水中挥发酚测定结果的不确定度评定

武连青 郭岳 李艳节

（国检集团北京奥达清公司，北京 100176）

测量不确定度是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[1]，用以衡量测量结果的准确可靠。依据JJF1135-2005《化学分析测量不确定度评定》，结合多年从事检测的经验，试对水中挥发酚测定结果的不确定度进行评定。

1 检测方法

1.1 方法依据

依据环境标准HJ 503-2009《水质挥发酚的测定4-氨基安替比林分光光度法》。

1.2 方法原理

预蒸馏将挥发酚蒸出，并与干扰物质和固定剂分离。由于挥发酚的挥发速度随馏出液体积而变化，故馏出液体积须与试样体积相等。蒸馏出的酚类化合物在pH=10.0±0.2介质中，在铁氰化钾存在下，与4-氨基安替比林反应生成橙红色染料，一定范围内与挥发酚含量成正比。三氯甲烷萃取提高检出限，在最大吸收峰460nm波长下测定吸光度[2]。

1.3 主要仪器

①722G可见分光光度计，具460nm波长，上海精密科学仪器有限公司生产（检定并在有效期内），配有30mm比色皿。②检定合格的玻璃器具：容量瓶、单标线移液管。

1.4 试验操作步骤

1.4.1 标准使用液配制

选用标准溶液标准值500mg/L，相对不确定度2%（k=2）。由环境保护部标准样品研究所提供，标准号GSB07-1281-2000，批号102314。

用10.00mL单标线移液管量取标准溶液10.00mL到500mL容量瓶中，用无酚水定容，得10.0mg/L标准中间液。用10.00mL单标线移液管量取10.00mL标准中间液到100mL容量瓶中，用无酚水定容，得1.00mg/L（1.00µg/mL）标准使用液。共稀释500倍。

1.4.2 标准曲线绘制

于一组8个500mL分液漏斗中分别加入100mL无酚水，用移液管依次加入1.00μg/mL苯酚标准使用液0、0.25、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00和10.00mL，再分别加无酚水至250mL，加入缓冲溶液混匀，调pH值，加4-氨基安替比林混匀，再加入铁氰化钾混匀，放置10min后，用单标线移液管加入10.0mL三氯甲烷剧烈振摇萃取。萃取液置于30mm比色皿中，在460nm波长处，以三氯甲烷为参比，测量吸光度经空白校正后，绘制吸光度对苯酚含量的校准曲线（见表1）。

表1 校准曲线制备

1.4.3 样品预蒸馏

用量筒量取250mL试样到蒸馏烧瓶中，按照HJ503-2009的9.1预蒸馏操作进行蒸馏，将馏出液接入到250mL量筒中，至满刻度（试样为北京某区地表水）。同时做空白试验。

1.4.4 样品测定

将馏出液摇匀并全部转移于分液漏斗中，用与绘制标准曲线相同的步骤操作。将三氯甲烷萃取液移入比色皿中，于分光光度计测量吸光度扣减空白后，按回归方程计算结果（见表2）。

式中：

C：试样的浓度；

A：试样吸光度值；

A0：空白试验吸光度值；

a：校准曲线的截距值；

b：校准曲线的斜率；

V：试样的体积mL

表2 样品测定

2 不确定度分量的来源分析

从检测方法检测步骤分析研究，其不确定度来源有以下几个方面：

1）购买标准溶液引入的不确定度，u（cc）；

2）标准溶液配制稀释过程引入的不确定度，u（f500）；

①将苯酚标准贮备液稀释成标准中间液过程引入的不确定度（稀释50倍），u（f50）；

②将苯酚标准中间液稀释成标准使用液过程引入的不确定度（稀释10倍），u（f10）；

3）加入萃取体积引入的不确定度u（v1）；

4）量取试样体积引入的不确定度，u（v2）；

5）校准曲线拟合产生的测量不确定度，u（m1）；

6）试样重复性测量引入的不确定度，u（m2）；

7）试样在预蒸馏、萃取等前处理过程中产生的不确定度，u（m3）；

8）检测仪器分光光度计引入的不确定度，u（m4）。

3 数学模式

根据不确定度来源分析以及不确定度传播率，建立数学模式如下：

式中：

u（cc）：购买标准溶液引入的不确定度；

u（f500）：标准溶液配制稀释过程稀释倍数引入的不确定度；

u（v1）：萃取剂体积引入的不确定度；

u（v2）：取样引入的不确定度；

u（m1）：校准曲线拟合引入的不确定度；

u（m2）：样品重复性测量引入的不确定度；

u（m3）：样品前处理过程引入的不确定度；

u（m4）：检测仪器分光光度计引入的不确定度。

4 不确定度分量的量化

4.1 苯酚标准溶液的不确定度u（cc）

查证书知，苯酚标准溶液标准值为500mg/L，不确定度为2%，证书给出的是相对扩展不确定度，按正态分布置信概率P=95%，包含因子k=2计算成相对标准不确定度为：urel（cc）=u（cc）/cc=2%/2=0.01

