紫外分光光度法检测地表水中石油类的不确定度评定

林 祎， 姚国英

(杭州萧山供水有限公司，浙江 杭州311203)

石油类是地表水环境质量中监测有机污染物的一个重要指标，由各种烃类混合而成，主要包括烷烃、环烷烃和芳香烃，部分烃类具有极强的致癌性。石油类污染对水生环境破坏力极强，当水中石油类含量达到0.1 ～0.4 mg/L 时，有可能在水面形成油膜，使水体与大气之间的气体交换无法顺利进行，导致水体缺氧，进而危害水生生物的生存并使部分有机污染物无法进行有氧降解;当含量超过3 mg/L时，会严重阻碍水体的自净过程，使水质急剧恶化，最终影响到人类的正常生活［1］。笔者依据《水质 石油类的测定 紫外分光光度法》(HJ 970—2018)［2］，对地表水中石油类含量进行测定，对影响最终结果的各个不确定度分量进行研究分析，以提高检测结果的准确度。

1 材料与方法

1.1 主要仪器和试剂

UV-1800PC 紫外可见分光光度计，配2 cm 比色池。

石油成分分析标准物质，标准值为(1000 ±22)mg/L;正己烷，色谱纯。

移液器(100 ～1 000 μL，1 ～10 mL)、容量瓶(50和25 mL)、量筒(500 和25 mL)。

1.2 标准曲线的绘制

用10 mL 移液器准确移取5.00 mL 石油类标准溶液至50 mL 容量瓶中，以正己烷为溶剂定容，配置成浓度为100 mg/L 的石油类标准使用液。再取6个25 mL 的容量瓶，用1 和10 mL 的移液器分别移入0，0.25，0.50，1.00，2.00 和4.00 mL 的石油类标准使用液，以正己烷为溶剂稀释至标线，充分摇匀。在225 nm 波长下，以正己烷为参比溶液，使用2 cm的石英比色皿，在紫外可见分光光度计上测定吸光值，绘制标准曲线［2］。

1.3 样品的测定

将经过1.5 mL 盐酸溶液酸化的水样约500 mL全部转移至自动萃取装置的1 000 mL 分液漏斗中，加入25.0 mL 正己烷于分液漏斗中。自动萃取10～15 次，静置使其分层，将下层水相小心转移至1 000 mL 量筒中，对样品体积进行测量并记录。将上层萃取液转移至装有厚约10 mm 无水硫酸钠的玻璃漏斗内脱水，后将萃取液转移至硅酸镁吸附柱内过滤，弃去前2 ～3 mL 滤液。将萃取液移入2 cm 石英比色皿中，在225 nm 波长下，以正己烷作参比溶液，测定吸光值［2］。

1.4 不确定度的评价方法

1.4.1 评定方法

参照不确定度评定的相关国家标准要求，分别计算标准溶液及其配制、标准工作曲线的拟合、样品前处理以及样品重复性测定这4 个方面所引入的A类和B 类不确定度，最终求得该方法的扩展不确定度［3］。

1.4.2 建立数学模型

根据被测量与输入量的关系，建立数学模型［4］:

式中:C 为水样中石油类浓度，mg/L;Q 为正己烷萃取液中的石油类浓度，mg/L;V1为正己烷萃取液的体积，mL;V2为水样的体积，mL。

2 相对标准不确定度的计算

2.1 配制标准溶液时引入

2.1.1 标准溶液引入

用于绘制标准曲线的标准溶液浓度为1 000 mg/L，最大允许误差为±22 mg/L，采用矩形均匀分布，取，则石油类标准溶液的相对标准不确定度:

2.1.2 稀释定容过程中引入

计量容器的校准和温度会引入相对不确定度，标准溶液在稀释过程中引入的不确定度主要来源于所用的移液器、容量瓶等计量容器［4］。

① 50 mL 容量瓶

50 mL 容量瓶的最大允许误差为±0.05 mL［6］，采用矩形均匀分布，取则其相对不确定度:

设温度波动为±3 ℃，查得正己烷膨胀系数为1.36 ×10-3℃，采用矩形均匀分布，取，则温度变化对50 mL 容量瓶所引入的相对标准不确定度［7］:

因此，配制标准溶液过程中50 mL 容量瓶所引入的相对标准不确定度:

② 25 mL 容量瓶

查得25 mL 容量瓶的最大允许误差为±0.03 mL［6］，采用矩形均匀分布，取其相对不确定度:

温度变化对25 mL 容量瓶引入的标准不确定度:

因此，配制标准溶液过程中25 mL 容量瓶所引入的相对标准不确定度:

③ 10 mL 移液器

V10=2 mL，使用量程为1 ～10 mL 的移液器(Eppendorf G39584F)，其扩展不确定度为0.002 9 mL，k=2(依据校准证书)，其相对标准不确定度［8］:

