Международный договор
Государственный стандарт от 01 марта 2003 года № ГОСТ 8.531-2002

ГОСТ 8.531-2002 ГСИ. Стандартные образцы состава монолитных и дисперсных материалов. Способы оценивания однородности

Принят
Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации
30 мая 2002 года
Разработан
Федеральным государственным унитарным предприятием «Уральский научно-исследовательский институт метрологии»
01 марта 2003 года
    ГОСТ 8.531-2002
    Группа Т80
    МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
    Государственная система обеспечения единства измерений
    СТАНДАРТНЫЕ ОБРАЗЦЫ СОСТАВА МОНОЛИТНЫХ И ДИСПЕРСНЫХ
    МАТЕРИАЛОВ
    Способы оценивания однородности
    State system for ensuring the uniformity of measurements. Reference materials
    of composition of solid and disperse materials. Ways of homogeneity assessment
    ОКС 17.020
    ОКСТУ 0008
    Дата введения 2003-03-01
    Предисловие
    1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием Уральский научно-исследовательский институт метрологии Госстандарта России (ФГУП УНИИМ)
    ВНЕСЕН Госстандартом России
    2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 22 от 30 мая 2002 г.)
    За принятие проголосовали:
    Наименование государства Наименование национального органа по стандартизации
    Азербайджанская Республика Азгосстандарт
    Республика Армения Армгосстандарт
    Республика Беларусь Госстандарт Республики Беларусь
    Республика Казахстан Госстандарт Республики Казахстан
    Кыргызская Республика Кыргызстандарт
    Российская Федерация Госстандарт России
    Республика Таджикистан Таджикстандарт
    Туркменистан Главгосслужба "Туркменстандартлары"
    Республика Узбекистан Узгосстандарт
    Украина Госстандарт Украины

    3 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 13 августа 2002 г. N 299-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 8.531-2002 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 марта 2003 г.
    4 ВЗАМЕН ГОСТ 8.531-85 и МИ 1709-87
    ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 12 , 2002 г.
    Поправка внесена юридическим бюро "Кодекс".
    1 Область применения
    Настоящий стандарт распространяется на стандартные образцы (СО) состава монолитных материалов для спектрального анализа и на СО состава дисперсных материалов и устанавливает порядок проведения экспериментов и алгоритм обработки результатов при оценивании характеристик однородности в процессе аттестации СО.
    2 Нормативные ссылки
    В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
    ГОСТ 8.010-90* Государственная система обеспечения единства измерений. Методики выполнения измерений

