皮革禁用偶氮染料测试不确定度的分析与评定

赵振伟，何颖瑜，杨锋波，马伟娟（1.广州质量监督检测研究院，广东广州510860；2.国家皮革制品质量监督检验中心（广州），广东广州510860）



皮革禁用偶氮染料测试不确定度的分析与评定

赵振伟1，2，何颖瑜1，2，杨锋波1，2，马伟娟1，2
（1.广州质量监督检测研究院，广东广州510860；2.国家皮革制品质量监督检验中心（广州），广东广州510860）

摘要：本文对皮革禁用偶氮染料测试过程中不确定度影响因素进行分析，建立皮革中禁用偶氮染料（高效液相色谱法）测试过程中不确定度的评定数学模型。结果表明：以高效液相色谱法测定皮革中禁用偶氮染料的含量时，不确定度主要来源为标准溶液配制过程、样品的称量过程、实验回收率和样品定容过程。以一块黑色皮革阳性样品为实验对象，其联苯胺检测结果为33.68 mg/kg，合成不确定度为0.59 mg/kg，扩展不确定度为1.18 mg/kg。

关键词：禁用偶氮染料；高效液相色谱法；不确定度

1　前言

偶氮染料是印染工艺中应用最广泛的一类合成染料，常用于皮革的着色。但是在特殊条件下这一类染料能裂解产生多种致癌芳香胺，其经过活化后改变DNA结构，从而引起病变和诱发癌症。欧盟已明文禁止皮革使用在还原条件下裂解产生23种致癌芳香胺的偶氮染料。

本文以 CNAS-GL06:2006为依据，评定/分析皮革中禁用芳香胺的检测过程中存在的不确定度。遵照标准GB/T19942-2005《皮革和毛皮化学实验禁用偶氮染料的测定》处理样品，采用高效液相色谱法进行定量，对测试结果的各影响因素进行分析，从而评估检测过程中对皮革中禁用芳香胺染料含量的不确定度。并以最常检出的联苯胺为例，计算出该方法的不确定度和扩展不确定度。

2　实验材料和方法

2.1实验材料及仪器

黑色皮革阳性样品；正己烷，色谱纯；叔丁基甲醚，色谱纯；甲醇，色谱纯；连二亚硫酸钠，分析纯；氢氧化钠，分析纯；磷酸二氢胺，分析纯；磷酸氢二钠，分析纯；硅藻土柱（Agela Cleanert）；联苯胺标准品（Dr.Ehrenstorfer）；W aters高效液相色谱仪e2695（2998检测器）；Phenomenex Luna C18柱（250×4.6 mm）；Mettler Toledo分析天平（XS205DU）；海康分析天平（JA203N）；KASEN水浴振荡器（TC-100C）；超声波浴；金叶牌旋转蒸发仪（SY-2000）；氮吹仪。

2.2实验过程

2.2.1实验步骤

图1　不确定度因果图

称取样品1 g（精确到0.001 g），经正己烷脱脂挥发干后，加入17 mL预热的柠檬酸盐缓冲溶液恒温70℃萃取25 min，加入1.5 mL连二亚硫酸钠溶液后继续70℃恒温10 min，再加入1.5 mL连二亚硫酸钠溶液70℃恒温10 min，取出后尽快冷却至室温。萃取液经硅藻土吸收15 min后，用叔丁基甲醚分别加10 mL、10 mL、20 mL和40 mL洗脱，收集洗脱液到100 mL圆底烧瓶，于真空旋转蒸发仪上浓缩至约1 mL，用缓慢氮气流吹干。用甲醇定容至2 mL，过滤后用高效液相色谱仪进行分析［1］。

