题目
采用可见分光光度法测得铁离子含量为 25.00 mu g/mL 的铁标准溶液,6次平行测定的结果分别为 25.02 mu g/mL、25.07 mu g/mL、24.98 mu g/mL、25.05 mu g/mL、24.95 mu g/mL、24.90 mu g/mL。经估算B类不确定度为 0.032 mu g/mL。试对该方法进行不确定度评定并给出测定结果。
采用可见分光光度法测得铁离子含量为 $25.00 \mu g/mL$ 的铁标准溶液,6次平行测定的结果分别为 $25.02 \mu g/mL$、$25.07 \mu g/mL$、$24.98 \mu g/mL$、$25.05 \mu g/mL$、$24.95 \mu g/mL$、$24.90 \mu g/mL$。经估算B类不确定度为 $0.032 \mu g/mL$。试对该方法进行不确定度评定并给出测定结果。
题目解答
答案
6次测定结果的平均值为:
\[
\bar{x} = 25.00 \, \mu g/mL
\]
标准偏差为:
\[
s = \sqrt{\frac{0.0207}{5}} \approx 0.0643 \, \mu g/mL
\]
重复性不确定度为:
\[
u_{\text{rep}} = \frac{0.0643}{\sqrt{6}} \approx 0.0263 \, \mu g/mL
\]
仪器检定不确定度为 $u_c = 0.032 \, \mu g/mL$。
合成不确定度为:
\[
u = \sqrt{(0.0263)^2 + (0.032)^2} \approx 0.0414 \, \mu g/mL
\]
扩展不确定度($k=2$)为:
\[
U = 2 \times 0.0414 \approx 0.083 \, \mu g/mL
\]
最终结果为:
\[
(25.00 \pm 0.08) \, \mu g/mL, \, k=2
\]
解析
本题考查可见分光光度法测定结果的不确定度评定,解题思路是先计算多次测量结果的平均值,再计算标准偏差,进而得到重复性不确定度,然后结合已知的B类不确定度,计算合成不确定度和扩展不确定度,最后给出测定结果。
- 计算平均值:
平均值$\bar{x}$的计算公式为$\bar{x}=\frac{\sum_{i = 1}^{n}x_{i}}{n}$,其中$x_{i}$为第$i$次测量值,$n$为测量次数。
已知$n = 6$,$x_1 = 25.02\ \mu g/mL$,$x_2 = 25.07\ \mu g/mL$,$x_3 = 24.98\ \mu g/mL$,$x_4 = 25.05\ \mu g/mL$,$x_5 = 24.95\ \mu g/mL$,$x_6 = 24.90\ \mu g/mL$。
则$\bar{x}=\frac{25.02 + 25.07 + 24.98 + 25.05 + 24.95 + 24.90}{6}$
$=\frac{150.00}{6}=25.00\ \mu g/mL$ - 计算标准偏差:
标准偏差$s$的计算公式为$s = \sqrt{\frac{\sum_{i = 1}^{n}(x_{i}-\bar{x})^2}{n - 1}}$。
分别计算$(x_{i}-\bar{x})^2$的值:
$(25.02 - 25.00)^2 = 0.02^2 = 0.0004$
$(25.07 - 25.00)^2 = 0.07^2 = 0.0049$
$(24.98 - 25.00)^2 = (-0.02)^2 = 0.0004$
$(25.05 - 25.00)^2 = 0.05^2 = 0.0025$
$(24.95 - 25.00)^2 = (-0.05)^2 = 0.0025$
$(24.90 - 25.00)^2 = (-0.1)^2 = 0.01$
则$\sum_{i = 1}^{6}(x_{i}-\bar{x})^2 = 0.0004 + 0.0049 + 0.0004 + 0.0025 + 0.0025 + 0.01 = 0.0207$。
所以$s = \sqrt{\frac{0.0207}{6 - 1}}=\sqrt{\frac{0.0207}{5}}\approx 0.0643\ \mu g/mL$ - 计算重复性不确定度:
重复性不确定度$u_{rep}$的计算公式为$u_{rep}=\frac{s}{\sqrt{n}}$。
已知$s\approx 0.0643\ \mu g/mL$,$n = 6$,则$u_{rep}=\frac{0.0643}{\sqrt{6}}\approx 0.0263\ \mu g/mL$ - 计算合成不确定度:
合成不确定度$u$的计算公式为$u = \sqrt{u_{rep}^2 + u_c^2}$,其中$u_c$为B类不确定度,已知$u_c = 0.032\ \mu g/mL$。
则$u = \sqrt{(0.0263)^2 + (0.032)^2}$
$=\sqrt{0.00069169 + 0.001024}=\sqrt{0.00171569}\approx 0.0414\ \mu g/mL$ - 计算扩展不确定度:
扩展不确定度$U$的计算公式为$U = k\times u$,通常取$k = 2$。
则$U = 2\times 0.0414 = 0.0828\approx 0.083\ \mu g/mL$ - 给出测定结果:
测定结果的表达式为$(\bar{x}\pm U)$,$k$值。
所以最终结果为$(25.00\pm 0.08)\ \mu g/mL$,$k = 2$