分光光度法测定水质中亚硝酸盐含量不确定度评定

胡浩光，刘少彬，谢翠美，郭楚仪，姚婉仪

(东莞市动物疫病预防控制中心，广东 东莞 523002)

不确定度是测量结果有关的各个参数，表征被测量值的分散性[1]和测试结果可靠性的重要依据。根据实验室《检测和校准实验室能力的通用要求》[2]，对不确定度的评定，做出了具体的要求，检验实验室应按自身的工作特点，制定相关的测定不确定度程序，适用于本实验室的检测工作，在有必要时给出不确定度。当不确定度影响规格限量的符合性或与检测结果的有效性和应用有关时，应给出测量不确定度[3]。测量不确定度评定，是验证量值溯源和检测校准方法是否符合《检验实验室和校准实验室能力认可准侧》要求主要因素[4]。而且对测试结果有重要影响，提高实验准确度。本文通过建立数学模型，对亚硝酸盐检测结果有影响的不确定度分量进行分析，找出影响不确定度的主要因素。

1 材料与方法

1.1 标准品与试剂

水中亚硝酸盐氮标准物质(100 mg/L，GBW(E)080223)，中国计量科学研究院；试验用水为超纯水，东莞市怡丰贸易有限公司；盐酸萘乙二胺(AR)，天津市大茂化学试剂厂；磺胺(AR)，国药集团化学试剂有限公司；盐酸(GR)，广州化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

Cary 100 Conc紫外分光光度计，美国瓦里安公司；TE612-L电子天平(感量0.01)，赛多利斯公司。

1.3 实验方法

1.3.1 标准溶液配制

移取1.00 mL亚硝酸盐标准溶液(100.0 mg/L)于100 mL容量瓶中，用纯水定容至标线，混匀，得到亚硝酸盐标准使用液(1.00 mg/L)。向50 mL具塞比色管中分别加入亚硝酸盐标准使用液0、0.10、0.20、0.30、0.40、0.60、1.00 mL，用纯水稀释至50 mL。

1.3.2 标准曲线

分别向7个50 mL具塞比色管加入1.0 mL磺胺溶液(10 g/L)，摇匀，静止5 min。再加入1.0 mL盐酸萘乙二胺溶液(1.0 g/L)，摇匀，静止10 min。在543 nm波长测定吸光度，用5 cm比色皿，用纯水作参比，测其吸光值。以吸光值为纵坐标和浓度为横坐标，进行曲线拟合，得出方程y=0.0171x+0.0008，线性范围：0～100 μg/L。

1.3.3 样品的测定

用50 mL 单标吸量管移取50 mL水样(使用前经0.45 μm微孔滤膜过滤)于50 mL比色管中，向水样中分别加入1.0 mL磺胺溶液(10 g/L)，摇匀后，静止5 min。再加入1.0 mL盐酸萘乙二胺溶液(1.0 g/L)，摇匀，静止10 min。于543 nm波长，用5 cm比色皿。用纯水作参比，测其吸光值。

2 数学模型和不确定度的来源

2.1 定量数学模型

根据分光光度法的检测原理，样品中NO2-N的浓度计算公式见式(1):

(1)

式(1)中C(NO2-N)为水样中NO2-N的浓度，μg/L；An为水样中NO2-N的吸光值；α为标准曲线中的截距；b为标准曲线中的斜率。

2.2 不确定度的来源

从数学模型分析和测量过程中可以看出，水中NO2-N测量的不确定度来源主要有：①标准溶液自身urel(q)和配制过程urel(p)；②样品取样urel(y)和重复性测量urel(l)；③校准曲线拟合urel(q)；④分析仪器(紫外分光光度计)urel(f)和吸光度值量化误差urel(x)。

3 测量不确定度评定

样品NO2-N含量合成相对不确定度urel的计算公式见式(2):

(2)

3.1 NO2-N标准溶液引入的不确定度urel(b)

NO2-N标准溶液(中国计量科学研究院)，浓度为100 mg/L，证书号：GBW(E)080223，证书中扩展不确定度为2%，按正态分布k=2计算，此评定方法属于B类评定。

NO2-N标准溶液的标准不确定度：

NO2-N标准溶液的相对标准不确定度:

3.2 NO2-N标准溶液配制中引入的不确定度urel(p)

标准溶液的配制方法: 吸取1.0 mL NO2-N标准溶液(100 mg/L)于100 mL容量瓶，用纯水定容，摇匀，溶液浓度为1000 μg/L。实验过程中，稀释产生的不确定度，标准溶液稀释过程中，影响的3个方面为：量器的估读误差、溶液温度变化、体积允差。

