甲醇中氯苯溶液标准物质的制备技术研究及不确定度评定

方　正，张鹏辉，潘　义，张苏敏，白　花，杨嘉伟，赵杨兰，苏　丹

（中国测试技术研究院，四川 成都 610021）

甲醇中氯苯溶液标准物质的制备技术研究及不确定度评定

方正，张鹏辉，潘义，张苏敏，白花，杨嘉伟，赵杨兰，苏丹

（中国测试技术研究院，四川 成都 610021）

建立甲醇中氯苯溶液标准物质的研制及不确定度评定方法。使用气相色谱（GC）和液相色谱（HPLC）两种不同方法精确测定氯苯主成分含量，电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）和卡尔·费休水分仪（KF）测定无机杂质和水分含量，并最终通过质量平衡法对氯苯纯度进行准确定值。采用重量-容量法制备特性量值为10.0μg/mL的甲醇中氯苯溶液标准物质，其主要用于污染物中氯苯的成分分析、环境评价以及相应分析方法的确认等，制备的标准物质均匀性和稳定性良好，定值结果的相对扩展不确定度为U=3%（k=2），有效期限24个月，通过与同类国家标准样品甲醇中氯苯GSB 07-1220——2000量值比对，验证制备方法定值结果的准确性。

氯苯；标准物质；特性量值；不确定度

0　引言

氯苯类化合物（chlorobenzenes，CBs）是一类非常重要的化工原料和中间体，在化工、纺织、电子、农药、医药和制造等行业应用广泛，CBs通常具有较强的气味，理化性质稳定，不易分解，在水中溶解度小，可溶于醇、醚、苯等多种有机溶剂。此外，CBs还具有强烈刺激作用，对人体的皮肤、结膜和呼吸器官产生刺激，并可引起急性或慢性神经障碍，因而具有较高的毒性。在以CBs为原料的企业所排放的废水中，常可检测出高浓度氯苯类化合物［1］，水中CBs已成为许多国家尤其是发达国家环保监测的重点。氯苯作为CBs中结构最简单、使用最广泛的一种物质，是一种具有苦杏仁味的无色液体，在化学工业中用作有机合成和溶剂。氯苯不仅会对人体神经系统、皮肤等产生危害，还会对地表水和地下水造成污染［2-7］。因此我国对水体中氯苯的含量做了明确规定和限制。我国灌溉水使用标准GB 22573——2008中氯苯的最高允许含量为0.3 mg/L［8］。目前，氯苯的检测标准有GB/T 11938——1989《水源水中氯苯系化合物卫生检验标准方法 气相色谱法》［9］和HJ 621——2011《水质 氯苯类化合物的测定 气相色谱法》［10］。国内已有相应的氯苯溶液标准物质，其量值范围均在100～1000μg/mL，而10.0μg/mL的氯苯溶液标准物质还未曾研制。因此，为满足水质环境监测的迫切需求，采用重量-容量法研制了甲醇中氯苯溶液标准物质。

1　实验部分

1.1主要仪器与试剂

7890B型气相色谱仪（美国 Agilent公司）；7890B-5977A型气相色谱-质谱联用仪 （美国Agilent公司）；1100型高效液相色谱仪（美国Agilent公司）；NexION 300X型电感耦合等离子体质谱仪 （美国 PE公司）；931卡尔·费休水分测定仪 （瑞士Metrohm公司）；CPA225D型电子天平（德国Sartorius公司）；容量瓶、移液管（A级，德国Brand公司）。

甲醇（色谱纯，德国Merck公司）；氯苯（色谱纯，美国SIGMA-ALDRICH公司）；甲醇中氯苯溶液标准物质（1000μg/mL，环境保护部标准样品研究所）。

1.2实验方法

1.2.1原料的定性和纯度分析

采用气相色谱-质谱联用仪对氯苯进行定性分析，将得到的图谱分别与气相色谱-质谱标准图谱比较。

采用质量平衡法［11-15］测定氯苯的纯度PM，计算公式为

式中：XMoi——水分的含量；

XEle——无机元素的含量；

PGC-HPLC——气相色谱和高效液相色谱两种方法测得样品纯度的平均值。

1.2.2标准物质的制备

采用逐级稀释法制备氯苯溶液标准物质的目标浓度，根据原料实际纯度、天平称量质量和容器定容体积，先制备1 000 μg/mL的甲醇中氯苯储备液，随后移取10 mL该储备液，稀释定容至1 000 mL容量瓶中，制备成10.0μg/mL的甲醇中氯苯溶液标准物质。随后灌封于洁净的2.0mL棕色玻璃安瓿瓶中，每瓶1.0mL。除去灌装过程的损失，共制备约800瓶，低温避光保存。