    ________________
    * На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 8.563-96.


    ГОСТ 8.315-97 Государственная система обеспечения единства измерений. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Основные положения
    ГОСТ 9716.2-79 Сплавы медно-цинковые. Метод спектрального анализа по металлическим стандартным образцам с фотоэлектрической регистрацией спектра
    3 Определения и сокращения
    В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями и сокращениями:
    стандартный образец состава вещества (материала) (СО); погрешность, обусловленная неоднородностью СО; наименьшая представительная проба СО: По ГОСТ 8.315.
    спектральный анализ: Метод определения состава вещества, основанный на исследовании спектров излучения, возникающих в результате взаимодействия вещества с различными источниками излучения.
    эмиссионный анализ: Спектральный анализ, основанный на исследовании спектров излучения атомов пробы, переведенной в газообразное состояние внешним источником энергии (источником возбуждения).
    рентгенофлуоресцентный анализ: Спектральный анализ, основанный на исследовании спектров флуоресцентного рентгеновского излучения пробы, возбужденного рентгеновским источником излучения.
    методика выполнения измерений (МВИ): По ГОСТ 8.010.
    аналитическая поверхность: Поверхность на экземпляре СО, подготовленная в соответствии с МВИ для получения спектра излучения.
    аналитический объем: Объем материала СО, предусмотренный МВИ и используемый для получения спектра излучения.
    характеристика однородности СО: Среднее квадратическое отклонение погрешности, обусловленное неоднородностью СО () для проб заданной массы (аналитического объема).
    макронеоднородность: Составляющая погрешности, обусловленная неоднородностью СО для частей материала СО, сумма масс которых равна массе экземпляра СО. Характеристикой макронеоднородности является среднее квадратическое отклонение () погрешности, обусловленной неоднородностью для экземпляра СО.
    микронеоднородность: Составляющая погрешности, обусловленная неоднородностью для частей материала СО, сумма масс которых равна массе аналитического объема. Характеристикой микронеоднородности является среднее квадратическое отклонение () погрешности, обусловленной неоднородностью СО для аналитического объема.
    аттестуемый компонент (элемент): Компонент материала СО, содержание которого является аттестуемой характеристикой СО.
    компонент-индикатор: Аттестуемый компонент с наибольшей неоднородностью, характеристику однородности которого используют для оценивания характеристики однородности другого аттестуемого компонента.
    группа результатов измерений: Несколько результатов измерений объединенных по определенному признаку (например результаты измерений содержания аттестуемого компонента в одной пробе).
    среднее значение в группе результатов измерений: Сумма всех результатов измерений данной группы, деленная на число результатов измерений в группе.
    сумма квадратов отклонений в группе результатов измерений: Сумма квадратов отклонений всех результатов измерений в группе от среднего значения в данной группе результатов измерений.
    средний квадрат: Сумма квадратов отклонений в нескольких группах результатов измерений, деленная на общее число результатов, уменьшенное на количество средних значений, входящих в данную сумму.
    4 Общие требования к методу и погрешности измерений
    4.1 Характеристику однородности СО состава дисперсного материала оценивают способом, основанным на многократных измерениях содержания аттестуемого компонента в нескольких пробах, отобранных случайным образом от всего материала СО, с последующей обработкой результатов по схеме однофакторного дисперсионного анализа.
    4.2 Характеристику однородности СО состава монолитного материала оценивают методом, основанным на многократных измерениях содержания аттестуемого компонента в нескольких экземплярах СО, отобранных случайным образом, с последующей обработкой результатов по схеме двухфакторного дисперсионного анализа.
    4.3 Характеристики однородности оценивают, как правило, для всех аттестуемых компонентов. В обоснованных случаях допускается оценивать характеристики однородности по компонентам-индикаторам.
    4.4 Для экспериментального исследования однородности используют МВИ с известной или оцененной перед проведением исследования характеристикой случайной погрешности в соответствии с ГОСТ 8.010. Систематическая составляющая погрешности должна оставаться постоянной или изменяться за время проведения измерений пренебрежимо мало по отношению к случайной погрешности измерений.
    4.5 Среднее квадратическое отклонение , характеризующее случайную погрешность измерений при оценивании однородности СО, должно удовлетворять общему условию (где - допускаемое значение погрешности аттестованного значения СО).
    5 Оценивание однородности дисперсных материалов
    5.1 От всей массы материала СО для оценивания однородности случайным образом отбирают проб массой каждая. Отбор проб проводят после приготовления материала СО. Масса каждой пробы должна быть достаточной для проведения в соответствии с применяемой МВИ фиксированного числа измерений .
    Для определения числа отбираемых проб рассчитывают отношение
    (1)
    5.2 Число отбираемых проб при фиксированном числе многократных измерений находят по таблице 1 для значения , определенного в соответствии с 5.1.
    Таблица 1 - Число отбираемых проб для оценивания однородности
    Интервал значений для Число многократных измерений
    2 3 4 5 6 7 8
    До 1,5 90 40 25 18 15 12 11
    Св. 1,5 " 2,1 52 27 19 15 13 - -
    " 2,1 " 3,0 31 18 13 12 - - -
    " 3,0 " 4,2 19 12 11 - - - -
    " 4,2 12 - - - - - -

