Method validation for determination of chromium, nickel, manganese, molybdenum, silicon, carbon, phosphorous and sulfur in stainless steel using spark emission spectrometry

Abstract

Stainless steel is iron alloy which is widely used to produce a variety of consumer products.  Analysis of chemical compositions which can be used as complementary information to consider type of stainless steel can be performed by standard test method for Atomic Emission Vacuum Spectrometric Analysis of Stainless Steel by Point-to-Plane Excitation Technique. E 1086-08 in Annual book of ASTM standard [1]. To use this standard test method in testing laboratory, it is necessary that the laboratory has to validate this test method according to the requirement of ISO/IEC 17025 to evaluate if the validated method is fit for intended use. Method validation for the determination of chromium, nickel, manganese, molybdenum, silicon, carbon, phosphorous and sulfur in stainless steel using spark emission spectrometry technique can be done through proofing of certain performance characteristics which are limit of detection (LOD), limit of quantitation (LOQ), working range, bias, precision and drift (or long-term stability). Then information obtained from the method validation can be used to assess competence of the laboratory and to estimate measurement of uncertainty of the method.  It was found that LODs and LOQs of trace elements (Si, C, P and S) in stainless steel are less than 12 and 61 ppm.  For bias study recoveries of eight elements were 92 – 105 %, while relative standard deviations from precision study of these elements were less than 8 %. The expanded uncertainties of eight elements, at the confidence level of 95 %, by this method were less than 20 % which is the maximum target uncertainty. Therefore this validated method is fit for intended use.

บทคัดย่อ

เหล็กกล้าไร้สนิมหรือที่เรียกกันทั่วไปว่า”สเตนเลส” คือโลหะผสมของเหล็กที่นิยมนำมาผลิตเป็นผลิตภัณฑ์เพื่อการอุปโภคในรูปแบบต่างๆ การทดสอบองค์ประกอบทางเคมีเพื่อเป็นข้อมูลประกอบในการพิจารณาว่าเป็นเหล็กกล้าไร้สนิมเกรดใดสามารถใช้วิธีทดสอบมาตรฐาน ASTM E 1086-08 [1] การที่ห้องปฏิบัติการจะนำวิธีทดสอบมาตรฐานนี้มาใช้เพื่อให้บริการด้านการทดสอบ ห้องปฏิบัติการจำเป็นต้องตรวจสอบความสมเหตุสมผลของวิธีตามข้อกำหนดของ ISO/IEC 17025 เพื่อพิจารณาว่าวิธีทดสอบเหมาะกับการใช้งานตามวัตถุประสงค์หรือไม่ โดยการพิสูจน์คุณลักษณะเฉพาะต่างๆ ของเทคนิคที่เลือกใช้ สำหรับการตรวจสอบความสมเหตุสมผลของวิธีทดสอบปริมาณโครเมียม นิกเกิล แมงกานีส โมลิบดีนัม ซิลิคอน คาร์บอน ฟอสฟอรัส และกำมะถันในเหล็กกล้าไร้สนิมด้วยเทคนิคสปาร์กอิมิสชันสเปกโทรเมตรี ต้องทดสอบคุณลักษณะ เฉพาะของวิธี (performance characteristics) ที่สำคัญ คือ ขีดจำกัดในการตรวจหา (limit of detection, LOD) ขีดจำกัดในการวัดปริมาณ (limit of quantitation, LOQ) ช่วงการใช้งาน (working range) การทดสอบความลำเอียง (bias) ความเที่ยง (precision) และการทดสอบความคลาดเคลื่อน (drift or long-term stability) การตรวจสอบความสมเหตุสมผลของวิธีจะทำให้มั่นใจว่าวิธีทดสอบนี้เหมาะสมกับวัตถุประสงค์การใช้งาน และสามารถนำข้อมูลมาใช้ในการประมาณค่าความไม่แน่นอนของการทดสอบปริมาณธาตุในโลหะนั้นๆ ได้จากการศึกษาค่าขีดจำกัดในการตรวจหาและขีดจำกัดในการวัดปริมาณ ของธาตุที่เป็นองค์ประกอบในปริมาณน้อยต่างๆ คือ ซิลิคอน คาร์บอน ฟอสฟอรัส และกำมะถัน พบว่าขีดจำกัดในการตรวจหาและขีดจำกัดในการวัดปริมาณของธาตุเหล่านี้ไม่เกิน 12 และ 61 ส่วนในล้านส่วน สำหรับการศึกษาความลำเอียงและความเที่ยงของธาตุทั้ง 8 ชนิด พบว่ามีค่าคืนกลับอยู่ในช่วงร้อยละ 92-105 และมีค่าความเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ไม่เกินร้อยละ 8 ซึ่งค่าคืนกลับและค่าความเบี่ยงเบนมาตรฐานสัมพัทธ์ที่ได้มีค่าอยู่ในเกณฑ์การยอมรับ และเมื่อคำนวณค่าความไม่แน่นอนของการวัดที่ระดับความเชื่อมั่นร้อยละ 95 ของธาตุทั้งหมด พบว่ามีค่าน้อยกว่าร้อยละ 20 ซึ่งเป็นค่าความไม่แน่นอนเป้าหมายสูงสุดที่กำหนดไว้ ดังนั้นจึงสรุปว่าวิธีทดสอบนี้เหมาะกับการใช้งานตามวัตถุประสงค์