3.2.1 稀释时移液枪和量器体积允差引入的标准不确定度urel(f)

urel21(f100)=0.0577 mL/100 mL=0.000577

urel21(f1)=0.0002858 mL/1 mL=0.000286

1000 μL移液枪和量器体积校准所引入的相对标准不确定度为：

3.2.2 溶液温度变化引入的标准不确定度urel(d)

稀释标准溶液温度引入的相对标准不确定度为：

urel(d)=u22(d100)/100 mL=0.0242 mL/100 mL=0.000242

3.2.3 容量瓶估读误差引入标准不确定度urel(s)

urel(s)=0.015 mL/100 mL=0.00015

由上述三方面不确定度分量得：

3.3 移取样品过程中引入的不确定度urel(y)

3.3.1 移取样品体积允差引入的不确定度u31(V)

（2）流动性：将粉末通过下孔径为5 mm的玻璃漏斗，从10 cm的高度缓慢、均匀地落入平板上，形成圆锥体。测量圆锥体的高度（h）和基底的半径（r），按公式计算休止角（θ，tanθ＝h/r）。

urel31(V)=urel31(V)/V=0.0289 mL/50 mL=0.000578

3.3.2 样品溶液温度变化引入的不确定度u32(V)

u32(V)=2.1×10-4/℃×2 ℃×50 mL/k=0.0121 mL

urel32(V)=u32(V)/V=0.0121 mL/50 mL=0.000242

3.3.3 单标吸量管50 mL估读误差引入的标准不确定度u33(V)

吸量管刻度读数，由于变动性引入的标准不确定度，包含测量结果重复性。当评定测量重复性分量后，吸量管的估读误差，引入的不确定度不再评定。

以上不确定度分量合成，取样引入的相对标准不确定度为：

3.4 校准曲线拟合引入的不确定度urel(q)

用1000 μg/L的NO2-N标准溶液绘制的标准曲线，见表1。由表1 计算得：a=0.0008，b=0.0171，r=0.99998，表明x与y呈线性关系。回归直线方程为：y=0.0171x+0.0008。

表1 NO2-N标准曲线

标准曲线的剩余标准差为：

式中：n为曲线上的点数(n=7)；a+bxi为回归曲线计算的理论值。

标准曲线的标准不确定度为：

标准曲线引入的相对标准不确定度为：

3.5 样品重复性测量引入的不确定度urel(l)

用A类评定方法来评定，测量重复性引入的不确定度，见表2。

表2 样品中NO2-N的测定值

实验标准偏差：

样品重复性测量，引入平均标准的不确定度：

样品11次重复性测量，引入相对平均标准的不确定度：

3.6 分析仪器(紫外分光光度计) 引入的不确定度urel(f)

紫外分光光度计CARY 100 Conc的不确定度为0.5%，K=2，则分析仪器引入的相对标准不确定度：

3.7 吸光度值的量化误差引入的不确定度urel(x)

其相对标准不确定度：

4 不确定度的合成

4.1 合成相对标准不确定度

合成相对标准不确定度为：

=0.010730

4.2 合成标准不确定度

可得合成标准不确定度为：

4.3 扩展不确定度

扩展不确定度包含因子k=2(约95% 置信概率)，则扩展不确定度为：

U=kuc(c)=2×0.76 μg/L=1.52 μg/L

5 不确定度评定报告

奈乙二胺分光光度法对水中亚硝酸盐的测量，结果为：(71.2±1.52) μg/L,k=2。

6 结 论

测量不确定度的评定是检测工作中，不可缺少的技术核心，是进行实验室认可和计量认证的必要条件，不确定度的途径各式各样，惟有基于测量结果不确定度内涵，可以有效辩别各种途径因素[5]。测量不确定度按评定方法主要分A、B两种类别[6]。A类评定是用观测列进行统计的分析方法，是传统的随机误差；B类评定是用不同于对观测列，不相应于传统的系统误差。其表示方式有3种：标准不确定度、合成标准不确定度和扩展不确定度，扩展不确定度较为广泛，它是指合理赋予被测量之值，分布的大部分可望含于此区间，合成标准不确定度扩展了k倍[7]。测量不确定度是对测量水平和结果准确性的科学表达，用合理的校准方法，分析影响检测结果的主要因素，进一步了解被测物质真值所在的范围，当检测值在检出限附近时，对不确定度的分析，更具有实际意义。

本文主要的两个不确定度分量，是标准溶液和校正曲线拟合引入的不确定度。在NO2-N检测过程中，为了降低不确定度，提高实验的精确度，可以采取以下办法：①选择有资质的标准溶液机构，并在实验操作稀释过程中，使用已检定/校准的玻璃器皿，严格按照作业指导书操作；②适当增加标准曲线的点数，降低校准曲线拟合引入的不确定度；③使用灵敏度高、稳定性好的仪器；④测量重复性方面，增加重复测量次数来降低平均值的标准偏差，提高自身的操作技能。