    5.3 В каждой из проб раз измеряют содержание аттестуемого компонента. Измерения проводят либо в одной пробе массой неразрушающим методом, либо в растворе, в который она переведена для обеспечения однородности.
    Результаты измерений вносят в таблицу по форме, приведенной в приложении А. Индексом нумеруют пробы (=1, 2,..., ), индексом - измерения в каждой пробе (=1, 2,...,
    ).
    5.4 Результаты измерений при оценивании характеристики однородности обрабатывают в следующем порядке.
    Вычисляют средние арифметические значения всех результатов
    (2)
    и результатов для каждой пробы
    . (3)
    Вычисляют суммы квадратов отклонений результатов измерений от средних значений для каждой пробы
    (4)
    и средних арифметических для каждой пробы от среднего арифметического всех результатов
    . (5)
    Вычисляют средний квадрат отклонений результатов измерений от средних значений для каждой пробы
    (6)
    и между пробами
    . (7)
    Характеристику однородности оценивают по формуле
    . (8)
    Если , то полагают
    , (9)
    где - наименьшая представительная проба СО.
    5.5 Оценивание характеристики однородности по компонентам-индикаторам
    В качестве компонентов-индикаторов выбирают компоненты, относительно которых из литературных данных или на основании предварительных исследований известно, что их распределение в материале СО имеет наибольшую неоднородность.
    По выбранным компонентам-индикаторам оценивают в соответствии с 5.1-5.4 характеристики однородности (=1, 2,..., ). Каждую характеристику однородности для -го компонента-индикатора оценивают для пробы массой и наименьшей представительной пробы
    .
    5.6 Для любого другого аттестуемого компонента, не входящего в число компонентов-индикаторов, характеристику однородности оценивают следующим образом.
    Вычисляют относительные характеристики однородности компонентов-индикаторов
    , (10)
    где - аттестационное значение СО -го компонента-индикатора или среднее арифметическое результатов для -го компонента по формуле (2).
    Вычисляют среднюю характеристику однородности и среднюю массу проб для компонентов-индикаторов по формулам:
    (11)
    и
    . (12)
    Характеристику однородности для аттестуемых компонентов, не входящих в число компонентов-индикаторов, оценивают по формуле
    , (13)
    где - аттестованное значение СО;
    - наименьшая представительная проба СО для данного компонента.
    5.7 Пример оценивания однородности дисперсного материала приведен в приложении Б.
    6 Оценивание однородности монолитных материалов
    6.1 Оценку характеристик однородности проводят после отработки технологии получения материала СО, исключающей регулярные изменения содержаний аттестуемого элемента, порядка приготовления материала СО и разделения его на экземпляры.
    6.2 Из общего количества экземпляров СО отбирают случайным образом экземпляров СО ().
    6.3 Подготовляют на каждом отобранном экземпляре СО аналитические поверхности в соответствии с методикой спектрального анализа, используемой для оценивания однородности.
    6.4 На каждой аналитической поверхности проводят два измерения со случайным выбором места возбуждения при оценивании однородности эмиссионным методом или два измерения без изменения положения СО - при оценивании однородности рентгенофлуоресцентным методом.
    6.5 После проведения измерений разрезают каждый экземпляр СО по плоскости, параллельной аналитической поверхности. Положение плоскости разреза на каждом экземпляре СО определяют случайным образом на всей его длине (высоте). Подготовляют на срезах аналитические поверхности и проводят измерения в соответствии с 6.4.
    6.6 Результаты измерений для каждого аттестуемого элемента записывают в таблицу, форма которой приведена в приложении В (таблица B.1). В таблице приняты следующие обозначения:
    - номер экземпляра СО (=1, 2,..., );
    - номер аналитической поверхности (=1, 2);
    - номер измерения (=1, 2);
    - результат -го измерения на -й поверхности в -
    м СО.
    6.7 Вычисляют значения следующих величин и записывают их в соответствующие столбцы таблицы:
    - сумму результатов для -й аналитической поверхности в -м СО
    и ; (14)
    - сумму результатов для -го экземпляра СО
    и ; (15)
    - сумму квадратов результатов для -го экземпляра СО
    . (16)
    6.8 В свободной таблице результатов, приведенных в 6.7, вычисляют суммы по столбцам, обозначенные символами от V до IX.
    На основе данных в таблице результатов вычисляют следующие суммы квадратов:
    , (17)
    , (18)
    , (19)
    . (20)
    Для контроля правильности вычислений проверяют соотношение между суммами квадратов. Если вычисления проведены правильно, то должно быть выполнено равенство
    . (21)
    В том случае, если суммы квадратов удовлетворяют уравнению (21), вычисляют средние квадраты:
    , (22)
    , (23)
    . (24)
    6.9 Вычисляют выборочное среднее квадратическое отклонение
    , (25)
    где характеризует случайную погрешность рентгенофлуоресцентного метода анализа. При оценивании однородности эмиссионным методом характеризует суммарную погрешность, определяемую как случайной погрешностью метода, так и различием содержания аттестуемого элемента в аналитических объемах
    .
    6.10 Оценки характеристик погрешности и проводят в зависимости от соотношений между средними квадратами , , по формулам, приведенным в таблице 2. В таблице 2 приняты следующие обозначения:
    ; (26)
    ; (27)
    - количество измерений для воспроизведения аттестованного значения СО эмиссионным методом.
    Таблица 2 - Оценка характеристик и при различных соотношениях между средними квадратами , ,
    Соотношения между средними квадратами Метод оценивания однородности
    Рентгенофлуоресцентный Эмиссионный
    0 0
    0 0