1.2.3原料测定方法和条件

气相色谱-质谱分析条件

色谱柱：DB-624（60 m×320 μm，1.8 μm）；进样口温度：220℃；检测器温度：250℃；色谱柱流量：3mL/min；升温条件：35℃保持6 min，以5℃/min升至180℃，保持3min；分流比：5∶1；进样量：1.0μL。

接口温度250℃；离子源温度：230℃；四级杆温度：150℃。

液相色谱分析条件

色谱柱：Agilent ZORBAX SB C18（150mm×4.6mm，5 μm）；流动相：水/乙腈（45/55）；流量：1.0mL/min；进样量：10.0μL；检测波长：260nm。

1.2.4均匀性检验

依据JJF 1006——1994《一级标准物质技术规范》的规定，在不同批次样品的前、中、后期，分别随机抽取5个单元进行均匀性检验。以单因素方差分析对测定结果进行分析统计，从而判断样品的均匀性程度。若检验结果F＜F0.05（ν1，ν2），则说明样品均匀性良好［16-17］。

1.2.5稳定性检验

按照JJF 1343——2012《标准物质定值的通用原则及统计学原理》的要求，用回归曲线法进行稳定性监测结果的判断［18-19］，以稳定性检验结果作浓度对时间的拟合直线。

1.2.6不确定度评定

考虑到标准物质制备过程的各影响因素，则其相对合成不确定度的计算公式为

式中：uP，rel——制备过程引入的相对标准不确定度；

uH，rel——均匀性引入的相对标准不确定度；

uS，rel——稳定性引入的相对标准不确定度。

取包含因子k=2，置信概率约为95%，则扩展不确定度为

1.2.7标准物质的比对验证

随机抽取研制的样品溶液与同类国家标准样品甲醇中氯苯GSB 07-1220——2000进行比对分析。若En≤1，则比对结果满足要求。

式中：x0——比对标准物质测定值；

x——研制标准物质测定值；

U0——比对标准物质测定值的扩展不确定度；

U——研制标准物质测定值的扩展不确定度。

2　结果与讨论

2.1原料定性和纯度分析结果

2.1.1原料的定性分析

将测得的氯苯气相色谱-质谱图与其标准图谱比较，结果表明，测得氯苯的质荷比（m/z：112.56）与其理论质荷比（m/z：112.56）一致，可以确证化合物组成，如图1所示。

2.1.2原料的主成分含量分析结果

采用气相色谱（GC）和高效液相色谱（HPLC）两种方法测定氯苯主成分含量，重复测量6次，以6次测量平均值作为该方法测得样品的主成分含量结果，分析结果见表1和表2。

图1　氯苯的实际分析质谱图与标准质谱图

结果表明，两种方法测定结果的相对标准偏差为0.012%，定值结果非常接近，为等准确度测量。因此，氯苯主成分含量结果为两种方法测量结果的平均值，即：

表1　气相色谱法测定氯苯主成分含量结果

表2　高效液相色谱法测定氯苯主成分含量结果

2.1.3水分和无机杂质含量分析结果

采用卡尔·费休水分仪（KF）测定原料中水分含量，测量6次，取平均值为测定结果，测得水分含量为0.023%；采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定原料中金属离子含量，检测结果表明：扣除本底甲醇的影响，原料中金属元素总含量小于0.0002%，可忽略不计。

由上述分析结果可知，采用质量平衡法测得氯苯的纯度PM为99.92%。

2.2均匀性检验结果

均匀性检验结果和统计数据见表3和表4，结果表明，F检验值小于F临界值，甲醇中氯苯溶液标准物质均匀性符合要求。

表3　甲醇中氯苯溶液标准物质均匀性检验结果 μg/mL

2.3稳定性检验结果

稳定性检验结果和统计数据见表5和表6，结果表明，|b1|＜t0.95，n-2×s（b1），说明稳定性检验结果直线的斜率不显著，在24个月内，该样品具有良好的稳定性。

