光谱光度计标准滤光片不确定度2

光谱光度计标准滤光片测量结果不确定度1适用范围适用于光谱光度计标准滤光片的检定/校准测量结果不确定度评定与表示。2引用文件JJG1034―2008光谱光度计标准滤光片；JJF1059.1―2012测量不确定度评定与表示；3检定/校准测量结果不确定度光谱光度计标准滤光片检定/校准的主要参数是透射比和透射比(吸光度)峰值波长，由参数的测量方法和测量模型可知，在光谱光度计标准滤光片检定/校准中，影响测量结果不确定度的主要因素有：⑴测量方法的不确定度；⑵计量标准器的不确定度；⑶环境条件的影响；⑷人员操作的影响；⑸被检定滤光片的变动性。由于采用直接测量法进行检定，测量方法本身的不确定度可以不予考虑。在规程规定的环境条件下进行检定，环境条件的影响、人员操作、读数和被检仪器的变动性影响体现在测量重复性中。因此，光谱光度计标准滤光片检定/校准结果的测量不确定度主要来源是计量标准器量值的不确定度，测量重复性和测量过程被检样品变动性引入的不确定度三项。测量过程被检样品变动性引入的不确定度，应该通过实际检定/校准的结果进行评定，本文以规程规定的技术要求值进行评定，其方法也适用于实际检定/校准结果的评定。3.1透射比标准滤光片3.1.1测量方法用透射比标准装置在一定波长下测定透射比标准滤光片的透射比、正反面透射比差值、透射比均匀性、透射比年变化量，从而确定标准滤光片的透射比特性。主要检测参数是标准滤光片的透射比。3.1.2测量模式用透射比标准装置一定波长下测定透射比标准滤光片的透射比，测定结果即为透射比标准滤光片的透射比。τn=3.1.3输入量的标准不确定度由测量方法可知，影响透射比标准滤光片透射比测定值的因素有计量标准装置透射比的准确度(线性度)，透射比测量重复性，被测滤光片的透射比特性、变动性等。3.1.3.1计量标准器透射比的标准不确定度u(τn)影响标准装置透射比不确定度的因素有：检定标准装置透射比的线性、检定标准装置基线平直度、检定标准装置的稳定性。作业指导书ZY/QT/HX/153共3页第1页2008.04.30实施第1次修改3.1.3.1.1检定标准装置透射比的线性u1利用双孔法检测标准装置光电系统透射比准确度。测量结果标准分光光度计在200nm~850nm范围，透射比0%~100%范围的相对线性误差小于0.15%，测量结果服从均匀分布，则由检定标准装置透射比的线性引入透射比值检定/校准结果的相对标准不确定度：u1=0.15%/3=0.087%3.1.3.1.2检定标准装置基线平直度采用定波长方式检定/校准光谱滤光片透射比，每波长单独校正0%和100%，标准装置基线平直度的不确定度u2可以忽略。3.1.3.1.3检定标准装置的稳定性通过常年的检定/校准和期间核查结果，可以评估得到检定标准装置的稳定性对标准滤片透射比的影响。检定标准装置透射比最大变动为0.04%，对检定/校准结果影响服从均匀分布，则由检定标准装置稳定性带来的透射比值的相对标准不确定度u3=0.024%。采用定波长测量透射比标准滤光片的透射比的值，标准装置透射比的相对标准不确定度为：u(τn)=2321uu=0.038%3.1.3.2检定/校准中样品透射比变动性引入的标准不确定度分量u(λ)影响检定/校准结果透射比不确定度的因素有：透射比标准滤光片的均匀性、透射比测量重复性、滤光片正反面的透射比差。由于透射比标准滤光规定单方向工作，滤光片正反面的透射比差不考虑。