濕加工紡織品水萃取液pH值測定不確定度分析

陳璐，駱迎華，黃志斌，季學海，李世宇，韓瑩瑩

（上海市質量監督檢驗技術研究院，上海200040）

濕加工紡織品水萃取液pH值測定不確定度分析

陳璐，駱迎華，黃志斌，季學海，李世宇，韓瑩瑩

（上海市質量監督檢驗技術研究院，上海200040）

依據標準AATCC Test Method 81—2014《pH of the Water-Extract from Wet Processed Textiles》中提供的紡織品pH值的檢測方法，分析研究檢測pH時的影響因素及其對不確定度的影響。結果表明，影響不確定度的主要因素為重復性（40.07%）、萃取液體積（23.62%）和溫度（19.78%）。試驗在置信概率為95%時，不確定度為6.8±0.2。

紡織品；檢測；不確定度

0　引言

紡織品在生產加工中需要使用不同的化學助劑和染料等，導致紡織品具有不同的酸堿度，從而產生不同的pH值。人類身體皮膚表面具有保護人體健康的保護層呈弱酸性。因此，在紡織品加工過程中如果未水洗中和至人體皮膚適宜的酸堿度（偏酸或偏堿），那么紡織品在使用過程中將導致人體皮膚瘙癢、皮炎、肌膚抵抗力下降等疾?。?-7］。

紡織品pH值是我國強制性指標GB 18401—2010《國家紡織產品基本安全技術規范》中重要的生態考核指標之一，也是各個質量監督管理機構重點監督的指標，日益受到紡織品服裝等生產企業的關注。pH值已作為世界各國對紡織品質量進行評定和監控時的一個重要指標。因此了解pH值測定方法及不同測定方法帶來的不確定度，對于試驗測試結果的準確性和可靠性具有十分重要的意義。

1　試驗

1.1試驗原理

試驗按照AATCC Test Method 81—2014《pH of the Water-Extract from Wet Processed Textiles》進行。試樣在三級水中煮沸，將影響pH值的化學物質從紡織試樣中分離出來，收集為水萃取物，待水萃取液冷卻至室溫時測定其pH值。

1.2儀器與試劑

儀器METTLERTOLEDOpH計，電爐，MP200B電子天平，400 mL玻璃燒杯，500 mL量筒。

試劑三級水，鄰苯二甲酸氫鉀緩沖溶液（25℃，pH 4.00），混合磷酸鹽緩沖溶液（25℃，pH 6.86），硼砂緩沖溶液（25℃，pH 9.18）。

2　建立數學模型

參照標準ASTM D 3776—96（Reapproved 2002）《Standard Test Method for Mass Per Unit Area （Weight）of Fabric》，根據pH值的物理學定義及其遵循能斯特（NERNST）公式，可得到pH計算公式為：

式中：H+——水萃取液中氫離子濃度/ （mol·L-1）

E——水萃取液電動勢/V

E0——緩沖溶液電動勢/V

n——離子帶電量（對于H+，n=1）

F——Faraday常數（96 485 C·mol-1）

R——摩爾氣體常數/［8.3145J/（mol·K）］

T——熱力學溫度/K

3　不確定度分析

3.1不確定度來源分析匯總圖［6］

3.2不確定度來源

測量不確定度的主要來源有萃取液體積產生的不確定度、試樣質量產生的不確定度、數值修約產生的不確定度、重復性產生的不確定度、液體溫度產生的不確定度、pH計標定產生的不確定度和pH計產生的不確定度。其中萃取液體積產生的不確定度主要包括量筒體積產生的不確定度、量筒校準溫度產生的不確定度和萃取液體積產生的不確定度，pH計產生的不確定度主要包括pH計校準產生的不確定度和pH計分辨率產生的不確定度。

4　不確定度評定

4.1試驗過程產生的不確定度

4.1.1萃取液體積產生的不確定度u1

試樣萃取液體積產生的不確定度主要由量筒體積和溫度的校準值組成。

（1）試驗測試為250 mL三級水，所用500 mL量筒經檢定，其最大允差為±1.5 mL，按均勻分布計算，得到量筒校準不確定度分量為：

自由度vcal1為∞。

（2）經查量筒的校準溫度為21℃，且三級水的熱脹冷縮膨脹系數為2.1×10-4/K，實驗室的室溫為（20±10）℃，由于溫差影響是均勻的，根據均勻分布，則溫度對水體積產生的不確定度分量為：

自由度vt1為∞。

（3）萃取液體積產生的不確定度為：

則相對不確定度可計算得到：

自由度v1為∞。

4.1.2樣品質量產生的不確定度u2

試驗用的電子天平擴展不確定度為0.000 2 g，k=2，經推導計算得到天平的不確定度為：

使用天平時的相對不確定度為：

自由度為v2為∞。

4.1.3數值修約產生的不確定度u3

根據AATCC Test Method 81—2014的要求，將結果修約至0.1，數字修約不確定度分量按均勻分布計算，得到結果為：

其所對應的相對不確定度為：

自由度v3為∞。

4.1.4重復性產生的不確定度u4

試驗數據分析是基于AATCC 81—2014給出的方法進行的，因而不考慮方法本身存在的誤差。但在分析不確定度的過程中，需要充分考慮與試驗操作有關因素，如試樣本身的均勻性、三級水的電導率及pH值、萃取時的煮沸時間與煮沸速度、試驗操作人員等所帶來的不確定度分量。在實際分析操作過程中，上述不確定度分量的影響很難推導計算，在這種情況下，以實際試樣經重復測試得到的隨機效應產生的不確定度來替代試驗操作過程中帶來的不確定度的總和，所測結果見表1。

