ICP-OES测定机顶盒电源线中铅的不确定度评定

白　琳，张谷一，刘化玲

(国家广播电视产品质量监督检验中心，北京 100015)

ICP-OES测定机顶盒电源线中铅的不确定度评定

白琳，张谷一，刘化玲

(国家广播电视产品质量监督检验中心，北京 100015)

摘要:运用JJF1059.1—2012《测量不确定度评价与表示》中的分析方法，对ICP-OES测定电视机顶盒电源线中铅含量方法所建立的定量数学模型进行了不确定度评定。包括分析实验过程中的不确定度来源，并对不确定度的分量进行了评定和量化，计算了合成不确定度和扩展不确定度。结果表明，电视机顶盒的电源线的铅含量W=48.03 mg/kg，其中扩展不确定度为3.2 mg/kg，在置信概率为95%时，铅的含量可表示为(48.03±3.2) mg/kg。

关键词:不确定度；ICP-OES；铅；电视机顶盒

近年来，随着生活水平的日益提高，市面上的电视机产品出现了更新速度快，市场替换率高等特点。 随着人们对电视机产品的更新换代，接踵而来的是对于报废产品的处理问题，其渐渐显露的污染问题，逐渐威胁着人类的健康，且地球的环境也遭到了破坏。各国相继出台相关法律来限值电子产品中铅的含量，例如电子电气产品在欧盟出售，要满足RoHS指令2011/65/EU中电子电气产品铅含量必须低于1 000 mg/kg[1]的限值要求。

ICP-OES以其检出限低，准确度高，标准曲线线性范围宽等特点，可以很好地胜任对重金属元素的定性和定量测量工作。此外，它因具有可以多种元素同时进行测量，测量时间短等特点而被广泛应用于化学检测、环保、食品、医疗等行业。测量结果与不确定参数是一组相关联的参数，不确定参数可以反映出测量结果是否准确与可靠。2012年颁布的CNAS-CL10：2012《检测和校准实验室能力认可准则在化学检测领域的应用说明》中对不确定度方面有明确的要求：评定测量不确定度是从事化学分析人员必须掌握的一项重要知识，并能较好地完成其日常工作中的测量方法进行不确定度评定[2]。本文运用JJF1059.1—2012《测量不确定度评价与表示》[3]中学习到的项目评定方法，对运用ICP-OES[4]测量电视机顶盒的电源线中铅含量构建的相关数学定量模型进行了不确定度评定，同时分析了实验过程中不确定度的来源并计算了测定结果的合成标准不确定度和扩展不确定度。

1实验部分

1.1主要仪器与试剂

电子天平：ML104/02型，美国梅特勒-托利多仪器有限公司生产。

ICP-OES：Optima7300V型 ，美国珀金埃尔默仪器公司生产。

硝酸：优级纯；过氧化氢：优级纯；氩气：钢瓶，纯度99.999%；实验用其他试剂均为分析纯；实验用水为超纯水。

1 000 mg/L铅元素标准储备液，中国计量科学研究院生产。

1.2测定方法

取电视机顶盒的电源线样品0.300 2 g，用物理方法将样品粉碎，将碎片置于微波消解罐中进行消解，取9.0 mL硝酸溶液，30%双氧水2.0 mL滴加到消解罐内，升温消解。升温程序：10 min升至100 ℃，然后5 min升至180 ℃保持15 min。待样品消解完成后转至100 mL容量瓶内定容，得到样品溶液。以外标法进行定量，用ICP-OES法对样品进行测定。ICP相关参数：等离子气13.0 L/min；功率1 300 W；雾化气0.60 L/min；样品流速1.50 mL/min；读数延时1 min；辅助气0.2 L/min；分析波长220.353 nm。

2数字模型

测样品铅含量的数学模型为

(1)

式中：W为电视机顶盒的电源线样品中铅的含量(单位mg/kg)；c0为电视机顶盒的电源线样品中铅元素的浓度(单位mg/L)；V为电视机顶盒的电源线样品溶液的定容体积(单位mL)；d为稀释因子；m为电视机顶盒的电源线样品取样量(单位g)。