4.2 配制酚标准使用液引入的不确定度

由酚标准贮备液配制标准使用液，采用两步逐级稀释法：第一步将500mg/L标准贮备液稀释50倍，得到浓度10mg/L标准中间液；第二步将10mg/L标准中间液稀释10倍，得到浓度1.0mg/L标准使用液。

4.2.1 容量瓶移液管引入的体积不确定度

1）500mL容量瓶量取溶液引入的体积不确定度由三部分组成：

容量瓶体积校准不确定度，查A级500mL容量瓶容量允差为0.25mL[3]，按均匀分布考虑包含因子换算为标准不确定度

②估读误差的标准不确定度，根据经验，精确10次重复测量的标准偏差为u2（v500）=0.015mL；

③温度变化引入的标准不确定度，水体积膨胀系数为2.08×10-4/℃，试验温度变化为3℃，按均匀分布，换算成标准偏差为：

对以上三项合成，得到500ml容量瓶量取溶液引入体积的标准不确定度：

u(v500)=[u1(v500)2+u2(v500)2+u3(v500)2]1/2=0.232mL

则相对标准不确定度为：

urel(v500)=u(v500)/v500=0.232mL/500mL=0.000464

2）同理，按上述方法计算10mL单标线移液管引入的不确定度：

单标线移液管体积校准不确定度，查A级10mL移液管容量允差为0.020mL[3]，按均匀分布考虑包含因子换算为标准不确定度

②估读误差的标准不确定度，根据经验，精确10次重复测量的标准偏差为u2（v10）=0.0280mL；

③温度变化引入的标准不确定度，水体积膨胀系数为2.08×10-4/℃，试验温度变化为3℃，按均匀分布考虑，换算成标准偏差为：

对以上三项合成，得到500ml容量瓶量取溶液引入体积的标准不确定度：

u(v10)=[u1(v10)2+u2(v10)2+u3(v10)2]1/2=0.0305mL urel(v10)=u(v10)/v10=0.0305mL/10mL=0.00305

3）100mL容量瓶引入的体积不确定度：

容量瓶体积校准不确定度，查A级100mL容量瓶容量允差为0.10mL[3]，按均匀分布考虑包含因子换算为标准不确定度

②估读误差的标准不确定度，根据经验，精确10次重复测量的标准偏差为u2（v100）=0.010mL；

③温度变化引入的标准不确定度，水体积膨胀系数为2.08×10-4/℃，试验温度变化为3℃，按均匀分布考虑，换算成标准偏差为：

对以上三项合成，得到100ml容量瓶量取溶液引入体积的标准不确定度：

u(v100)=[u1(v100)2+u2(v100)2+u3(v100)2]1/2=0.0689mL

urel(v100)=u(v100)/v100=0.0689mL/100mL=0.000689

4.2.2 由标准贮备液配制标准中间液的不确定度分量评定

第一步稀释使用的玻璃量器有A级10mL单标线移液管和500mL容量瓶。将标准贮备液稀释50倍时引入的不确定度，由10mL移液管和500mL容量瓶引入体积的不确定度合成，得：

urel(f50)=[urel(v10)2+urel(v500)2]1/2=[0.003052+0.0004642]1/2=0.0031

4.2.3 由标准中间液配制标准使用液的不确定度分量评定

第二步稀释使用的玻璃量器有10mL单标线移液管和100mL容量瓶。将标准中间液稀释10倍时入的不确定度由10mL移液管和100mL容量瓶引入体积的不确定度合成，得：

urel(f10)=[urel(v10)2+urel(v100)2]1/2=[0.003052+0.0006892]1/2=0.0031

4.2.4 配制标准使用液的不确定度

配制酚标准使用液两次总共稀释500倍，所引入的不确定度由urel（f50）和urel（f10）合成，得：

urel(f500)=[urel(f50)2+urel(f10)2]1/2=[0.00312+0.00312]1/2=0.0044

4.3 萃取剂三氯甲烷体积引入的不确定度

使用A级10.00mL单标线移液管加入10.00mL三氯甲烷，与量取水溶液不同的是温度变化引入的体积不确定度分量，因为三氯甲烷体积膨胀系数为1.26×10-3/℃，同4.2.1节计算得：