    6.11 Оценку характеристики однородности получают по формуле
    . (28)
    6.12 Пример расчета характеристики однородности СО состава монолитного материала для спектрального анализа приведен в приложении Г.
    7 Учет погрешности, обусловленной неоднородностью
    Характеристику погрешности, обусловленной неоднородностью, учитывают при оценивании погрешности аттестованного значения CO () по формуле
    , (29)
    где - погрешность метода, используемого для установления аттестованного значения СО.
    ПРИЛОЖЕНИЕ А
    (справочное)
    Форма представления результатов измерений при оценивании однородности
    дисперсных материалов
    Таблица A.1
    Номер пробы Номер результата
    1 2 3 4
    1 …
    2 …
    … … … … …
    …

    ПРИЛОЖЕНИЕ Б
    (справочное)
    Пример оценивания однородности дисперсного материала
    Материал СО - черноземная почва. Аттестуемый компонент - оксид калия. Среднее квадратическое отклонение случайной погрешности равно 0,11%, допускаемое значение погрешности аттестованного значения СО - 0,25%.
    Вычисляют отношение для расчета числа отбираемых проб:
    .
    Количество многократных измерений =3. По этим данным в соответствии с таблицей 1 находят число отбираемых проб . Масса отбираемой пробы для исследования однородности =1 г.
    Результаты измерений записывают в таблицу (таблица Б.1).
    Таблица Б.1
    Номер пробы Номер результата
    1 2 3
    1 2,18 2,20 2,23 2,20
    2 2,27 2,20 2,12 2,20
    3 2,19 2,26 2,05 2,17
    4 2,34 2,28 2,21 2,28
    5 2,26 2,36 2,34 2,32
    6 2,30 2,33 2,28 2,30
    7 2,07 2,17 2,08 2,11
    8 2,21 2,26 2,29 2,25
    9 2,42 2,19 2,27 2,29
    10 2,22 2,21 2,24 2,22
    11 2,11 2,14 2,17 2,14
    12 2,29 2,36 2,18 2,28
    13 2,11 2,25 2,02 2,13
    14 2,13 2,28 2,14 2,18
    15 2,28 2,11 2,21 2,20
    16 2,23 2,12 2,18 2,18
    17 2,04 2,20 2,08 2,11
    18 2,25 2,24 2,13 2,21

    По результатам, приведенным в таблице Б.1, вычисляют по формуле (3) средние результаты по пробам и записывают их в последнюю графу таблицы. Вычисляют по формуле (4) сумму квадратов
    .
    Вычисляют по формуле (3) среднее арифметическое всех результатов , которое составило 2,21, и сумму квадратов
    .
    Вычисляют средние квадраты отклонений результатов внутри проб

    и средние квадраты отклонений результатов между пробами
    .
    Наименьшая представительная проба для данного аттестуемого компонента равна 0,5 г. Вычисляют оценку характеристики однородности по формуле (8)
    .
    ПРИЛОЖЕНИЕ В
    (справочное)
    Форма представления результатов измерений при оценивании однородности
    монолитных материалов для спектрального анализа
    Таблица В.1
    Номер СО Номер аналитической поверхности Номер измерения
    1 2
    1 1
    2
    2 1
    2
    … … … … … … … … …
    1
    2
    … … … … … … ... … …
    1
    2
    Суммы - - - V VI VII VIII IX