温度变化对10 mL 移液器引入的相对标准不确定度:

得到配制标准溶液过程中10 mL 移液器所引入的相对标准不确定度:

④ 1 mL 移液器

V1=0.1 mL，使用量程为0.1 ～1.0 mL 的移液器(Eppendorf G39584F)，其扩展不确定度为0.000 6 mL，k=2，其相对标准不确定度［8］:

温度变化对1 mL 移液器引入的相对标准不确定度:

得到配制标准溶液过程中1 mL 移液器所引入的相对标准不确定度:

综合计算，得到标准溶液引入的相对标准不确定度:

2.2 标准工作曲线拟合引入

使用浓度为1000 mg/L 的石油类标准溶液，以正己烷为溶剂，分别配制成0，1. 00，2. 00，4. 00，8.00和16.00 mg/L 的系列标准溶液。将上述6 个浓度的系列标准溶液分别移入2 cm 石英比色皿中，以正己烷作参比，用可见紫外分光光度计于225 nm波长下重复测定3 次，结果见表1。

表1 标准溶液参数

拟合标准曲线，得到回归方程为 A =0.048 5C-0.009 4，回归系数r =0.999 8。样品平行测定6 次，得到测定浓度C0的标准不确定度:

式中:b 为标准曲线斜率，0.048 5;p 为待测样品的测定次数，6;n 为回归曲线点的总测量次数，18;C 为待测样品浓度的平均值，4.25 mg/L;C0为回归曲线所有点浓度的平均值，mg/L;SR为回归曲线的剩余标准偏差［7］。

式中:A0i为各标准液的实际值;a +bC0i为回归曲线算出的理论值;C0i为标准液的各个浓度值，mg/L。

将各值带入公式(2)，求得u(C0)=0. 094 7 mg/L。

计算得到标准曲线拟合时所引入的相对标准不确定度:

2.3 样品前处理过程引入

2.3.1 萃取和吸附引入

萃取过程中引入的不确定度以加标回收率进行评定［9］。在500 mL 纯水中加入1 mL 浓度为100 mg/L 的石油类标准使用液，6 次测定后计算平均加标回收率，测定结果见表2。

表2 回收试验结果

加标回收率被测量可能值区间的半宽度［3］:

其中，Rmax为回收率最大值，Rmin为回收率最小值。

2.3.2 移液所引入

① 1 mL 移液器

V1=1 mL，使用量程为0.1 ～1.0 mL 的移液器(Eeppendorf G39584F)，其扩展不确定度为0.002 9 mL，k=2(依据校准证书)，其相对标准不确定度［8］:

温度变化对1mL移液器引入的相对标准不确定度:

使用1 mL 移液器移取标准溶液过程中所引入的相对标准不确定度:

② 500 mL 量筒

查得500 mL 量筒的最大允许误差为±5.0 mL，采用矩形均匀分布，取，其相对标准不确定度［6］:

500 mL 量筒因温度变化引入的相对标准不确定度:

500 mL 量筒在水样移取过程中所引入的相对标准不确定度:

③ 25 mL 量筒

查得25 mL 量筒的最大允差为±0.50 mL，采用矩形均匀分布，取，则其相对标准不确定度［6］:

25 mL 量筒因温度变化引入的相对标准不确定度:

使用25 mL 量筒移取正己烷过程中引入的相对标准不确定度:

计算得到，样品前处理过程中涉及到的萃取、吸附、1 mL 移液器与、25 和500 mL 量筒所引入的相对标准不确定度:

2.4 吸光值测定时重复性引入

对加标后浓度为0.2 mg/L 的样品进行萃取，重复测定6 次的结果分别为0. 215，0. 212，0. 213，0.211，0.214 和0.210 mg/L。经计算，平均值为

3 不确定度分量的汇总

将各个不确定度分量进行汇总，如表3 所示。0.212 mg/L，标准偏差SD(重)为0.00193，标准误差SE(重)为0. 00079，吸光强度标准不确定度u(重)=SE(重)=0.00079，故实验中测定的重复性所能引入的相对标准不确定度为［9］:

表3 各不确定度分量汇总

4 合成标准不确定度与扩展不确定度

因此，实验的合成标准不确定度:

在95%置信水平下，当扩展因子k =2 时，本次实验的扩展不确定度:

5 结论

对地表水中石油类浓度的紫外分光光度法测定结果的不确定度评定结果表明，对不确定度贡献最大的是样品前处理过程，其次为标准工作曲线的拟合，而样品的重复性测定对不确定度的贡献相对较小。因此，在使用分光光度法测地表水中的石油类浓度时，选用较高精度的分液漏斗、移液器和量筒等、使萃取完全以及保证操作环境温度稳定等措施，可减少因前处理而引入的不确定度，从而提高实验结果的准确度。