u(v1)=[0.01152+0.0282+0.02182]1/2=0.0373mL

则相对标准不确定度：

urel(v1)=u(v1)/v1=0.0373mL/10mL=0.0037

4.4 取水样引入的不确定度

量取水样使用A级量出式250mL量筒，按4.2.1节方法计算250mL量筒取样的不确定度。不同的是量入的容量允差为1.0mL；量出的容量允差为2.0mL[3]。

250mL量筒取样和蒸馏出定量的标准不确定度计算为：

u(v2)=[0.5782+1.1552+0.0152+0.0912]1/2=1.295mL

其相对标准不确定度：

urel(v2)=u(v2)/v2=1.295mL/250mL=0.00518

4.5 绘制曲线及对样品测量的不确定度

绘制校准曲线的数据见表1。求得校准曲线参数a=0.0016，b=0.0368，γ=0.9999。线性回归方程：y=0.0016+0.0368x。

标准曲线的剩余标准差按式（3）计算：

式中：

SR：校准曲线的剩余标准差；

Yi：减去空白的吸光值；

a+bxi：计算每个点的吸光值；

n：校准曲线总点数，16。

把表1数据代入（3）式得：SR=0.00146

校准曲线合成标准不确定度按式（4）计算：

式中：

SR：校准曲线的剩余标准差；

b：校准曲线斜率；

m：对样品测定的质量平均值；

n：校准曲线总点数，16；

p：样品测量的次数，3；

xi：标准溶液中待测物质的量；

x：曲线各质量的平均值，3.34。

将上述各值带入（4）式，得u（m1）=0.0252μg。

标准曲线拟合的相对标准不确定度：

urel(m1)=u(m1)/m=0.0252μg/2.55μg=0.0099

4.6 样品重复性测量引入的标准不确定度

试样为北京某区地表水。

对样品进行3次重复测量，其样品吸光值及由拟合曲线计算得到的样品量值见表2，由表2计算平均值为2.55μg。由于重复测量少于6次，需用极差法求u（m2）：

u（m2）=（m最大-m最小）/c值，查得c值1.69。

其相对标准不确定度为：

urel(m2)=u(m2)/m=(0.283-0.228)/1.69/2.55=0.013

4.7 样品前处理过程引入的不确定度

样品前处理包括了样品预蒸馏与接收蒸馏液，及三氯甲烷萃取、转移等过程。由于试验操作复杂，各环节引入的不确定度分量难以量化，根据历史数据和经验，估计样品前处理过程产生的误差不超过测量结果的5%，按均匀分布考虑包含因子转换计算标准不确定度为：

前处理过程引入的相对标准不确定度：

urel(m3)=u(m3)/m=0.074μg/2.55μg=0.029

4.8 检测仪器分光光度计引入的不确定度

查722G可见分光光度计检定证书（北京市计量检测科学研究院，证书编号HA19J-GZ888977），波长不确定度：u（B）=（0.1-0.5）nm （k=2），分析用波长460nm。

透射比不确定度：u（T）=（0.2-0.3）% （k=2），按最大不确定度计算：

urel(B)=0.5/2/460=0.00054；urel(T)=0.3%/2=0.0015

仪器相对标准不确定度为：

以上分量见表3。

表3 不确定度分量一览表

5 合成标准不确定度

由公式（1）计算样品平均浓度：

c=m/v=2.55μg/250mL=0.0102mg/L

uc(c)=urel(c)×c=0.0356×0.0102mg/L=0.000363mg/L

6 扩展不确定度

取包含因子k=2（约95%置信概率），则扩展不确定度为：

u=kuc(c)=2×0.000363=0.0007mg/L

7 结果表示

预蒸馏4-氨基安替比林分光度法测定水中挥发酚，测量结果为0.0102mg/L，扩展不确定度为0.0007mg/L （k=2），表示为：（0.0102±0.0007）mg/L （k=2）。

8 讨论

经过不确定度各个分量的计算可知（表3），水中挥发酚测量引入不确定度主要是以下四个方面：

1）样品前处理（预蒸馏和萃取）引入的不确定度；

2）样品重复性测量引入的不确定度；

3）校准曲线拟合引入的不确定度；

4）标准溶液配制的不确定度。其中，标准溶液由国家认证机构提供，不可控。其他三个方面可严格控制试验条件，提高操作技能，以减小带来的不确定度。校准曲线拟合方面，可通过增加点数和测量次数来减小其带来的不确定度，样品的重复测量方面，也可通过增加平行测量次数来减小其带来的不确定度。