3.1.3.2.1透射比标准滤光片的均匀性u(λ1)规程规定(二级)透射比标准滤光片均匀性(最大允许偏差)可见光区为0.3%、紫外区和红外区为0.5%，其测量结果为3点测量的极差，则光谱光度计标准滤光片透射比均匀性平均值的标准不确定度：u(τ1可见)=0.3%/1.69/3=0.103%u(τ1紫外、红外)=0.5%/1.69/3=0.171%3.1.3.2.2透射比测量重复性u(τ2)规程规定透射比检定/校准测量6次，6次测量结果平均值的最大相对标准偏差为0.03%，则透射比检定/校准结果平均值的相对标准不确定度为：u(τ2)=0.03%×τu(τ0.1)=10%×0.03%=0.03%u(τ0.3)=30%×0.03%=0.09%u(τ0.4)=40%×0.03%=0.12%u(τ0.7)=70%×0.03%=0.21%3.1.3.2.3标准滤光片的透光特性u(τ3)由于标准滤光片透光特性的非线性，标准装置的波长的准确度、重复性和光谱带宽会影响透射比测量结果，通过大量标准滤光片实际测试及计算，由检定标准装置波长准确度、重复性和光谱带宽误差引入标准滤光透射比值测量结果的相对标准不确定度：u(τ3)=0.05%。则滤光片的透光特性引入检定/校准结果平均值的标准不确定度为：u(τ3)=0.05%×τ=0.016%×τ则检定/校准测量透射比时，透射比变动引入的标准不确定度为：u(τ可见))()()(32212uuu可见不同标准滤光片透射比测量结果的标准不确定度作业指导书ZY/QT/HX/153共3页第2页2008.04.30实施第1次修改u(τ紫外、红外)=)()()(32212uuu紫外、红外计算结果滤光片不同透射比检定/校准结果的标准不确定度为：标准滤光片透射比τ/%1020304070可见区标准不确定度τ/%0.1830.1840.1840.1850.185紫外、红外区标准不确定度τ/%0.3050.3060.3060.3060.3063.1.4合成标准不确定度)(cu)()()(2n2cuuu可见)()()(2n2cuuu紫外、红外计算结果滤光片不同透射比检定/校准结果的合成标准不确定度为：透射比τ/%1020304070可见区标准不确定度τ/%0.1920.1930.1930.1930.194紫外、红外区标准不确定度τ/%0.3110.3110.3110.3120.3123.1.5相对扩展不确定度光谱光度计标准滤光片透射比检测/校准是等精度直接测量，其测量结果接近正态分布，测量结果的扩展不确定度用U表示，不计算自由度而直接选择包含因子k=2，它大体上对应于95%的置信概率。U(τ可见)=)(cu×2U(τ紫外、红外)=)(cu×23.1.6测量不确定度的报告光谱光度计标准滤光透射比为XX.X%，相对扩展不确定度：Urel可见=0.4%，k=2；Urel紫外、红外=0.7%，k=2。3.1.7透射比检定/校准测量能力校准测量能力是指能够提供的最高校准测量水平，也就是实验室对稳定性，重复性最好的现有最佳被校仪器设备进行校准能获得的最小扩展不确定度，一般用包含因子k=2的扩展不确定度表示。由于采用直接测量法进行检定/校准，测量方法的不确定度可以不予考虑，环境条件的影响、人员操作、读数和被检仪器的变动性影响体现在测量重复性中。根据多年检定/校准的经验可知，在光谱光度计标准滤光片检测/校准中，设被检/校光谱光度计标准滤光片均匀性的随机变量极小，变动可能为零，测量结果的重复性对测量结果分散性的贡献基本上仅相当于仪器示值分辨力的贡献。因此，校准测量能力评定可以只考虑标准器和被检定/校准仪器分辨力对不确定度的贡献。标准仪器透射比分辨力0.001%，则分辨力的标准不确定度为0.0003%，与计量标准透射比的合成标准不确定度：)(cu=220003.0058.0=0.059%取k=2时，光谱光度计标准滤光片透射检比检定/校准测量能力：Urel=2×u(τn)=0.059%×2=0.12%3.2吸收型波长标准滤光片检定结果不确定度评定3.2.1测量方法作业指导书ZY/QT/HX/153共3页第3页2008.04.30实施第1次修改用波长标准装置扫描测定吸收型波长标准滤光片的透射比，通过不同波长透射比进而确定吸收型波长标准滤光片特征波长值。主要检测参数是标准滤光片透射(吸收)峰波长。3.2.2测量模型λ=λr+λn式中：λ——标准滤光片透射(吸收)峰波长；λn——计量标准器标准波长；λr——波长测量误差。