电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铝箔中的铅含量

弥海鹏 王亚森 苏中华 马兵兵 周西林 邓 雄

(1.重庆市计量质量检测研究院，重庆 401123；2.国家铝镁合金及制品质量监督检验中心，重庆 408403)



电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铝箔中的铅含量

弥海鹏1王亚森1苏中华2马兵兵2周西林2邓 雄2

(1.重庆市计量质量检测研究院，重庆 401123；2.国家铝镁合金及制品质量监督检验中心，重庆 408403)

采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定了铝箔基材中的Pb含量，应用最小二乘法线性拟合工作曲线，相关系数为0.9991(f=3)，斜率和截距的标准偏差依次为3.0618、3.1523。并选择铝合金标准样品进行方法准确性和精密度验证试验，结果令人满意。随后通过建立不确定度评定的数学模型、分析不确定度来源和不确定分量间的相关性并计算不确定度分量得到测量结果的扩展不确定度。

电感耦合等离子体原子发射光谱法 测量不确定度 铝箔 铅

ISO/IEC Guide 98-3:2003中，将测量不确定度(Measurement Uncertainty )定义为“表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数”。测量不确定度从某种程度上讲是对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度，是实验室进行质量控制的一项必须工作，也是实验室保证获取信息可靠性和提高测量准确度的重要手段[1-4]。特别是国家质检机构改革后，必然会有大量的第三方检测机构涌入市场，势必面临激烈的竞争，检测结果报告不仅仅只需要的是一个数据，也需要报告测量结果不确定度。目前，已有部分化学分析工作者对测量结果的不确定度的评定进行了研究和探索[5，6]。然而，采用仪器方法测定物质中的元素含量，基本上都需要拟合工作曲线，即系列标准溶液浓度与对应测定强度之间的关系，因此在计算合成标准不确定度时要考虑不确定分量间的相关性，而这点往往在不确定度评定时没有被明确地提出来，即默认各输入量之间不相关。另外，同一实验者在同一仪器进行同一类型的分析，随着实验者实验次数的不断增加和长期的经验积累，实验者自身会形成比较稳定的自身系统误差，而实验仪器由于外界环境条件、仪器自身软等众多随机变量的影响，相对于实验者来说，稳定性要差一些，换句话说，标准溶液浓度的不确定度比对应测定强度的不确定度要小得多。本实验采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定铝箔中的铅含量，同时采用线性最小二乘法拟合工作曲线，在测量不确定度评定过程中进行了合理的取舍，以避免未考虑系列标准溶液浓度与对应测定强度的相关性而出现不合理的评定，对实验室逐步建立不确定评定体系，确保测试结果的准确性，以及在一定的置信水平上把握实验室数据的可靠性有重要的现实意义。

1 试验部分

1.1 试剂与仪器

OPTIMA 7300V电感耦合等离子体原子发射光谱仪(PerkinElmer)(参数设置见表1)，BSA224S-CW分析天平(Sartorius)，GWA-UN5-10超纯水机(北京普析通用仪器有限责任公司，电导率为18.2MΩ·cm)。

盐酸、过氧化氢(GR，重庆川东化工(集团)有限公司)；Pb单元素标准溶液(1000mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心)。E215b铝合金标准样品(Pb：0.019%，西南铝业(集团)有限责任公司)。

表1 OPTIMA 7300V电感耦合等离子体原子发射光谱仪参数设置

仪器参数设定值氩气0.7MPa等离子体流量15L/min辅助气体流量0.2L/min雾化器0.8L/min工作功率1300W泵速1.50mL/min读数延迟时间60s重复测定次数3次

1.2 试液准备

样品溶液准备：准确称取0.2000g铝箔样品于干燥洁净的烧杯中，加入25mL盐酸溶液(v∶v=1∶1)，盖上表面皿，待剧烈反应后，加入2mL过氧化氢，待试样完全溶解后，在电热板上加热至冒大气泡，冷去至室温。将试液转移至100mL容量瓶，用洗瓶洗涤烧杯内壁2～3次，洗涤液一同转移至容量瓶，定容摇匀，待上机分析。同时称取与试样相同量的高纯铝和E215b铝合金标准样品，随同试样做空白试验和方法准确性验证试验。

系列标准溶液的配制：将1000mg/L Pb单元素标准溶液储备液逐级稀释至10mg/L，分别移取0.0、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0mL于100mL容量瓶中，加入超纯水至刻度线，定容摇匀，获得浓度依次为0.0、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0mg/L系列标准溶液。

将上述空白试液、系列标准溶液、样品溶液以及方法准确性验证试液在波长220.353nm处进行上机测定，绘制工作曲线并计算试样中的Pb含量。

2 结果与讨论

2.1 干扰校正

本实验选择两点背景校正技术消除背景干扰。另外，采用MSF多组分谱图拟合技术消除谱线干扰，在检查光谱模式中，查看光谱的异常情况，并据此进行修改，如更新峰波长，更改背景校准点，从而识别并消除干扰信号。

2.2 工作曲线

系列标准溶液3次测定强度值见表2，采用最小二乘法线性拟合得到工作曲线，相关信息详见表3。线性相关系数为0.9991(f=3)，斜率和截距的标准偏差依次为3.0618、3.1523，表明工作曲线线性较好，可以满足样品测定的要求。

