液相色谱仪测量结果的不确定度评定

摘要：锂离子电池是现代电子设备中重要能源供应装置，其性能和安全问题受到人们的高度重视。N-甲基吡咯烷酮（NMP）是目前最常用的一种新型电极材料，用于电极材料的制备。但是，在极片上存在的 NMP会导致电荷传输阻抗增大、循环寿命降低等问题。因此，本文根据液相色谱仪测量结果的不确定度评定对锂离子电池极片的NMP残留进行分析，从而提高测量结果的准确性和可靠性。

关键词：液相色谱仪；测量结果；不确定度；评定

锂离子电池已被广泛用于各种电子设备、电动汽车等领域，然而，其生产中所用的有机溶剂 NMP 的残留问题已成为人们普遍关注的问题。NMP在电池中的残留量不但会降低电池的使用寿命，而且会对人类的身体健康和生态安全构成威胁。因此，如何精确地检测电极片中残留的 NMP，不仅对产品的质量控制，而且对环保具有重要意义。

一、锂离子电池极片NMP残留检测方法

（一）样品预处理步骤

首先，必须对被测试的锂离子电池极片进行预处理。这个步骤通常涉及将整块的电池极片仔细地剪裁成更小、更易于操作的部分，原因是比较小的极片，更容易在后续的化学处理工作中保持一致性，从而能够有效避免暴露其表面，使萃取效率得到有效的提高。然后把剪裁好的极片放在一个事先准备好的容器里，这种容器一般用玻璃或者塑料做，这样可以避免化学作用。也有必要将已知的有机溶剂添加到这些容器中。为保证极片表面的NMP能被完全萃取，可以采取各种技术手段。比如，在超声装置中，超声振动能促进溶剂分子与极片表面NMP分子的接触和交换过程。另外，人工搅拌和机械搅拌均能提高提取速率。这一步的目标是保证更多的 NMP从电极板的表面转移到溶液中。提取过程结束后，要让系统停留一段时间，使提取物与极片完全分离。若有必要，也可采用过滤法将二者进行分离，既保证了提取物的纯度，又能消除残留极片的影响。将所得到的萃取物按特定要求进行稀释，以确保随后的检测或分析结果的准确、可重复性。为保证实验结果的准确，保证操作人员的安全[1]。

（二）液相色谱仪的测量过程

通过将样品溶液注入HPLC系统中，将待测成分直接注射到高效液相色谱系统中，再通过柱效分离，实现对目标物的快速、准确、快速、准确地测定。在此基础上，采用高效液相色谱仪对样品进行预处理和稀释。在色谱柱方面，建议采用反相C18柱。C18柱是目前应用最广泛的一种反相柱。该柱对极性、非极性物质均有较好的选择性。N-甲基吡咯烷酮（NMP）为极性物质，可在有机-水相系统中保持较好的活性，故采用C18反相色谱柱作为色谱柱。流动相是高效液相色谱技术的关键，直接影响药物在色谱中的滞留时间，影响药物的分离效果。流动相一般是水与有机溶剂，常用的有乙腈、甲醇等。同时，结合待测物质的极性及色谱柱的性质，确定了最佳的流动相配比。在NMP中，对有机溶剂比例进行适当调节，可以获得更快更好的分离效果。流动速率是决定分离速率与效率的重要参数。高的流动速度会减少分析的时间，也会导致分离程度的下降。需要在分离效果和分析时间之间进行权衡。流动速度要符合试验的需要，并与色谱柱的规范相适应。用高效液相色谱法将样品溶液注射到液相色谱中，按分配系数的不同将化合物进行分离。以 NMP为研究对象，以一定的保留时间从色谱柱中洗脱出来，用检测器进行检测。常见的检测器有紫外检测器、二极管阵列检测器、质谱检测器等，应根据被测物质的化合物的性质和检测灵敏度的要求合理选用检测器[2]。

（三）紫外检测器的设置和校准

在液相色谱系统中，紫外可见光检测器十分重要。紫外可见光检测器是对N-甲基吡咯烷酮（NMP）进行检测的重要检测设备，NMP作为一种有机溶剂，其在紫外至可见光区域的光谱特性显示，在200至300纳米波长范围内，NMP具有明显的吸收峰。为实现对 NMP含量的准确监控，多采用220-230 nm的波段。在实验正式启动前，研究人员必须先配制一系列已知浓度的 NMP标准溶液，然后用它们来准确地标定检测器。这样就可以得到样品的吸光度和 NMP含量的一条标准曲线，从而为以后的定量测定奠定了基础。在研究中，可以对每一份样本在同一波长下测试，并记录其吸收值。然后，将该吸收值与已确定的标准曲线相比较，由此得到样本中 NMP的真实含量[3]。

