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在使用煤炭化验仪器时如何减少误差?
作者:    发布于:2018-04-17 08:52:43    文字:【】【】【
煤是一种性质十分复杂的固体可燃物,由于形成的原始物质和沉积环境的不同,煤的性质和成分也各不相同。为了深入研究煤的组成结构,以便全面了解煤的本性和煤质变化规律;为了测定煤炭加工产品的成分和性质,适应煤炭生产和加工利用的需要而建立起来的快速和在线分析,达到迅速而准确地控制煤炭加工产品的品质,必须进行煤质分析和煤炭产品的测试,以便合理、高效地利用煤炭。
 
      煤的用途广泛,各种煤炭利用方式、工艺和用煤设备对煤的性质又有专门的技术要求。因此煤的分析试验方法应具有能正确地反映出试验对象的性质;能将不同性质的样品明显地区分;方法准确度和精密度高、重复性、再现性好;试验方法和设备简单易行,利于标准化。煤炭化验方法除达到以上基本要求外,由于煤的性质复杂、易变,煤质分析试验方法又有许多特定的要求和特点,如试验方法规范性强、样品不均一性大,样品组成和性质变化范围大,测试项目和试验方法多且不统一。
 
      鉴于煤炭的复杂性、易变性和多种用途的不同要求,为使人们对各种煤质分析的结果和数据有共同认识,而不致产生误解,各国对煤质分析试验都作了统一规定。我国也制定了煤质分析试验方法的国家标准。国家标准从煤样测定方法、试剂、试剂溶液配制、分析结果的计算和表达、精密度、符号、分析值及报告值的取位和各种“基”的换算等,都做出了统一的规定。
 
1.1  煤样                                                   
 
      煤样是指为确定煤的某些特性,按规定方法采取的具有代表性的一部分试样,即从大量煤炭产品中取出少量具有代表性的样品进行分析试验以得到该批煤的平均质量。必须按规定进行采样、制样和分析化验,才能得到各种分析化验的具体指标。煤质分析中,因煤本身的特殊性和不同指标对煤样有不同的技术要求,要得到具有代表性和较准确的分析结果,在煤样的采取和制备上都规定有严格的操作方法。
 
1.2  测定
 
       在煤质分析中,除特别要求外,每项分析试验应对同一煤样进行两次平行测定,一般称为重复测定或平行测定。两次测值的差如不超过规定限度即同一化验室允许误差“T”,则取算术平均值作为测定结果,否则须进行第3次测定;如3次测值的极差小于1.2T,则取3次测值的算术平均值作为测定结果,否则须进行第4次测定;如4次测值的极差小于1.3T,则取4次测值的算术平均值作为结果;如极差大于1.3T,而其中3个测值的极差小于1.2T,则可取3个测值的算术平均值作为结果。如上述条件均未达到,则应舍弃全部测定结果,并检查仪器和操作,然后重新测定。
 
1.3  试剂
 
       化学试剂通常分为化学纯试剂、分析纯试剂、优级纯试剂和基准试剂。与一般化学分析方法一样,煤质分析中所用试剂除专门规定外,一般都使用分析纯试剂;如分析方法中对试剂纯度要求不高,可用化学纯试剂;如用来制备滴定用标准溶液,应使用基准试剂配制。在煤质分析中所用的水都为蒸馏水或同等纯度的水,要求严格的分析中,有时需用经过阴阳离子交换树脂处理过的离子水。
 
1.4  溶液
 
      在煤质分析中,除已指明溶质的溶液外,均为水溶液,含有一定量溶质的溶液都应是确定浓度的溶液,煤质分析中常用的溶液浓度表示方法为物质的量浓度即单位体积溶液中所含物质的量,单位为mol/m3或mol/L,或者为百分比浓度,即用质量分数(%)或体积分数(%)表示。
 
1.5  测定方法的精密度
 
煤质分析中测定方法精密度以重复性和再现性表示。
 
      重复性即同一化验室的允许误差,是指同一化验室中,由同一操作者,同一台仪器,对同一分析煤样,于短期内所作的重复测定,所测结果的差值(在95%概率下)的临界值。
 
     再现性即不同化验室的允许误差,是指在不同化验室中,对从煤样缩制最后阶段的同一煤样中分取出来的具有代表性的试样所作的重复测定所得结果的平均值差值(在特定概率下)的临界值。
 
1.6  结果计算和表达
 
     煤质分析的测定结果一般按四舍五入的数据修约规则进行,凡末位有效数后边的第一位数字大于5则在其前一位上增加1,小于5则舍去;凡末位有效数后边的第一位数等于5,而5后面的数字并非全部为零,则在5前一位数上增加1;如5后面的数字全部为零时,而5前面一位数为奇数,则在5的前一位数上加1;如前一位为偶数时(包括零),则将5舍去。在拟舍弃的数字中,若为两位以上数字时,不能连续进行多次修约,应根据所拟舍弃数字中左边第一位数字的大小,按上述规定一次修约出测定结果。
 