表2 系列标准溶液的测定强度

表3 拟合所得工作曲线相关信息

2.3 检出限计算

检出限计算采用贝塞尔公式用强度值进行计算，即3倍的10次空白试液强度测定值的标准偏差S=2.732与工作曲线斜率BS的比值，其值为0.04mg/L。

2.4 准确度和精密度

E215b铝合金标准样品中Pb含量8次测定结果依次为0.0183%、0.0179%、0.0185%、0.0185%、0.0180%、0.0181%、0.0187%、0.0183%，平均值为0.0183%，与E215b铝合金标准样品鉴定(0.019%)含量很接近，表明该方法的准确性很好，其相对标准偏差(RSD)为1.5029%说明方法的精密度也令人满意。

2.5 样品测定

将制备好样品溶液引入电感耦合等离子体原子发射光谱仪进行测定，平行测定8次，测定结果见表4。从测定的原始结果中不难看出，样品中Pb浓度的相对标准偏差(RSD)为2.8409，满足定量分析的要求。

表4 样品中Pb的测定结果

2.6 测量不确定度的评定

2.6.1 数学模型

其中，ω(Pb)：样品Pb的质量分数(%)；C：样品中Pb的浓度(mg/L)；V：样品溶液的体积(mL)；m：样品的质量(g)。

2.6.2不确定度来源分析和计算2.6.2.1 测量重复性rs

根据贝塞尔公式计算测量重复性的不确定度u(rs)。测定8次，结果见表3，计算得到u(rs)=s=0.0005%。

2.6.2.2 电子天平m

2.6.2.3 溶液体积V

2.6.2.4 铅的浓度C0

铅浓度C0的测量不确定度主要是由于工作曲线的不确定度引入的，评定中我们认为横坐标(浓度C)的不确定度远小于纵坐标(强度值I)的不确定度，因此，在正常操作的情况下，不确定度来源最显著的是强度值I的随机变化，而校准溶液浓度的不确定度足够小可以忽略。所以由工作曲线引起被测量溶液Pb浓度的标准不确定度可根据公式(2)～(5)计算得到，计算所得铅浓度C0的测量不确定度u(C0)=0.0117。

(2)

(3)

(4)

(5)

2.6.3合成不确定度

(6)

=0.0409

uc(ω)=0.0188%×0.0409≈0.0008%

2.6.4 扩展不确定度

取包含因子k=2时，计算扩展不确定度：U=2×0.0008%=0.0016%。因此，采用此方法测得铝箔中的铅的质量分数可表达为：ω(Pb)=(0.0188±0.0016)%；k=2。

3 结论

采用电感耦合等离子原子发射光谱法测定铝箔中的铅含量，所建立的工作曲线以及方法的准确性和精密度验证试验均令人满意。随后对测量结果的不确定度进行了评定，其中工作曲线拟合所引入的标准不确定度分量对合成标准不确定度的影响较大，这也提示我们在日常的检验检测过程中要密切关注工作曲线可能引入的不确定分量，并经常根据实际情况进行测量结果不确定度评定，以确保实验室实验结果的准确性、可靠性和客观性。

[1] International Organization for Standardization. ISO 8466-1: 1990 Water quality-Calibration and evaluation of analytical methods and estimation of performance characteristics Part 1: Statistical evaluation of the linear calibration function[S].

[2] 中国金属学会分析测试分会. CSM 01 01 01 04-2006, 电感耦合等离子体发射光谱法测量结果不确定度评定规范[S].

[3] 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.

[4] 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[J].

[5] 双 龙, 文 亭, 石成纲, 等. 电感耦合等离子发射光谱法与原子吸收光谱法测定铜矿石中铜的不确定度评定[J]. 分析仪器, 2016, (1): 48-55.

[6] 杨凤华. 微波消解-AAS法测定食品中铅、镉、铁、锰、铜和锌及其不确定度评估[J] 光谱学与光谱分析, 2007, 27(7): 1440-1443.

[7] 国家质量监督检验检疫总局. GB/T 20975.25-2008, 铝及铝合金化学分析方法 第25部分：电感耦合等离子体原子发射光谱法[S].

Determination of lead in aluminum foils via inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) .

Mi Haipeng1，Wang Yasen1，Su Zhonghua2，Ma Bingbing2，Zhou Xilin2，Deng Xiong2

(1.ChongqingAcademyofMetrologyandQualityInspection，Chongqing401123，China；2.NationalQualitySupervisionandInspectionCenterforAluminumMagnesiumAlloysandProducts，Chongqing408403，China)

The work curve was fitted using the least squares method with the correlation coefficient 0.9991 (f=3) and the standard deviation(SD) of the slope and intercept was 3.0618, 3.1523. The accuracy and precision of experimental method was satisfactory. The expanded uncertainty of the measurement results was obtained by the established mathematical model of uncertainty evaluation.

ICP-AES；measurement uncertainty；aluminum foils；lead

国家质检总局科技计划项项目(2014QK263)，重庆市质监局科技攻关项目(CQZJKY2014029)

弥海鹏，男，1987年出生，工程师，E-mail：yunjie2070@sina.com。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.06.014

2016-04-07