电感耦合等离子体质谱仪测量结果 的不确定度评定

郭小岩 李凡 徐杨 董璐

【摘要】 本文介绍了电感耦合等离子体质谱仪测量结果的不确定度评定方法，给出了具体详细、完整的评定过程。

【关键词】 电感耦合;质谱仪;不确定度

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2020.05.009

The Evaluation of Uncertainty in Mearsurement Result of ICP-MS

GUO Xiao-yan1，LI Fan1，XU Yang2，DONG Lu1

（1.Liaoning Provincial Institute of Measurement，Shenyang 110004，China;

2.PetroChina Liaohe Petrochemical Company，Panjin 124000，China）

Abstract： The paper introduces the method of the evaluation of uncertainty in mearsurement result of ICP-MS，gives the detailed and complete process of the evaluation.

Key words： inductive coupling;mass spectrometer;uncertainty

电感耦合等离子体质谱仪，英文名称ICP-MS，是化学元素分析最常使用的三种仪器设备之一。它的主要用途是对各类金属、非金属的化学元素进行分析。例如，测量高纯度过氧化氢中的超痕量元素、对食品进行元素分析、测量半导体中的无机杂质等。由于其检测限最低，所以在各类需要对元素进行精密分析的行业和领域都有着十分广泛的应用。

1 概述

1.1 测量依据

测量依据JJF 1059-2006进行。

1.2 测量标准

使用ICP-MS仪器校准用溶液标准物质，具体信息如表1所示。

表1 校准用溶液标准物质信息

[名称 技术性能 扩展不确定度 元素 标准物质标准值 ICP-MS仪器校准用溶液标准物质 Be 10.0μg/L U=0.6 μg/L，k=2 In 10.0μg/L U=0.6 μg/L，k=2 Bi 10.0μg/L U=0.6 μg/L，k=2 ]

1.3 测量方法

以1×10-2 mg/L的Be、In、Bi、混合溶液进样，测量质量数9、115、209处的离子计数，积分时间0.1 s，分别测量20个数据，取其平均值，分别扣除背景噪声后，再除以其准确浓度值，得到各元素的灵敏度。以18 MΩ·cm的高纯水进样，测量质量数9、115、209处的离子计数，积分时间0.1 s，分别测量11个数据，用测量结果的标准偏差SA的3倍除以Be、In、Bi的灵敏度S，结果为各元素的检出限。

2 数学模型及不确定度传播率

2.1 数学模型

[CL=3SAS]

其中：CL——为元素检出限;

SA——为测量结果的标准偏差;

S——为仪器对元素的灵敏度。

2.2 不确定度传播率

[u2cCL=c21u2SA+c22u2S]

2.3 灵敏系数

[c1=CLSA=3S]，[c2=CLS=-3SAS2]

3 标准不确定度评定

依据测量方法对被测仪器进行重复性测量，各浓度中Be元素的测量结果实验数据如表2所示。

3.1 测量重复性引入的不确定度[uSA]

输入量SA为11次空白溶液中元素测量列单次测量值的标准偏差，则平均值的不确定度可以计算得到：

[uSA=SAn=0.45 cps]

3.2 仪器对元素的灵敏度引入的不确定度[uS]

仪器对元素的灵敏度的计算公式为：

[S=Ic]

其中：S——仪器对元素的灵敏度，cps/（μg/L）;

c——标准溶液浓度，μg/L;

I——仪器响应强度值，cps。

数学模型：

[u2S=c21u2c+c22u2I]

灵敏系数：

[c1=-Ic2]，[c2=1c]

輸入量S的标准不确定度主要源于两部分，一是标准溶液浓度定值引入的不确定度[uC]，二是标准溶液测量重复性引入的不确定度[uI]。

3.2.1 标准溶液浓度定值引入的不确定度[uC]

由标物证书GBW（E）130242可知标准物质的扩展不确定度为0.6 μg/L，k=2，[uC=0.3] μg/L。

3.2.2 测量重复性引入的不确定度[uI]

以1×10-2 mg/L的Be、In、Bi、混合溶液进样，测量质量数9处的离子计数，积分时间0.1 s，分别测量11个数据，计算得到[uI=71.18 cps]。

S引入的不确定度[uS]可以通过计算得：

[uS=]82.26 cps/（μg/L）

4 标准不确定度汇总（表3）

5 合成标准不确定度[ucCL]

上述各分量彼此互不相关，用方和根法合成计算得到：

[ucCL=u2SA+u2S]=0.450 μg/L

6 合成标准不确定度

取k=2，U=uc（CL）×2=0.9 ng/L。

【参考文献】

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