2.2.2计算公式

样品中芳香胺的含量通过试样溶液芳香胺组分与标准溶液比较后的峰面积进行计算：

式中：W——试样中芳香胺的含量，单位为mg/kg；

Aop——试样芳香胺的峰响应值；

Cref——校准溶液中芳香胺的质量浓度，单位为μg/mL；

V——最终定容体积，单位为mL；

Aref——校准溶液芳香胺的峰响应值；

m——试样质量，单位为g。

3　结果与讨论

3.1不确定度来源的识别

根据实验步骤和计算公式，识别出下列不确定度的来源，具体见图1。

3.2不确定度来源分析

3.2.1样品称量过程产生的不确定度

样品称量过程不确定来源于天平校准产生的不确定度和读数的分辨率产生的不确定度。

3.2.2样品定容过程产生的不确定度

样品定容过程不确定度来源于分度吸量管校准产生的不确定度和温度变化对体积的不确定度。

3.3.3配置标准储备溶液产生的不确定度

标准储备溶液产生的不确定度来源于标准品的纯度、标准品的称量过程和标准品的定容过程三个方面产生的不确定度。

3.3.4标准工作溶液配制过程产生的不确定度

标准工作溶液配置过程不确定来源于标准储备液移取体积产生的不确定度和标准工作溶液定容产生的不确定度。

3.3.5高效液相色谱仪定量产生的不确定度

试验结果是采用高效液相色谱仪定量，仪器的状态是动态的，定量的准确性高低直接影响试验结果，仪器的不确定来源主要经过计量得出［2］。

3.3.6回收率产生的不确定度

皮革禁用偶氮染料项目试验过程相当复杂，过程中对萃取温度、萃取时间、还原过程、SPE柱净化过程和浓缩过程均会对最终结果回收率造成较大影响，回收率的高低直接影响试验结果的准确性，回收率也是不确定度的一个主要来源。

3.3不确定度分量的评定

3.3.1样品称量过程产生的不确定度u（m）

电子天平称量产生的不确定主要有天平校准产生的不确定度u（mj）和分辨率产生的不确定度u（mf）

3.3.1.1天平校准产生的不确定度u（mj）

称量使用分辨率为0.001 g的电子天平，校准证书给出的MPE（最大允许误差）为± 0.005。样品质量的称量分皮重（mgross）和毛重（mtare）两次，按矩形分布计算，天平校准产生的不确定度：

3.3.1.2天平分辨率产生的不确定度u（mf）

称量所用的电子天平分辨率为0.001 g，按矩形分布计算，分辨率产生的不确定度：

3.3.1.3称量产生标准不确定度合成

由此可知，称量的不确定度主要来源于天平校准。

3.3.2样品定容过程产生的不确定度u（V）

3.3.2.1分度吸量管校准产生的不确定度u（Vj）

浓缩液定容时使用2 mL A级分度吸量管，其检定证书给出不确定度为0.0020 mL，k=2，近似为三角形分布，分度吸量管校准产生的标准不确定度

3.3.2.2温度变化对体积的不确定度u（Vt）

分度吸量管校准温度为20℃，实验环境温度为（20±5）℃，温度变化假定平均分布，甲醇的膨胀系数为1.19×10-3，则温度变化引起的体积变化范围为（± 5）×2×1.19×10-3=±0.0119

假定满足矩形分布，则温度对体积的不确定度

3.3.2.3定容产生标准不确定度合成

由式（3-6）可知，样品定容产生的不确定度主要来源于实验室温度的变化。

3.3.3配置标准储备溶液产生的不确定度u（cst）

3.3.3.1标准品纯度产生的不确定度u（cp）

联苯胺标准品证书标明纯度为（98.2±1.0）%，假定矩形分布，则标准品纯度产生的不确定度

表1　联苯胺回收率

3.3.3.2标准品称量产生的不确定度u（cm）

使用分辨率为0.01 mg的电子天平称量3.00 mg联苯胺，根据校准证书，该天平MPE（最大允许误差）为±0.05 mg，则称量产生的不确定度（根据3.2.1得知，称量产生的不确定度主要来源于校准不确定度）：u（cm）=

3.3.3.3标准储备液定容体积产生的不确定度u（cv）

储备液定容使用10 mL A级单标线容量瓶，检定证书给出的MPE（最大允许误差）为± 0.020 mL，校准温度为20℃，实验环境温度为（20±5）℃，温度引起的不确定度参照3.2.2.2计算，则定容时产生的不确定u（cv）

3.3.3.4合成标准储备液浓度的不确定度u（cst）

由此可知，标准储备溶液产生的不确定度主要来源于标准物质的称量。

3.3.4标准溶液配制过程产生的不确定度u（cref）

3.3.4.1标准储备液移取体积产生的不确定度u（Vb1）

使用1 mL A级分度吸量管移取储备液，检定证书上给出不确定度为0.0020 mL，k=2，检定温度为20℃，环境温度为（20± 5）℃。温度引起的不确定度参照3.2.2.2计算，则移取体积产生的不确定度

3.3.4.2标准工作液定容体积产生的不确定度u（Vb2）

使用10 mL A级容量瓶，检定证书给出的MPE（最大允许误差）为±0.020 mL，校准温度为20℃，实验环境温度为（20± 5）℃，温度引起的不确定度参照3.2.2.2计算，则定容体积产生的不确定度