2  误差产生的原因
 
      虽然现代化分析仪器和技术在煤质分析中已得到广泛应用,但是在煤质化验分析过程中,都是由化验人员使用仪器、药品,并经过一定的操作步骤如称量、熔样、溶解和分离,此后才能获得煤质分析的各项测定结果。在上述过程中,即使最熟练的化验人员,使用最精密的仪器以及纯度最高的试剂,也会由于测量仪器准确度的限制,人的感觉器官灵敏度的局限性,以及试剂纯度的相对性等等原因,而无法获得绝对准确的试验结果。这就是说测定的结果和真实值之间总是要有一个差值,这个差值就是测定的误差。分析误差的产生大致可以归纳为两类:系统误差和偶然误差。
 
2.1  系统误差
 
      系统误差是由于固定的原因导致的差值,这些误差的数值相接近而且是同一符号(正值或负值),同时常常重复出现。产生系统误差原因大致有3种:一是仪器方面。例如由于使用未校正的砝码称量,或者等臂分析天平的两臂长度不等;再如使用未校正的滴定管等均会导致系统误差的产生。二是试剂方面。例如试剂不纯或者蒸馏水含有杂质等引起同符号、同值的误差重复出现。三是测量方法。例如在酸碱滴定中,等当点和终点不一致所导致的误差。
 
2.2  偶然误差
 
      偶然误差是不固定的,可变化的,在几次测定中有大、有小、有正、有负。虽然偶然误差不像系统误差那样有规律地重复出现,但如果对大量实验进行仔细观察,可以发现偶然误差也是有规律可循的,诸如误差大的是少数,误差小的是多数,正误差和负误差出现的几率几乎相等。造成偶然误差的原因大致有下列两个因素:一是操作人员的疏忽。例如在看滴定管读数时,由于最后一位读数(小于0.1mL)是估计的,多次估计值的不同可造成偶然误差。二是意外的因素。例如环境温度的变化、电流、电压的不稳定等,这些都是操作人员不能控制的条件,它们将引起偶然误差。
 
3  减小误差的方法
 
了解了煤质分析中产生误差的原因,我们就可以采取针对性的方法来减小误差。
 
3.1  系统误差
 
       由于系统误差是由仪器、试剂、测量方法造成的,那么我们在试验时,一定要使用经过校正的仪器。如对天平的砝码、等臂天平的臂长以及电子天平、热电偶等进行定期鉴定,定期进行标定样测试,以便掌握仪器的运行情况。试剂方面一定要用分析纯试剂,容器一定要清洁,保证蒸馏水不含杂质。在测量方法上,如酸碱滴定中,由于使用不同的指示剂,可以得出不同的终点,当然滴定终点不会恰好和等当点一致,所以选用指示剂就成为一个重要问题。这就要求我们在试验中多次试验,选择那些pH值的变色范围和等当点pH接近的指示剂就可以减少滴定误差。
 
3.2  偶然误差
 
      因煤炭本身的特殊性和不同指标对煤样有不同的技术要求,要得到具有代表性和准确的分析结果,在煤样的采取和制备上应严格按国家规定进行煤样的采取、制备、化验,如在车皮、煤流等采样中,一定要做到均匀、不漏点、子样重量不少于规定重量等。由于煤是一种多孔结构的吸湿性物质,空气和环境中的水分对试样的实际质量影响较大,煤质分析中所用的煤样,除有特殊要求(如需用大粒度煤为试样)外,一般都应是经过破碎和缩分处理后的空气干燥煤样。为了避免在不同时间和不同地区因空气湿度相差较大,使煤质分析结果出现明显差异,在进行各种煤质分析项目如灰分、挥发分、元素分析、发热量等指标时,最好同时测定结果,以保证各指标测值的准确性。实际工作中如不能实现同时测定,则应在尽量短的时间内,即煤样水分不发生显著变化的期限(最多不超过7天)内进行。煤样制成后,应装入严密的容器中,通常可用带有严密磨口玻璃塞或塑料塞的玻璃瓶。在称量前,煤样应充分混匀,再进行称取、试验,同时在破碎、缩分时一定要按规定操作。
 
       目前,由于多使用现代化的仪器,可能需主观估计的数据减少,但有时仍需估计数据,如在看滴定管读数时,对于最后一位读数的估计,多次估计的不同就可能造成偶然误差,这就要求我们操作人员以一种惯性的标准来读数,尽可能减小误差。
 
       由于环境变化、电流、电压等意外因素引起的误差,我们可以尽量使化验室处于一个相对封闭的环境,利用目前较先进的设备,使化验室的温度、湿度都处于相对稳定的环境中,就可以减少由这方面造成的误差。
 
       偶然误差和系统误差不同,经过多次重复测定可以发现绝对值正负号出现的机会相同,因此,偶然误差可以通过多次平行测定使之减少到接近消除。
 
       准确度是指测定值和真实值的符合程度,我们要得到较高的准确度,必须使系统误差减小到最低程度,在系统误差最小的前提下,尽量减少偶然误差,这样就可以减小煤质分析中的误差。
 
       由于煤炭的特殊性,煤质分析试验方法的规范性较强。虽然在测定过程中误差是很难避免的,但是只要熟练地掌握操作技术,认真细致地遵照国家标准进行工作,就可以使误差趋于最小。因此,煤质分析工作者应善于判断分析结果的正确性,找出产生误差的原因,予以纠正,以使煤质分析中的误差达到最小。
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