电感耦合等离子体原子发射光谱法测定饮用水中镉的不确定度评价

张文涛　焦元启　张鹏

(东莞理工学院　清洁生产科技中心，广东东莞　523808)



电感耦合等离子体原子发射光谱法测定饮用水中镉的不确定度评价

张文涛焦元启张鹏

(东莞理工学院清洁生产科技中心，广东东莞523808)

摘要：对电感耦合等离子体原子发射光谱法测定饮用水中的微量元素镉含量的不确定度进行了评定。分析了测试过程中的不确定度来源并计算了各个变量的不确定度，建立了数学模型，计算出了检测结果的合成标准不确定度和扩展不确定度。此方法测定饮用水中Cd的测量不确定度为0.020 4 ug/L。

关键词：不确定度；电感耦合等离子体原子发射光谱法；镉

矿泉水及饮用水的质量受到人们越来越多的重视，其中微量元素镉的含量直接影响到人们的健康，《生活饮用水卫生标准GB5749-2006》中对镉的含量标准做出了要求[1]。测量结果的不确定度是检测数据可靠程度的依据，是评定测量水平的指标，每一个不确定度分量的大小都会影响测试结果的准确度。本论文对电感耦合等离子体原子发射光谱法测定饮用水中镉含量的不确定度进行了评定[2]，分析了整个测试过程中的各类不确定度来源,对测试数据的合成标准不确定度和扩展不确定度进行了计算，为正确科学的使用检测结果提供了依据。

1实验方法

1.1主要仪器与试剂

日本岛津ICPE-9000电感耦合等离子体发射光谱仪，摩尔超纯水机普及型205a(上海摩勒科学仪器有限公司)。

镉标准溶液：1 000 ppm, 国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院。

所有玻璃器皿均用硝酸溶液浸泡，用去离子水冲洗。

硝酸、双氧水为优级纯，实验所用其他试剂均为分析纯。实验用水为去离子水。

1.2实验方法

将1 000 ppm镉标准溶液用10 % HCl逐级配置成浓度为5 ppm、10 ppm、15 ppm、20 ppm和30 ppm的标准溶液，在设定好仪器参数的条件下，根据GB/T5750．6-2006《生活饮用水标准检验方法》，绘制出工作曲线。取饮用水并用10 % HCl调节酸度，测定其中的镉含量。

2数学模型

样品中镉的浓度计算公式为:

Y=a+bC， Cx=C-C0

式中：Cx： 样品中镉元素的含量；

C： 在标准曲线上的被测元素的含量；

C0：空白测试值；

Y：信号强度；

b：斜率；a：截距。

3不确定度的来源及其分析

根据分析测试过程和计算公式，可知电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定饮用水中镉的不确定度来源主要有以下几个方面：1)最小二乘法拟合工作曲线引入的不确定度u(1)；2)标准溶液配制过程引入的不确定度，包括标准储备液的不确定度，稀释过程中移液管、容量瓶引入的不确定度和ICPE仪器引入的不确定度u(2)；3)重复条件下引入的不确定度u(3)。

4不确定度的评价

4.1拟合工作曲线产生的不确定度分量u(1)

实验分别对不同浓度的镉标准溶液进行测定，拟合出标准曲线，得到线性回归方程Y=11.1+348 795C，相关系数r=0.999 9，拟合工作曲线产生的标准不确定度由下面公式来计算：

其中：

4.2其他原因引起的不确定度分量u(2)4.2.1标准溶液引起的不确定度分量u(C0)

本实验中使用的标准溶液，来自国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院，证书中给出的镉的浓度为1 000 ug/mL，扩展不确定度是4 ug/mL(k=2)，则镉的不确定度为u(C0)=2ug/mL(k=2)，相对不确定度为u(C0)/C0=2/1 000=0.2%。

4.2.2配制标准溶液过程中容量瓶、移液管引起的不确定度分量u(V)

在实验过程中，配置标准储备液时使用了100 mL容量瓶和10 mL移液管，容量瓶和移液管的校准和温度是引起体积变化的两个重要因素。

4.2.3ICPE仪器引起的不确定度分量u(仪)

实验使用的仪器为日本岛津公司ICPE-9000，标准不确定度为0.5 %，取k=2。故由仪器ICPE-9 000引起的不确定度u(仪)=0.5 %/2=0.25 %

故其他原因引起的不确定度分量u(2)为：

4.3重复测量引起的不确定度分量u(3)

对标准物质平行测定四次，计算平均值，标准偏差s，标准偏差的不确定度u(s)以及重复测量引起的标准不确定度u(3)[3]。

5合成标准不确定度u

由于上述各分量的不确定度彼此独立不相关，故样品镉含量检测结果的合成标准不确定度可由下面公式计算[4]：

6扩展不确定度

有效自由度未知时，取包含因子k=2，置信概率为95 %，则饮用水中镉含量的扩展不确定度U=k×u=2×0.010 2ug/L=0.020 4ug/L。

饮用水中镉含量的结果可表示为CCd=(12.92±0.02) ug/L,k=2。

7结语

通过分析和评定可以看出，影响ICPE测定饮用水中镉元素含量的不确定度来源有绘制的工作曲线的线性、仪器的性能、重复测试、标准物质自身以及配置过程中使用的玻璃器皿、试验温度等。在该测试方法中，镉元素含量受平行条件下重复测试引起的不确定度影响最大。通过对不确定度的评定，可以掌握ICPE法测定饮用水中镉元素含量的准确性。

参 考 文 献

[1]中华人民共和国国家计量技术规范JJF059-1999测量不确定度评定与表示[S].北京:中国标准出版社,1999.

[2]苟智. ICP-OES法测定水中5种金属元素含量的不确定度评定[J].内肛科技, 2013 (9): 95-96.

[3]刘智敏,陈坤尧,翁坏真,等. 测量不确定度手册[ M].北京:中国计量出版社, 1997.

[4]罗秘兰,钟伟通,曾贤桂.用电感耦合等离子光谱发生仪测定水中铜、铅、锌、铬、镉、镍含量的不确定度分析[J].广东化工,2013,40(1):114-116.

Determination of Cadmium in Drinking Water by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

ZHANG WentaoJIAO YuanqiZHANG Peng

(Cleaner Production Center, Dongguan University of Technology, Dongguan 523808, China)

AbstractThis paper evaluates the uncertainty for determination of cadmium in drinking water by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry, discussing the source of uncertainty, establishing the mathematic model, deducing calculation formula, and calculating the uncertainty of each variable. The result shows that the uncertainty of cadmium in water was measured 0.020 4 ug/L.

Key wordsuncertainty; ICP-AES; Cadmium

文章编号：1009-0312(2016)01-0036-03

中图分类号：C916. 2

文献标识码：A

作者简介：张文涛(1987—)，女，山西吕梁人，讲师，硕士，主要从事材料分析与环境保护研究。

收稿日期：2015-07-10