3实验数据

取电视机顶盒的电源线样品0.300 2 g，样品溶液定容体积V=100 mL，样品消解后没有进行稀释，故稀释因子d=1，样品溶液铅元素的浓度c0的平均值为0.144 2 mg/L，将以上数据代入式(1)得样品铅的含量为48.03 mg/kg。

4测量不确定度来源分析

从样品检测实验过程和数学模型分析，产生不确定度因素一般包括样品量m引入的不确定度；溶液定容工作过程中引入的不确定度；由于标准物质误差引入的不确定度；标准曲线绘制精度问题引入的不确定度；仪器分析重复率引起的不确定度。

5不确定度分量的评定

5.1样品质量m引入的不确定度u(m)

样品在称量的过程中，其不确定度来源主要有称量天平的准确性、偏载误差和样品称量工作过程的重复性，这个称量工作过程中称重误差引起的重复性问题，已包含在测量重复性所带入的不确定度ur中。

5.1.1天平称量准确性的不确定度u(m1)

查仪器检定证书得知，称样量在0≤m≤50 g时，误差范围可在±0.000 5 g之间，k=2，则u(m1)= 0.000 5/2=0.000 25 g。

5.1.2天平的偏载误差引入的不确定度u(m2)

据仪器检定证书可知，其最大允许误差为±1.0 mg，k=2，则u(m2)= 0.001/2=0.000 5 g。将u(m1)，u(m2)两个分量合成，得

(2)

取样量m=0.300 2 g，则相对标准不确定度为

(3)

5.2样品溶液的定容工作引入的不确定度u(v)

5.2.1容量瓶的容量误差所引入的不确定度u(v1)

取样后对样品进行消解作业，然后定容于100 mL A级容量瓶，根据相关的证书，其误差范围在±0.1 mL，k=2，则u(v1)= 0.1/2=0.05 mL。

5.2.2容量瓶定容体积的不确定度u(v2)

将u(v1),u(v2)合成，得

(4)

则相对标准不确定度为

(5)

5.3标准物质引入的不确定度u(S)

5.3.1标准物质溶液引入的不确定度u(cs)

1 000 mg/L铅的标准物质溶液，其证书查阅出的不确定度为2 μg/mL，k=2，得到相对标准不确定度为

(6)

5.3.2标准溶液配制过程引入的不确定度u(Vs)

1.0 mg/L工作液的配制：1)首先用5 mL移液管移取两次共10 mL标准物质溶液到100 mL容量瓶得100 mg/L的Pb标准储备液。2)用1 mL移液管移取1 mL的100 mg/L标准储备液到100 mL容量瓶得1.0 mg/L的Pb标准溶液。稀释过程：

由于5 mL移液管的使用，引入的相对不确定度

(7)

由于1mL移液管的使用，引入的相对不确定度

(8)

由于100 mL容量瓶的使用，引入的相对不确定度

(9)

合成其相对标准不确定度

(10)

经计算，2.0，5.0，10.0 mg/L标准溶液配制过程中均使用相同的5 mL移液管多次吸取浓度为100 mg/L的Pb标准溶液，移至A级相同的100 mL容量瓶中。从上面的分析计算结果中可看出，前面所引入的相对标准不确定度分别为 0.032、0.032、0.033。计算时取最大不确定度值，即1 mg/L标准溶液的不确定度值。

稀释时容量瓶和移液管所处室温基本一致，故在评定时忽略温度对此操作的影响，所以确定的相对标准不确定度应该为

(11)

5.4校准曲线引入的不确定度u(c)

采用的Pb的标准物质溶液是由中国计量科学研究院所提供的，溶液浓度1 000 mg/L。配制的标准曲线溶液系列的浓度分别为1.0,2.0,5.0,10.0 mg/L，选择测定谱线为铅220.353 nm，空白溶液进行调零，分别用ICP-OES对上述铅标准溶液重复测定3次，测定结果见表1。

表1铅标准溶液的浓度与原子发射光谱强度

溶液浓度/(mg·L-1)原子发射光谱强度光谱强度平均值059636072591159821.00745627290374220738952.001415091442851426061428005.0035125034650134511134762010.00704551699903712064705506