    ПРИЛОЖЕНИЕ Г
    (справочное)
    Пример оценивания однородности монолитного материала
    для спектрального анализа
    Материал СО - бронза. Аттестуемый компонент - олово.
    Однородность СО исследована методом эмиссионного спектрального анализа по ГОСТ 9716.2.
    Результаты измерений записывают в таблицу.
    Таблица Г.1
    Номер СО Номер поверхности Номер измерения
    1 2
    1 1 4,06 4,06 8,12 32,9672 16,43 67,4862 67,5013
    2 4,21 4,10 8,31 34,2805
    2 1 4,29 4,04 8,33 34,6944 16,84 70,8964 70,9398
    2 4,21 4,30 8,51 36,2100
    3 1 4,22 4,26 8,48 35,9552 17,56 77,0884 77,2184
    2 4,40 4,68 9,08 41,2232
    4 1 4,19 4,29 8,48 35,9552 17,15 73,5306 73,6287
    2 4,13 4,54 8,67 37,5844
    5 1 3,99 4,07 8,06 32,4818 16,95 71,8256 72,0023
    2 4,42 4,47 8,89 39,5160
    6 1 4,12 4,35 8,47 35,8704 17,79 79,1210 79,3619
    2 4,79 4,53 9,32 43,4312
    7 1 4,25 4,28 8,53 36,3804 17,71 78,4110 78,5171
    2 4,59 4,59 9,18 42,1362
    8 1 4,56 4,52 9,08 41,2232 18,47 85,2852 85,3105
    2 4,68 4,71 9,39 44,0860
    9 1 4,38 4,30 8,68 37,6712 17,37 75,4292 75,4469
    2 4,43 4,26 8,69 37,7580
    10 1 4,40 4,29 8,69 37,7580 17,70 78,3225 78,3582
    2 4,55 4,46 9,01 40,5900
    11 1 4,25 4,51 8,76 38,3688 17,82 79,3881 79,4452
    2 4,51 4,55 9,06 41,0418
    12 1 4,35 4,30 8,65 37,4112 18,14 82,2649 82,4450
    2 4,71 4,78 9,49 45,0300
    13 1 4,41 4,39 8,80 38,7200 17,71 78,4110 78,4155
    2 4,48 4,43 8,91 39,6940
    14 1 4,08 4,15 8,23 33,8664 17,54 76,9129 77,2094
    2 4,69 4,62 9,31 42,3380
    15 1 4,13 4,40 8,53 36,3804 17,58 77,2641 77,3826
    2 4,44 4,61 9,05 40,9512
    16 1 4,80 4,67 9,47 44,8404 18,61 86,5830 86,6205
    2 4,54 4,60 9,14 41,7698
    17 1 4,23 4,36 8,59 36,8940 17,81 79,2990 79,4195
    2 4,53 4,69 9,22 42,5042
    18 1 4,55 4,64 9,19 42,2280 18,57 86,2112 86,2581
    2 4,82 4,56 9,38 43,9922
    19 1 4,20 4,45 8,65 37,4112 18,16 82,4464 82,6650
    2 4,72 4,79 9,51 45,2200
    20 1 4,62 4,32 8,94 39,9618 18,10 81,9025 81,9614
    2 4,55 4,61 8,16 41,9528
    21 1 4,34 4,44 8,75 38,2812 17,98 80,8201 81,1461
    2 4,63 4,60 9,23 42,5964
    22 1 4,44 4,64 9,08 41,2232 18,33 83,9972 84,0357
    2 4,55 4,70 9,25 42,7812
    23 1 4,44 4,29 8,70 37,8450 18,12 82,0836 82,4861
    2 4,72 4,70 9,42 44,3682
    24 1 4,43 4,40 8,83 37,9844 17,96 80,6404 80,6658
    2 4,53 4,60 9,13 41,6784
    25 1 4,51 4,32 8,83 38,9844 18,03 81,2702 81,3227
    2 4,61 4,59 9,20 42,3200
    Суммы - - - V VI VII VIII IX

    Суммируют последние столбцы таблицы и получают следующие суммы:
    V=444,43;
    VI=1978,4111;
    VII=444,43;
    VIII=1976,8912;
    IX=1979,7637.
    Вычисляют по формулам (17)-(20) суммы квадратов:
    ;
    ;
    ;
    .
    Проверяют по формуле (21) выполнение соотношения между суммами квадратов
    1,7110+1,5199+1,3526=4,5835.
    Вычисляют по формулам (22)-(24) средние квадраты:
    ;
    ;
    .
    Для данного случая выполняется следующее соотношение между средними квадратами:
    .
    Следовательно, оценку характеристик однородности и проводят по формулам второй строки таблицы 2.
    Вычисляют по формуле (27)

    и по формуле(25)
    .
    Характеристика макронеоднородности
    ,
    а характеристика микронеоднородности при =2
    .
    По этим характеристикам оценивают характеристику однородности по формуле (27)
    .
    Текст документа сверен по:
    официальное издание
    М.: ИПК Издательство стандартов, 2002