表4　均匀性研究统计结果

表5　甲醇中氯苯溶液标准物质稳定性检验结果

表6　稳定性研究统计结果

2.4不确定度评定

根据甲醇中氯苯溶液标准物质制备过程中的影响因素，对定值结果的不确定度进行了评定［13-14］。

2.4.1制备过程引入的不确定度

甲醇中氯苯溶液标准物质制备过程引入的不确定度主要包括：1）纯度定值引入的不确定度；2）天平称量引入的不确定度；3）容量量器引入的不确定度。

1）纯度定值引入的相对标准不确定度

根据表1和表2的结果，采用两种方法测定氯苯主成分含量的相对标准偏差分别为0.012%和0.003%，则其引入的相对标准不确定度为uGC，rel=0.012%和uHPLC，rel=0.003%。两种方法主成分含量测定引入的相对标准不确定度为

卡尔·费休水分仪测定氯苯中水分含量，6次测量结果的标准偏差为0.008%，则水分测量引入的标准不确定度uMoi=0.008%。由于氯苯中金属元素含量小于0.0002%，对纯度测量的不确定度影响很小，可忽略不计。因此，水分和无机杂质测量引入的标准不确定度为

由于氯苯纯度由质量平衡法确定，所以氯苯纯度测量的合成相对标准不确定度为

2）天平称量引入的相对标准不确定度

根据天平的校准证书，天平称量结果的扩展不确定度为0.1mg，k=2，加入的样品质量由两次称量质量之差所得，则称量引入的标准不确定度为

由于在溶质称量和转移过程中使用密闭注射器，称量过程溶质挥发引起的质量变化很小，因此，称量过程溶质挥发引起的质量变化忽略不计。

氯苯的称量质量为1.00090g，则天平称量引入的相对标准不确定度为

3）容量量器引入的相对标准不确定度

在溶液标准物质制备过程中，使用了10 mL A级单标线移液管和1 000 mL A级容量瓶。根据常用玻璃量器检定规程，10 mL A级单标线移液管和1 000 mL A级容量瓶的最大允许误差分别为0.02 mL和0.40 mL。按照均匀分布，容量量器引入的相对标准不确定度为

制备过程中使用了10 mL A级单标线移液管1次，1000mL A级容量瓶2次。因此，由容量量器体积误差引入的合成相对标准不确定度为

4）体积-温度变化引入的相对标准不确定度

制备甲醇中氯苯溶液标准物质的环境温度为（20±2）℃，按照温度波动变化2℃来考虑体积变化对溶液浓度的影响。一般玻璃量器体积膨胀系数为9.9×10-6℃-1，环境温度变化2℃对其影响可忽略不计。标准物质的溶剂为甲醇，常温下体积膨胀系数约为0.118×10-2℃-1，因此，由温度变化2℃引起的溶液体积变化区间为

按均匀分布，则温度-体积变化引入的标准不确定度为

对上述制备过程引入的相对标准不确定度分量合成，则制备过程引入的相对标准不确定度为

则温度-体积变化引入的相对标准不确定度为

2.4.2均匀性引入的相对标准不确定度

标准物质均匀性引入的标准不确定度由下式计算：

根据表4的统计结果：s12=0.030，s22=0.022，n=3，得到均匀性引入的标准不确定度为uH=0.052μg/mL，则相对标准不确定度为

2.4.3稳定性引入的相对标准不确定度

稳定性检验结果表明，研制的甲醇中氯苯溶液标准物质稳定性检验结果的拟合直线斜率不显著，按照直线无趋势评定不确定度，则稳定性引入的标准不确定度为

相对标准不确定度为

2.4.4合成相对标准不确定度

氯苯溶液标准物质制备过程中各影响因素引入的相对标准不确定度见表7。

表7　甲醇中氯苯溶液标准物质不确定度分量

取包含因子k=2，置信度水平约95%，甲醇中氯苯溶液标准物质的相对扩展不确定度为

2.5比对和验证

研制的甲醇中氯苯溶液标准物质与同类国家标准样品甲醇中氯苯GSB 07-1220——2000进行量值比对，分析结果见表8。

表8　甲醇中氯苯溶液标准物质比对结果

比对结果|En|＜1，表明甲醇中氯苯溶液标准物质定值准确度和不确定度符合要求。

3　结束语

采用重量-容量法制备了特性量值为10.0μg/mL的甲醇中氯苯溶液标准物质，并建立相应的制备和分析方法。研制的标准物质具有良好的均匀性和稳定性，并评定了定值结果的不确定度。通过与国家标准样品GSB 07-1220——2000量值比对，验证了定值结果的准确性。标准物质定值结果的相对扩展不确定度为U=3%（k=2），有效期限为24个月。经行业用户试用，甲醇中氯苯溶液标准物质量值准确可靠、性能稳定，能够满足相关行业的使用需求。

［1］顾海东.吹扫捕集-气相色谱法测定水中挥发性卤代烃和氯苯［J］.环境监测管理与技术，2002，14（6）：23-25.

