [accessed 15 March 2019].

5. Matschat R., Czerwensky M., Pattberg S., Heinrich H. J., Tutschku S. High purity metals as primary calibration materials for elemental analysis-their importance and their certification. Materials Transactions. 2002:43(2);90-97. https://doi.org/10.2320/matertrans.43.90

6. Vogl J., Kipphardt H., H. J. Heinrich, Sobina E., Tabatchikova T. CCQM-P107.1 Purity of Zinc with respect to six defined metallic analytes, BAM Federal institute for Materials Research and Testing, Berlin, Draft Report 2014.

7. Vogl J. et.al. CCQM-P149 Purity determination of zinc to be used as primary standard for zinc determination, BAM Federal institute for Materials Research and Testing, Berlin, Draft B 2016.

8. COOMET 645 / RU / 14 Pilot comparisons in the field of measuring the mass fraction of copper and impurities in oxygen-free copper wire rod of the KMb M001 b brand to determine the purity of copper.

9. Kipphardt H., Matschat R., Vogl J., Gusarova T., Czerwensky M., Heinrich H. J., Hioki A., Konopelko L. A., Methven B., Miura T. et al. Purity determination as needed for the realization of primary standards for elemental determination - status of international comparability. Accreditation and Quality Assurance. 2010;15(1):29-37. https://doi.org/10.1007/s00769-009-0557-0.

10. Salit M. L., Turk G. C., Lindstrom A. P., Butler T. A., Beck II C.M., Norman B. Single-element solution comparisons with a high-performance inductively coupled plasma optical emission spectrometric method. Anal. Chem. 2001;73:4821-4829. https://doi.org/10.1021/ac0155097.

11. Migal P. V., Medvedevskikh S. V., Firsanov V. A. A method for estimating the certified value uncertainty of a multicomponent reference material. Reference materials. 2019;15(1): 5-13. https://doi.org/10.20915/2077-1177-2015-15-1-5-13. (In Russ.).

12. Richter W., Guttler B. A national traceability system for chemical measurements. Accreditation and Quality Assurance. 2003;8(10):448-453.

https://doi.org/10.1007/s00769-003-0682-0

13. Traceability system for elemental analysis / H. Kipphardt [et al.] // Accreditation and Quality Assurance. 2006. Vol. 10.

No. 11, pp. 633-639.

https://doi.org/10.1007/s00769-005-0084-6

14. Gregory C. Turk and Marc L. Salit. А practical tool for establishing traceability in chemical measurements // NIST. 2006. URL: http://www.nist.gov/mml/csd/inorganic/upload/ turk.pdf (дата обращения: 17.11.2015).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Конопелько Леонид Алексеевич - доктор технических наук,

профессор, главный научный сотрудник ФГУП «ВНИИМ

им. Д. И. Менделеева».

Российская Федерация, г. Санкт-Петербург,

Московский пр., д. 19

e-mail: fhi@b10.vniim.ru

ORCID: 0000-0002-4942-8329

Мигаль Павел Вячеславович - заместитель заведующего лабораторией метрологического обеспечения наноиндустрии, спектральных методов анализа и стандартных образцов ФГУП «УНИИМ». Российская Федерация, 620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4 e-mail: mig@uniim.ru.

Собина Егор Павлович - канд. хим. наук, заместитель директора по инновациям, заведующий лабораторией метрологического обеспечения и наноиндустрии Уральского научно-исследовательского института метрологии, член-корреспондент Метрологической академии.

Российская Федерация, 620075, г. Екатеринбург, ул. Красноармейская, 4 e-mail: 251@uniim.ru ORCID: 0000-0001-8489-2437

13. Kipphardt H., Matschat R., Rienitz O., Schiel D., Gernand W., and Oeter D. Traceability system for elemental analysis // Accreditation and Quality Assurance. 2006. Vol. 10. No. 11, pp. 633-639. https://doi.org/10.1007/s00769-005-0084-6

14. Gregory C. Turk and Marc L. Salit. A practical tool for establishing traceability in chemical measurements // NIST. 2006. Available at: http://www.nist.gov/mml/csd/inorganic/ upload/turk.pdf (accessed 17.11.2015).

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Leonid A. Konopelko - D. Sc. (Engineering), Professor, Principal researcher D. I. Mendeleyev Institute for Metrology (VNIIM). 19 Moskovsky ave., St. Petersburg, 190005, Russian Federation e-mail: fhi@b10.vniim.ru

Pavel V. Migal - Deputy Head of the Laboratory 251 UNIIM. 4 Krasnoarmeyskaya st., Ekaterinburg, 620075, Russia e-mail: mig@uniim.ru

Egor P. Sobina - Ph. D. (Chem.), Deputy Director for Innovation, Head of laboratory of metrological assurance and nanoindustry, Ural Research Institute for Metrology (UNIIM), corresponding member of the Russian Academy off Metrology. 4 Krasnoarmeyskaya St., Ekaterinburg, 620075, Russian Federation

e-mail: 251@uniim.ru ORCID: 0000-0001-8489-2437

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.