3.3.4.3合成标准工作液浓度的不确定度

由此可知，标准工作液产生的不确定度主要来源于储备液的浓度和储备液移取的体积。

3.3.5高效液相色谱仪定量产生的不确定度u（A）

使用Waters的e2695进行定量，该仪器检定证书显示定量重复性误差为1.7%。则仪器定

量产生的不确定度：

3.3.6回收率产生的不确定度u（r¯）

取一块黑色皮革阳性样品分为六份，分别加入1 mL 29.46 μg/mL联苯胺标准溶液进行回收率实验，计算回收率，回收率见表1。

回收率产生的标准不确定度采用平均值的标准偏差，根据表1中的数据可得：

在95%置信度下，自由度为5的t0.95（5）≈2.571

因此，回收率与1之间有显著性差异，公式（2-1）需要加入回收率校正因子计算，校正因子（）为1.19，即：

对平均回收率进行显著性检验，在95%置信度下，当t值大于或等于自由度双边临界值tcrit时，回收率与1之间有显著性差异，要引入校正因子。当t值小于自由度双边临界值tcrit时，回收率与1之间无显著性差异，可以不做回收率校正。

对于显著的系统影响必须进行校正，这是通用要求［3］。

3.4不确定度分量的合成与扩展不确定度

3.4.1不确定度分量的合成u（W）

根据式（3-17）建立皮革中禁用偶氮染料（高效液相色谱法）测试过程中不确定度的评定数学模型，合成相对标准不确定度的计算公式为：

3.4.2扩展不确定度

取包含因子k=2，则扩展不确定度U=k×u（W）=2u（W）

3.4.3以联苯胺阳性样品为例计算

以一个含有联苯胺的黑色皮革阳性样品为例，样品中联苯胺峰面积为972921，联苯胺标样峰面积为2028000，代入式（3-17）计算样品中联苯胺的含量：

（1）相对标准不确定度

代入式（3-18）计算样品中联苯胺相对标准不确定度u（W）联苯胺

（2）扩展不确定度

3.5结论

1）结合实验过程及不确定度分量结果可知，不确定度的主要来源为标准溶液配制过程、样品的称量过程、实验回收率和样品定容过程。

2）本文计算不确定度选取的黑色皮革阳性样品中联苯胺的含量不确定度报告为：

W联苯胺=（33.64±1.18）mg/kg（k=2）

3）国标GB/T 19942-2005中的计算公式没有提及校正因子，但在实际实验中要进行显著性差异检验，考虑公式中是否带入校正因子，否则会引起结果与真值的偏离。

4）本次评估中，高效液相色谱仪所引起的不确定度对总的不确定度贡献可以忽略，若仪器使用不当或缺少维护，仪器所引起的不确定度或会成为贡献最大的量。所以，当实验条件发生变化，需要重新进行不确定度评估，以保证数值的准确可靠性。

参考文献：

［1］中国国家标准化管理委员会、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，GB/T 19942-2005皮革和毛皮化学实验禁用偶氮染料的测定［S］.北京：中国标准出版社，2006.

［2］中国合格评定国家认可委员会，CNAS-GL06:2006化学分析中不确定度的评估指南［S］.北京.中国计量出版社，2006.

［3］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示［S］.北京：中国计量出版社，2012.

中图分类号：TS 57

文献标识码：A

文章编号：1671-1602（2016）07-0050-05

第一作者简介：赵振伟（1990-），男，大学本科，助理工程师；主要从事皮革、纺织品化学项目检测。联系电话：13824477378 E-mail：zhaozw41@163.com。

Analysis and Uncertainty Evaluation for the Determination of Banned Azo Dyes in Leather

ZHAO Zhen-wei1，2，HE Ying-yu1，2，YANG Feng-bo1，2，MA Wei-juan1，2
（1.Guangzhou Quality Supervision and Testing Institute，Guangzhou 510860，China；2.National Leather Products Quality Supervision and Inspection Center（Guangzhou），Guangzhou 510860，China）

Abstract:The mathematical model of uncertainty was established by analyzing uncertainty factors during testing banned azo dyes in leather（HPLC method）.The results showed that The uncertainty was mainly caused by the preparation process of standard solution，the sample weighting process，the recovery rate of the test and the constant volume process during the test.A piece of black eather was tested.The content of Benzidine in the sample is 33.68 mg/kg，the relative standard uncertainty is 0.59 mg/kg，the expanded uncertainty is 1.18 mg/kg.

Key words:banned azo dyes；HPLC；uncertainty