［2］吴迪，杜青平.室内环境中氯苯对人体健康危害的研究进展［J］.河北农业科学，2009，13（2）：73-74.

［3］刘玉萍.松花江水体氯苯类污染物的污染研究［J］.环境科学与研究，2006，31（5）：91-93.

［4］催玉川，傅涛.我国水污染及饮用水源中有机污染物的危害［J］.城市环境与城市生态，1998，1（3）：23-25.

［5］王晓燕，尚伟.水体有毒有机污染物的危害及优先控制污染物［J］.首都师范大学学报（自然科学版），2002，23（3）：73-78.

［6］张新钰，辛宝东，王晓红，等.我国地下水污染研究进展［J］.地球与环境，2011，39（3）：415-422.

［7］王硕，戴炳业，张岩.氯苯类化合物测定方法的研究现状［J］.天津科技大学学报，2008，23（1）：83-86.

［8］灌溉水中氯苯、1，2-二氯苯、1，4-二氯苯、硝基苯限量：GB 22573—2008［S］.北京：中国标准出版社，2008.

［9］水源水中氯苯系化合物卫生检验标准方法气相色谱法：GB/T 11938—1989［S］.北京：中国标准出版社，1989.

［10］水质 氯苯类化合物的测定 气相色谱法：HJ 621—2011［S］.北京：中国标准出版社，2011.

［11］杨嘉伟，代妍，潘义，等.异辛烷中八氟萘溶液标准物质的研制［J］.化学试剂，2014，36（12）：1101-1103.

［12］王星，潘义，张鹏辉，等.黏度标准物质研制［J］.中国测试，2015，41（5）：5-8.

［13］代妍，张鹏辉，潘义，等.异丙醇-水中利血平溶液标准物质的研制［J］.化学试剂，2015，37（8）：725-728.

［14］李红梅.标准物质质量控制及不确定度评定［M］.北京：中国质检出版社，2014.

［15］测量不确定度评定与表示：JJF 1059—1999［S］.北京：中国计量出版社，1999.

［16］全浩，韩永志.标准物质及其应用技术［M］.北京：中国标准出版社，2003：90-107.

［17］钱耆生.分析测试质量保证［M］.沈阳：辽宁大学出版社，2003：103-115.

［18］全国标准物质管理委员会.标准物质的研制管理与应用［M］.北京：中国计量出版社，2010：38-122.

［19］标准物质定值原则及统计学原理：JJF 1343—2012［S］.北京：中国质检出版社，2012.

（编辑：徐柳）

Preparation of chlorobenzene certified reference material in methanol and evaluation for uncertainty

FANG Zheng，ZHANG Penghui，PAN Yi，ZHANG Sumin，BAI Hua，YANG Jiawei，ZHAO Yanglan，SU Dan
（National Institute of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China）

The preparation and evaluation for uncertainty methods of chlorobenzene certified reference material（CRM）in methanol were established.The main component content of chlorobenzene was determined by gas chromatography（GC）and high performance liquid chromatography（HPLC），and the contents of inorganic impurities and water were also analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry（ICP-MS）and coulometric Karl Fischer titrator，respectively.Finally，the purity of chlorobenzene was accurately determined by Mass-Balance method.This CRM solution with characteristic value of 10.0 μg/mL that primarily used for the content analysis of chlorobenzene in pollutants，evaluationofenvironmentandvalidationofanalyticalmethodswaspreparedby Weighting-Volumetric method.The developed CRM has good homogeneity and stability with the uncertainty of 3%（k=2）and the validity period of 24 months.Compared with the national reference material of chlorobenzene in methanol（GSB 07-1220——2000），the accuracy of preparing method was confirmed.

chlorobenzene；reference material；characteristic value；uncertainty

A

1674-5124（2016）08-0048-05

10.11857/j.issn.1674-5124.2016.08.010

2016-03-19；

2016-04-21

方正（1963-），男，辽宁沈阳市人，研究员，主要从事标准物质制备方法及化学计量量值溯源体系研究。