3.2.3输入量的标准不确定度3.2.3.1计量标准装置波长的标准不确定度u(λn)影响标准装置波长不确定度的因素有：标准装置波长准确度、波长重复性、透射比噪声、透射比基线平直度。3.2.3.1.1标准装置波长准确度u1采用原子谱线法校准波长，利用汞灯的多条发射谱线，检测校准标准装置的波长准确度，并对装置波长进行修正。标准装置波长最大误差为0.1nm，属于均匀分布，则标准装置波长准确度引入的标准不确定度u1=0.06nm。3.2.3.1.2标准装置波长重复性u2采用原子谱线法，检测标准装置的波长重复性。连续重复扫描标准装置波长最大变化为0.1nm，则标准装置波长重复性引入的标准不确定度u2=0.1/2.83=0.04nm。3.2.3.1.3标准装置透射比噪声u3当采用0.05nm步进进行波长扫描时，透射比噪声可能引起吸收峰峰底波长0.05nm的误差，属于均匀分布，则标准装置透射比噪声引入的标准不确定度u3=0.03nm。3.2.3.1.4透射比基线平直度u4当采用0.05nm步进进行波长扫描时，基线平直度可能引起吸收峰峰底波长0.05nm的误差，属于均匀分布，则标准装置基线平直度引入的标准不确定度u4=0.03nm。则采用扫描方法测量透射比时，标准装置透射比的标准不确定度为：u(λn)24232221uuuu=0.084nm3.2.3.2检定/校准中样品波长变动性引入的标准不确定度分量u(λ)影响样品波长变动的主要因素有：波长标准滤光片吸收峰特性、波长测量重复性。3.2.3.2.1吸收峰特性引入的标准不确定度分量u(λ1)由于吸收型波长标准滤光片吸收峰的不对称性，当检定标准装置选用不同的光谱带宽时，得到的吸收峰的峰底波长位置不同。即使选用与被检光度仪器时相同光谱带宽检定吸收型波长标准滤光片，检定标准装置的光谱带宽的偏差仍然会影响测量结果。通过实验测试及计算，由于滤光片吸收峰的不对称性引入吸收峰波长的最大偏差0.05nm，属于均匀分布，则由检定标准装置光谱带宽准确度引入波长值的标准不确定度u(λ1)=0.029nm。3.2.3.2.2波长测量重复性u(λ2)由于滤光片材料中的气泡条纹或由于加工造成的缺陷，会改变测量光线传输的方向。因此在重复测量中，其吸收峰峰顶位置的测量结果会有一定偏差。通过实验测试及计算，波长测量重复性为0.1nm，规程规定波长检定/校准测量6次，6次测量平均值的标准不确定度u(λ2)=0.1/6=0.041nm则检定/校准测量波长时，波长变动引入的标准不确定度为：作业指导书ZY/QT/HX/153共3页第4页2008.04.30实施第1次修改u(λ))()(2212uu=0.050nm3.2.4合成标准不确定度用扫描波长测量光谱透射比以确定吸收特征波长的方法，检定/校准吸收型波长标准滤光片，检定/校准波长的合成标准不确定度：)()()(22uuunc=22050.0084.0=0.098nm3.2.5扩展不确定度吸收型波长标准滤光片波长检定/校准是等精度直接测量，其测量结果接近正态分布，测量结果的扩展不确定度用U表示，不计算自由度而直接选择包含因子k=2，它大体上对应于95%的置信概率。U(λ)=0.098×2=0.196nm≈0.2nm3.2.6测量不确定度的报告光谱光度计标准滤光透射比为XXX.Xnm，扩展不确定度：U=0.2nm，k=2。3.2.7波长检定/校准测量能力吸收型波长标准滤光片波长检定/校准中，设被检定/校准的吸收型波长标准滤光片波长的随机变量极小，其对测量结果的不确定度贡献最小，则吸收型波长标准滤光片测量结果仅考虑计量标准的测量不确定度和仪器分辨力的贡献。如仪器分辨力0.01nm，按照均匀分布，分辨力的标准不确定度为0.003nm，与计量标准波长的合成标准不确定度：)(cu=22003.0084.0=0.085nm≈0.1nmk=2时，光谱光度计标准滤光片波长检测/校准测量(最佳测量)能力：U