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基于统计假设检验技术的BrukerQ8光电直读光谱仪质控分析

  来源:《现代科学仪器》期刊2016-11-25点击:428


【核心介绍】本文通过分析影响光电直读光谱仪检测结果的主要因素和质控分析的重要性,介绍了理化检验仪器设备质量控制的常用方法和质控分析的常用数据分析方法。通过质控分析实例,采用基于统计假设检验数据分析方法,对BrukerQ8光电直读光谱仪进行了离群数据判定、等精度测量判定、结果一致性判定等详细地质控分析。分析结果表明,该仪器设备稳定性良好,检测数据准确可靠,符合日常检验要求。  

基于统计假设检验技术的BrukerQ8光电直读光谱仪质控分析

魏源

(龙岩市产品质量检验所,福建 龙岩 364000)

摘要:本文通过分析影响光电直读光谱仪检测结果的主要因素和质控分析的重要性,介绍了理化检验仪器设备质量控制的常用方法和质控分析的常用数据分析方法。通过质控分析实例,采用基于统计假设检验数据分析方法,对BrukerQ8光电直读光谱仪进行了离群数据判定、等精度测量判定、结果一致性判定等详细地质控分析。分析结果表明,该仪器设备稳定性良好,检测数据准确可靠,符合日常检验要求。

关键词:光电直读光谱仪;统计假设检验;质控分析

中图分类号:O657.31


Analysis of Quality Control on BrukerQ8 Direct-Reading Spectrograph based on Statistical Hypothesis Test Technology

Wei Yuan

(Institute of quality inspection for products,Fu Jian Long Yan 364000)

AbstractThe factors affecting test results of direct-reading spectrograph and the importance of analysis of quality control were analyzed. The common methods and data analysis methods on analysis of quality control in  physical and chemical inspection equipment were introduced. Through the example, the quality control of the determination of outlier data, equal precision measurement and results consistency on BrukerQ8 direct-reading spectrograph were analyzed in detail,based on statistical hypothesis test. The results showed that the equipment has good stability, accurate and reliable detection data,and meets the requirements of daily inspection.

Key Words: Direct-Reading Spectrograph; Statistical Hypothesis Test; Analysis of Quality Control


1 概述

光电直读光谱仪是发射光谱仪的一种,可用于金属材料的快速定量分析,具有准确、快速、多元素同时测定的特点,广泛应用于冶金、化工、机械等行业。该仪器采用的原理是用电弧(或火花)的高温使样品中各元素从固态直接气化并被激发而发射出各元素的特征波长,用光栅分光后,成为按波长排列的“光谱”,这些元素的特征光谱线通过出射狭缝,射入各自的光电倍增管,光信号变成电信号,经仪器的测量控制系统将电信号积分并进行模/数转换,然后由计算机处理,得出各元素的百分含量[1]

根据光电直读光谱仪的工作原理、分析方法和长期的工作经验积累,笔者认为影响光谱分析检测结果的因素主要有以下几个方面:①人员:检验人员日常操作规范性及数据传递准确性;②设备:光电直读光谱仪稳定性、可靠性及准确性;③样品:样品成份均匀性、表面处理方法正确性;④方法:检验方法中仪器完全标准化、标样校准准确性;⑤环境:温度、湿度、粉尘等环境因素变化引起的仪器稳定性、准确性。

因此,为保证检测结果的准确可靠,除了日常按操作规范正确操作、定期对仪器维护保养、按检定规程要求定期校准/检定外,实验室在日常使用中,还应制定质量控制计划,定期对仪器的检测/校准/检定的有效性进行监控,确保仪器的检测/校准/检定结果的质量。

2 质量控制

2.1 质量控制的概念和目的

质量控制quality control,QC是指利用现代科学管理的方法和技术分析过程中的误差,控制与分析有关的各个环节,确保实验结果的准确可靠。质量控制的目的是把分析测试的误差控制在允许的范围内,保证分析的精密度、准确度,使分析数据在给定的置信水平内有把握达到要求的质量。

2.2 质量控制的常用方法

质量控制的常用方法主要有以下几方面:①定期使用有证标准物质(参考物质)进行监控和/或使用次级标准物质(参考物质)开展内部质量控制;②参加实验室间的比对或能力验证计划;③使用相同或不同方法进行重复检测或校准;④对存留物品进行再检测或再校准;⑤分析一个物品不同特性结果的相关性[2-5]

2.3 质量控制的常用数据分析方法

质量控制的常用数据分析方法有稳健统计[6]、质量控制图[7,8]和统计假设检验[9],其中统计假设检验是数理统计学中根据一定假设条件由样本推断总体的一种方法。根据问题的需要对所研究的总体作某种假设,选取合适的统计量,由实测样本,计算出统计量值,并根据预先给定的显著性水平进行检验,来判断样本与样本,样本与总体的差异的统计推断方法。常用的假设检验方法有:Nair(奈尔)检验法、Dixon(狄克逊)检验法、Grubbs(格拉布斯)检验法,u检验法、z检验法、t检验法、χ2检验法、F检验法等。笔者通过统计假设检验对BrukerQ8 光电直读光谱仪进行了详细地质控分析。

3 质控分析应用实例

3.1 实验部分

本实验通过人员比对方法,利用BrukerQ8光电直读光谱仪对304不锈钢样品重复检测,采用统计假设检验方法进行数据分析,Grubbs检验法进行离群数据判定,F检验法进行等精度测量判定,t检验法进行数据一致性判定。

3.1.1 实验目的:BrukerQ8光电直读光谱仪质量控制分析。

3.1.2 实验依据:GB/T 11170-2008不锈钢 多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法(常规法)》[10]