二、锂离子电池极片NMP残留测量结果的不确定度评定

（一）不确定度的基本概念和评定方法

不确定性是衡量测量结果可信度的一个关键性指标。在科学试验、工程测量等诸多科学研究领域，对不确定性进行准确评估是非常重要的。准确评估不确定度的方法是一种较为复杂和系统的测量方法。这就需要对测量的各个步骤进行细致的剖析，认真地辨识和考虑各种可能对测试结果产生影响的各种错误来源。其产生的原因有仪器精度的局限性、环境的多变性、操作人员的技术水平的差异、测量方法自身的缺点、以及被测对象自身的因素等。

在识别了全部误差来源后，还需对其各自的影响进行定量化，该过程包括将各类误差来源转换为标准不确定性。标准不确定性是指通过对各个不同来源的不确定性进行定量描述，从而使人们更加清楚地认识到不同来源对不确定性的贡献程度。最后，用某种数学方法综合所有的不确定度，得出总体的不确定度。这种不确定性是对测量结果进行定量评价的最后的定量评价，它为测量结果的变化幅度提供了全面的信息，使得人们可以更加精确地认识和利用这些测量数据[4]。

（二）测量过程中不确定度的来源分析

1.仪器本身的误差：仪表误差主要表现为流量设定值误差（如流量计不准确）和温度稳定度（如恒温设备的温变），它们都会对测试结果的精度和可重复性产生不利影响。

2.样品处理过程中的误差：样品处理误差主要包含在实际应用中存在着提取效率不确定、稀释倍数不准确等问题。相关研究结果表明，当提取效果不理想时，可能会造成对 NMP残留的量估计偏少；

3.紫外检测器的误差：紫外检测器的测量精度主要来源于背景噪声和灵敏度起伏两个方面。基线噪音对峰的识别及区域的确定有一定的影响，而灵敏度波动则会引起各观测数据之间的不一致性。

（三）不确定度的量化评估

对锂离子电池极片 NMP残余量的不确定性进行量化评估，需要准确地辨识并量化测试过程中的各类误差源。要想对其进行精确评价，就必须对其进行标准化处理。这种方法可以用多次的试验方法得到，并由此决定各误差来源的变异程度。在确定了这些标准的不确定性之后，还要把这些不确定性进行合并，从而得到总体的不确定性。传统的综合采用平方和法，即先将各个标准不确定度的平方加起来，再取平方根，该方法根据统计中的方和根原则，假定误差来源彼此独立。最后，在进行测量和分析时，为了确保结果的可靠性，我们通常需要根据所期望的置信水平来确定测量结果的可信区间。这种方法使我们能够全面掌握测量结果的可靠性和精确度，进而有助于提升锂离子电池生产过程中的质量监控和产品安全性[5]。

三、结束语

综上所述，液相色谱仪配合紫外检测器在检测锂离子电池极片中NMP残留方面展现出显著优势，同时，通过构建和实施不确定度评估方法，可以显著提升测量结果的精确度和可信度。这种方法不仅为锂离子电池生产过程中的品质监控提供了坚实的支撑，而且确保了整个生产流程的质量控制更加科学和规范。它使得生产者能够更加准确地识别和控制生产过程中的关键变量，从而提高最终产品的性能和可靠性。

参考文献：

[1]蔡赛微,金迁,陈卿卿.顶空气相色谱法测定锂电池油性隔膜中N-甲基吡咯烷酮残留量[J].化学分析计量,2023,32(03):71-74.

[2]符招弟,张晓娟,杨林,等.加压流体萃取-气相色谱-质谱法测定电池材料中正丁醇,N,N-二甲基甲酰胺,N-甲基吡咯烷酮残留量[J].分析试验室,2020,39(07):860-863.

[3]戚凤晓,李亚楠,顾月茹,等.一种测定锂电池极片中N-甲基吡咯烷酮残留量的方法[J].河南化工,2018,35(11):46-48.

[4]樊熹玥,安卫东,杨雪.液相色谱仪测量结果的不确定度评定[J].分析仪器,2016,(01):44-47.

[5]马静芳.液相色谱仪测量结果不确定度分析与评定[J].科技资讯,2015,13(06):228.