定电位电解法测定烟气中二氧化硫不确定度的评定

不确定度是根据所用到的信息, 表征赋予被测量值分散性的非负参数[1]。因此, 测量结果必须赋予不确定度, 才能完整表达被测量值。测量不确定度评定现已成为检测和校准实验室不可缺少的工作内容。本研究通过对定电位电解法测定烟气中二氧化硫的不确定度进行评定, 找出了影响不确定度的主要因素。

一、测定依据

依据国家环境保护总局标准HJ/T 57-2000《固定污染源排气中二氧化硫的测定定电位电解法》, 对锅炉烟气中二氧化硫进行测定[2]。具体的测定步骤见流程图1。

二、数学模型

测定锅炉烟气中二氧化硫的浓度, 由烟气分析仪直接读数, 二氧化硫浓度以ppm (V/V) 表示, 可按下式转化为标准状况下干烟气二氧化硫浓度, 数学模型如下:

式中:c——烟气分析仪读数 (ppm) ;

——标准状况下干烟气二氧化硫浓度 (mg/N.d.m3) ;

64——二氧化硫摩尔质量 (g/mol) ;

22.4——标准状况下气体摩尔体积 (L/mol) 。

三、不确定度来源的确定和分析

进行锅炉烟气二氧化硫浓度测定, 使用德国德图公司生产的Testo 340型烟气分析仪。测试仪器的示值误差、校准所使用的标准气体及测试仪器分辨率等都会在测量中构成系统效应引入的不确定度分量。锅炉燃烧工况、仪器的稳定性及分析操作人员的操作随意性等随机效应导致的测量不重复性也会产生测量不确定度。另外, 二氧化硫摩尔质量的不确定度可以通过合成各组成元素原子量的不确定度得到, 从IUPAC最新版的原子量表中查得S和O的原子量的不确定度, 与其他分量相比, 二氧化硫摩尔质量的不确定度分量很小, 本次计算中予以忽略。不确定度来源如图2所示。

四、不确定度分量的量化[]

1. 标准气体

使用的二氧化硫标准气体为上海伟创标准气体有限公司提供的二级标准物质, 从各标准气体的认定证书可知, 各浓度标准气体二氧化硫浓度的相对不确定度均为2%, 按正态分布 (在95%置信度水平下, 取包含因子k=2) 作B类评定, 则二氧化硫标准气体引入的不确定度计算结果见表1。

2. 仪器示值误差

仪器示值误差引入的不确定度主要依据testo 340烟气分析仪的技术说明书中给出的技术指标, 采用B类评定。仪器技术说明书中给出的二氧化硫在测量范围内示值的最大允许误差为±5%, 按矩形分布考虑, 取包含因子k=, 则仪器示值误差引入的不确定度计算结果见表2。

3. 仪器分辨率

testo 340烟气分析仪测定二氧化硫的分辨率为1 ppm, 按矩形分布考虑, 取包含因子k=, 则仪器分辨率引入的标准不确定度为:

4. 测量重复性

测量重复性引入的不确定度分量计算根据测定二氧化硫的不同浓度分段计算。在不同的二氧化硫测定浓度范围内使用相应范围内的标准气体分别作10次独立重复测量, 根据烟气分析仪读得n=10个示值分别计算不同浓度范围下的平均值的标准偏差, 详见表3。

五、计算合成标准不确定度

在确定了多个不确定度的分量后, 对逐个分量进行合成, 得出合成标准不确定度。合成标准不确定度由下式得出:

由于忽略了二氧化硫摩尔质量的不确定度, 因此, c’与c的相对标准不确定度相等, 相对标准不确定度由下式得出:

二氧化硫在不同的测定浓度范围内的合成标准不确定度结果如表4:

六、计算扩展不确定度

相对扩展不确定度Urel (c’) 可由相对标准不确定度乘以包含因子k=2后得到, 二氧化硫在不同的测定浓度范围内的相对标准不确定度均为3.1%, 则扩展不确定度为:

七、结果不确定度的表达

使用testo 340烟气分析仪以定电位电解法测定烟气中二氧化硫的相对扩展不确定度为6.2%, k=2。

摘要：二氧化硫是大气污染的重要指标, 采用定电位电解法对烟气中二氧化硫进行测定, 进行了测量不确定的评定。通过对各不确定度分量的分析和评估, 计算出相对扩展不确定度为6.2%, k=2。

关键词：烟气,二氧化硫,不确定度,评定

参考文献

[1] JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示[S].

[2] HJ/T 57-2000固定污染源排气中二氧化硫的测定定电位电解法[S].

[3] CNAS-GL05:2011测量不确定度要求的实施指南[S].

[4] CNAS-GL06:2006化学分析中不确定度的评估指南[S].