3.1.3 测量对象:304不锈钢样品一块(尺寸为φ40mm×30mm)。

3.1.4 测量方法:标准样品和检测样品均使用光谱磨样机进行抛光制样。仪器启动后,抽取真空,使仪器处于真空稳定状态,使用纯度为99.999%的氩气对仪器进行真空吹气,最终使仪器处于最佳测量状态。在分析样品之前,对仪器进行完全标准化,使仪器的内标曲线处于稳定准确状态,用标准样品调整仪器至符合要求,通过仪器分析检测样品中CSiMnPSNiCr元素含量,记录检测结果。

3.1.5 测量环境:环境温度:16℃30℃,环境湿度:40%70%。

3.1.6 测量仪器:BrukerQ8光电直读光谱仪,仪器基本参数如下:凹面光栅曲率半径750mm;波长范围110 nm800nm;检测器为通道光电倍增管CPM;火花放电间隔时间10µs2ms;通道数≤128;峰电流≤250A;火花频率≤1000Hz;光室恒温30℃;样品孔径16mm;高纯氩气≥99.999%。

3.1.7 测量结果

两位检验人员分别对304不锈钢样品检测的结果如表1所示

1 304不锈钢样品检测结果

Tab.1 The test results of 304 stainless steel sample

元素

测量结果Xi/%

平均值/%

标准偏差S/%

1

2

3

4

5

6

C

0.053

0.050

0.049

0.050

0.052

0.048

0.0503

0.001862

0.052

0.050

0.047

0.048

0.048

0.046

0.0485

0.002168

Si

0.408

0.415

0.416

0.414

0.420

0.416

0.4148

0.00392

0.417

0.420

0.416

0.421

0.419

0.414

0.4178

0.00264

Mn

1.395

1.412

1.427

1.393

1.424

1.397

1.408

0.015153

1.400

1.420

1.402

1.417

1.392

1.405

1.406

0.01064

P

0.0238

0.0238

0.0232

0.0236

0.0240

0.0243

0.0238

0.000371

0.0240

0.0244

0.0247

0.0236

0.0239

0.0239

0.0241

0.000397

S

0.0041

0.0042

0.0040

0.0044

0.0041

0.0039

0.0041

0.000173

0.0045

0.0038

0.0039

0.0040

0.0041

0.0037

0.004

0.000283

Ni

8.239

8.224

8.217

8.345

8.313

8.292

8.2717

0.052588

8.225

8.216

8.238

8.221

8.304

8.261

8.2442

0.033463

Cr

0.234

0.234

0.238

0.233

0.242

0.240

0.2368

0.003711

0.238

0.239

0.234

0.238

0.242

0.233

0.2373

0.003327

3.2 数据分析

3.2.1 Grubbs检验(离群数据判定)

Grubbs检验法检验同组数据是否存在离群数据。因不能确认离群值是出现在上侧还是下侧,所以采用双侧情形进行检验,计算步骤如下所示,判定结果如表2所示。



3.2.2 F检验(等精度测量判定)

F检验法检验两组对比数据是否为等精度测量,计算步骤如下所示,判定结果如表3所示。




3.2.3 t检验(数据一致性判定)

t检验法检验两组对比数据的一致性,计算步骤如下所示,判定结果如表4所示。




4 结束语

光电直读光谱仪因其对金属材料可快速定量分析,具有准确、快速、多元素同时测定的特点,已经在冶金、化工、机械等各行业广泛应用。为了保持仪器设备的检测/校准/检定的有效性,保证仪器设备检测结果的准确可靠,应制定质控计划,定期对仪器设备进行监控。笔者简要阐述了质量控制的常用方法和常用数据分析方法,其中,统计假设检验技术可对检测数据进行离群数据判定、等精度测量判定、结果一致性判定等全面的数据分析与评价,与其他分析方法比较来看,更加全面和严谨,值得推荐。笔者详细阐述了基于统计假设检验数据分析方法的光电直读光谱仪质控分析,值得社会相关技术人员参考。

参考文献

[1] 苑和锋,孙定煊,徐 玲,马吉苗,沈立邦.直读光谱仪重要精密度指标的校准分析与评价[J].分析仪          器,2014(4):91-94.

[2] ISO/IEC 17025:2005 检测和校准实验室能力的通用要求[S].

[3] CNAS-CL01:2010 检测和校准实验室能力认可准则[S].

[4] CNAS-CL10:2012检测和校准实验室能力认可准则在化学检测领域的应用说明[S].

[5] GB/T 6379.6-2009测量方法与结果的准确度(正确度与精密度)第6部分:准确度值的实际应用[S].

[6] 王承忠.理化检验设备和标准物质期间核查的方法及实例[J].理化检验-物理分册,2010,46(9):

579-585;2010,46(10):643-649;2010,46(11):705-707;2010,46(12):775-778;2011,47(1):39-41.

[7] GB/T 4091-2001常规控制图[S].

[8] 梅坛,陶美娟.控制图在直读光谱仪期间核查中的应用[J].理化检验-化学分册,2014,50(10):

1296-1298.

[9] 王承忠.实验室质量体系运行中的技术难点及解决方法[J].理化检验-物理分册,2012,48(4):

252-257;2012,48(5):316-323;2012,48(6):383-389;2012,48(7):457-460;2012,48(8):525-527;2012,48(9):604-612;

2012,48(10):674-682.

[10] GB/T 11170-2008不锈钢 多元素含量的测定 火花放电原子发射光谱法(常规法)[S].

  (来源:《现代科学仪器》期刊

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