表1　pH重復測量數據

由表1可計算得：

相對不確定度為：

自由度v4為9。

4.1.5液體溫度產生的不確定u5

使用METTLER ROLEDO pH計測試萃取液的pH值，且該pH計本身可測試萃取液的溫度，具有溫度補償功能。所以液體溫度產生的不確定度由pH計的溫度模塊中校準以及分辨率產生的兩部分不確定度分量組成。

（1）由該pH計的儀器參數可知，其溫度模塊給出的溫度的最大允差為±0.1℃，按均勻分布得到該pH計校準不確定度分量為：

自由度vcal5為∞。

（2）由參數可知，該pH計自帶溫度識別的分辨率為0.1℃，溫度對不確定度影響服從均勻分布，則得到溫度計分辨率產生的不確定度如下：

自由度vres5為∞。

（3）結合上述結果，液體溫度產生的不確定度為：

試驗過程中環境溫度為21℃，那么，

自由度v5為∞。

4.1.6pH計標定產生的不確定度u6

pH計標定產生的不確定度主要由緩沖溶液即標準物質（4.00、6.86、9.18）的不確定度引起，其擴展不確定度均為0.01，其中包含因子k=3，那么緩沖溶液的不確定度分別為：

由于pH計的校準依靠以上三種緩沖溶液，則計算其合成不確定度：

相對不確定度為：

自由度v6為∞。

4.1.7pH計產生的不確定度u7

試驗用pH計的不確定度分別由該儀器的校準和分辨率不確定度分量組成。

（1）本測試用pH計的最大允差為±0.002，根據均勻分布計算，其校準不確定度：

自由度vcal7為∞。

（2）本測試用pH計的分辨率為0.001 pH，根據均勻分布，其對應的不確定度分量為：

自由度vres7為∞。

（3）由上述（1）和（2）兩種不確定度分量可計算得到，pH計產生的不確定度：

其產生的相對不確定度為：

自由度v7為∞。

4.1.8合成不確定度urel s

根據各個相對不確定度的分量，計算得到影響pH測定的合成不確定度為：

4.2擴展不確定度

4.2.1有效自由度veff

4.2.2擴展不確定度

當置信度為95%，有效自由度26，由t分布可得到k=2.056，則可計算此時的擴展不確定度：

4.2.3分析結果表示

根據標準AATCC Test Method 81—2014方法，當置信度為95%時，測得試樣水萃取液的pH值為6.8±0.2，有效自由度為26。

4.2.4各不確定度分量對合成不確定度貢獻分析

各不確定度分量及其對總不確定度的貢獻分析見表2。

表2　不確定度貢獻匯總表

5　結論

（1）依據AATCC Test Method 81—2014標準方法對紡織品pH檢測不確定度分析得出，重復性、萃取液體積和溫度的不確定度分量為影響該不確定度分析的主要因素，對不確定度的貢獻值分別為40.07%，23.62%和19.78%。當置信度為95%時，測得試樣水萃取液的pH值為6.8±0.2，有效自由度為26。

（2）重復性為不確定度的主要來源，在使用該標準方法時，以實際試樣經重復測試得到的不確定度總量來代替試樣、三級水、萃取條件和試驗操作人員等帶來的不確定度分量，也就是說，重復性產生的不確定度影響是不可忽略的。

（3）試驗過程中使用的是500 mL的量筒取得250 mL的三級水，也在無形中增大了誤差，使得萃取液體積帶來的不確定度增大。

（4）試驗所用的METTLER TOLEDO pH計儀器自帶溫度補償功能，當用緩沖溶液進行標定時，其結果根據液體溫度自行調節的，那么所使用的pH計對液體溫度的感應和調節所產生的不確定度具有不可忽略的影響。

（5）在日常檢測操作過程中，為了提高試驗結果的準確性，可以從以下幾個方面來改進：應當提升試驗人員的操作水平，嚴格按照操作規范進行試驗，嚴格控制萃取和檢測試驗條件，并且使用精準性較高的儀器；在試驗過程中，可以適當增加平行試驗次數，使得因操作帶來的隨機誤差減??；在使用帶有溫度補償的pH計時，應當盡量做到溫度補償充分。試驗時確保試驗環境和條件的穩定性，并且以pH較穩定的紡織品作為質控樣，使得到的試驗數據具有較高的可信度。

［1］ 張守剛，馮麗娟，耿彩花，等.紡織品pH值檢測測量不確定度評定［J］.染整技術，2011，3（2）：44-45.

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［4］張鵬.紡織品水萃取液中pH值測定的不確定度評估［J］.中國纖檢，2005（7）：19-20.

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［7］沈幸，王田田，唐祖根.紡織品pH值檢測方法的不確定度［J］.針織工業，2013（3）：71-75.

Analysis of the uncertainty of pH in water-extract of wet processed textile

CHEN Lu，LUO Yinghua，HUANG Zhibin，JI Xuehai，LI Shiyu，HAN Yingying
（Shɑnghɑi Institute of Quɑlity Inspection ɑnd Technicɑl Reseɑrch，Shɑnghɑi 200040，Chinɑ）

Based on the method of AATCC 81—2014pH of the water-extract from wet processed textiles，the influencing factors and uncertainty during the pH determination is analyzed.The result shows that the main factors are repeatability（40.07%），extracted liquid volume（23.62%）and temperature （19.78%）.The uncertainty is 6.8±0.2 when the confidence probability is 95%in experiment.

textile，determination，uncertainty

TS107

A

1001-7046（2016）03-0026-04

2016-05-18

陳璐（1989-），女，助理工程師，碩士研究生，主要從事紡織品檢測工作。