根据表1中的测定数据，用线性回归法对校准曲线进行拟合，得到的回归方程为Y=69 935X+3 494.5，回归系数r=0.999 993，由式(2)求得c0的标准不确定度u(c0)

(12)

上面所列的数据可以分析得出拟合线性过程中的不确定度urel(C)= 0.000 15/0.144 2=0.001 0。

5.5测量重复性引起的不确定度ur

实验仪器本身的稳定性和精密度都是测定值不确定度的主要因素。用珀金埃尔默的ICP-OES对电视机顶盒的电源线中的Pb进行10次重复测量，结果见表2。

表2重复性试验结果

mg/L

测定值平均值s0.14440.14390.14400.14440.14420.14410.14420.14390.14460.14430.14422.31×10-4

测定结果为正态分布，按A类评定，根据贝塞尔法，ur=s=2.31×10-4mg/L。

样品重复性试验引入的相对标准不确定度

urel(r)= 2.31×10-4/0.144 2= 0.001 602

(13)

6合成不确定度u(W)

由有上述各相对标准不确定度分量可合成得到电视机顶盒的电源线中Pb含量测定结果的相对合成标准不确定度

(14)

7扩展不确定度U与结果

置信概率为95%时，k=2，则电视机顶盒的电源线样品中总铅含量测定结果的相对扩展不确定度U=k·urel(w)=2×0.033 4=0.066 8。电视机顶盒的电源线样品中总铅含量为w=0.144 2×100/0.300 2=48.03 mg/kg，得扩展不确定度U=48.03×0.066 8=3.2 mg/kg。

8结论

1)本次测定电视机顶盒的电源线样品中总铅含量所用的方法为ICP-OES法，通过计算结果来分析各不确定度分量的大小。根据结果分析从而得知溶液配置、曲线拟合以及重复测量都会引入较大的不确定度，其次是称量过程和最终定容所引入的不确定度，此两者的不确定度相对较小。

2)为了获得可靠的测量结果，需要在实验过程中将各环节的不确定度降到最低。因此必须对标准曲线反复分析计算，并在配置标样时提高准确度来降低不确定度；ICP-OES的重复性和准确度要调整仪器的设置，以达到最好的状态来进行测量分析，减少不确定度分量。

参考文献：

[1]RoHS：2011/65/EU，关于在电气电子设备中限制使用某些有害物质指令[S].2011.

[2]CNAS-CL10： 2012 检测和校准实验室能力认可准则在化学检测领域的应用说明[S].2012.

[3]JJF1059.1-2012 测量不确定度评定与表示[S].2012.

[4] 刘化玲，牛丽川，黄小亚，等.ICP-OES测定铅汞镉的参数优化[J].电视技术，2012，36(12)：90-91.

责任编辑：闫雯雯

Uncertainty evaluation of ICP—OES analysis method for lead in power cord of TV set-top box

BAI Lin，ZHANG Guyi，LIU Hualing

(NationalTestingandInspectionCenterforRadioandTVProducts，Beijing100015，China)

Abstract:The analysis method in JJF1059.1—2012< Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement >is used for analyzing the mathematical model quantitative of a method which is built to determinate lead content in the power cord of TV set-top box by ICP-OES. The uncertainty sources are analyzed. Each component of uncertainty is evaluated and quantified and then the combined uncertainty and the expanded uncertainty are calculated. The results show that the expanded uncertainty is 3.2 mg/kg as the content of lead in the power cord of TV set-top box is 48.03 mg/kg. When the confidence probability is 95%, the content of lead can be expressed as (48.03+3.2) mg/kg.

Key words:Uncertainty; ICP-OES; lead; TV set-top box

中图分类号：TN949.6

文献标志码:A

DOI：10.16280/j.videoe.2016.02.028

收稿日期：2015-07-09

文献引用格式：白琳，张谷一，刘化玲. ICP-OES测定机顶盒电源线中铅的不确定度评定[J].电视技术，2016,40(2)：146-149.

BAI L，ZHANG G Y，LIU H L. Uncertainty evaluation of ICP—OES analysis method for lead in power cord of TV set-top box[J].Video engineering, 2016,40(2)：146-149.