气质联用法测定皮革中甲基环硅氧烷的不确定度评定

杜英英，别红梅，李海燕

（上海市质量监督检验技术研究院，上海 201114）

1 前言

在皮革工业中，甲基环硅氧烷D4、D5、D6等主要作为中间体，通过反应生成有机硅化合物。由于有机硅化合物具有柔软、光滑、低表面张力以及化学惰性等特点，是用于皮革鞣制剂、加脂剂、涂饰剂和功能助剂的理想材料，在皮革的鞣制过程和整理过程中都可应用[1]。有机硅聚合物的分子量远远高于其单体，对环境和人体危害较小。但若产品中残留有低分子甲基环硅氧烷单体，由于其具有挥发性，可能对人体和环境造成危害。据研究[2-4]，环硅氧烷不仅会危害环境、污染水体，而且会危害人体健康，环硅氧烷的毒理作用主要是对内分泌的危害，干扰激素分泌，对肝有一定的伤害——这可能与其亲脂性有关，D4、D5、D6等低分子环硅氧烷可能具有雌激素作用、致癌性和生物富集毒性等。动物实验表明，环硅氧烷具有内分泌干扰性、影响结缔组织、导致不良免疫反应、损伤肝和肺等。

因具有毒性、高持久性和高生物累积性特性，八甲基环四硅氧烷（D4）、十甲基环五硅氧烷（D5）和十二甲基环六硅氧烷（D6）已被欧盟化学品管理局（ECHA）列入高度关注物质清单（SVHCs）。2019版OEKO-TEX皮革标准，新增了对甲基环硅氧烷D4、D5和D6的限制，限量要求为＜0.1%(适用于所有产品类别的皮革和纺织产品，这里的所有产品类别包括婴幼儿、直接接触皮肤、非直接接触皮肤和装饰用产品)。

本文利用自行建立的检测方法对皮革中甲基环硅氧烷含量进行检测，并基于JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[5]的要求，对皮革中D4、D5、D6测定的不确定度进行评定，通过不确定度评定确保检测方法的有效性。

2 试验部分

2.1 仪器与试剂

7890A/5975C型气相色谱-质谱联用仪（美国安捷伦科技有限公司）；WPE 45型水浴恒温振荡器（美墨尔特（上海）贸易有限公司）；BSA224S-CW型电子天平（赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）。

标准物质：八甲基环四硅氧烷（D4，>98%，CAS号：556-67-2），十甲基环五硅氧烷（D5，>99%，CAS号：541-02-6），十二甲基环六硅氧烷（D6，>97%，CAS号：540-97-6），均来自梯希爱（上海）化成工业发展有限公司。

乙酸乙酯（色谱纯，赛默飞世尔科技（中国）有限公司）；一块阴性皮革样品，市售皮革面料。

2.2 检测原理和分析步骤

用乙酸乙酯萃取试样中的甲基环硅氧烷，气相色谱-质谱仪（GC-MS）测定，外标法定量。具体步骤如下：称取约1.0 g（精确至0.0001 g）试样于试剂瓶中，加入20 mL乙酸乙酯，45℃下水浴振荡萃取60 min，吸取少量试液用有机滤膜过滤，供GC-MS分析测试。

2.3 标准溶液的配制与稀释

2.3.1 D4、D5和D6标准储备溶液

准确称取D4、D5和D6标准品各50 mg，用乙酸乙酯溶解并分别定容于50 mL容量瓶中，得到1000 mg/L的标准储备溶液，密封保存在4℃冰箱中，有效期1年。

2.3.2 D4、D5和D6混合标准中间液

移取5.0 mL浓度为1000 mg/L的D4、D5和D6标准储备液至100 mL容量瓶中，用乙酸乙酯定容至刻度，得到50 mg/L的混合标准中间液，密封保存在4℃冰箱中，有效期一个月。

2.3.3 标准曲线工作溶液

分别取0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、5.0 mL、10 mL和20 mL浓度为50 mg/L的D4、D5和D6混合标准中间液，用乙酸乙酯定容于50 mL容量瓶中，得到6个浓度分别为0.5 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L、5.0 mg/L、10 mg/L和20 mg/L的混合标准曲线工作溶液。

2.4 测试结果计算公式

式中：Xi——样品中D4、D5和D6的含量，mg/kg；

ci——由标准曲线得到的样液中D4、D5和D6的浓度，mg/L；

V——样液定容体积，mL；

M——样品质量，g；

R——回收率。

3 不确定度来源的确定

由测试结果计算公式可以看出，皮革中D4、D5和D6含量测定的不确定度主要来源于以下五个方面：

（1）标准曲线引入的不确定度；

（2）标准溶液配制引入的不确定度；

（3）样品称量引入的不确定度；

（4）样品定容体积引入的不确定度；

（5）样品重复测量引入的不确定度。

4 不确定度来源的量化

4.1 标准曲线引入的不确定度ur(c0)

使用标准曲线计算D4、D5和D6的含量，以D4为例对标准曲线引入的不确定度进行分析。用50 mg/L混合标准中间液配制6个不同浓度的标准曲线工作溶液，浓度分别为：0.5 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L、5.0 mg/L、10.0 mg/L和20.0 mg/L。六个标准溶液分别被测量三次，以D4为例对标准曲线引入的不确定度进行分析。标准曲线公式为：

式中：A——标准溶液的峰面积；

c——标准溶液的浓度，mg/L；

k——标准曲线斜率；

b——标准曲线截距。

以标样浓度为横坐标，峰面积响应值为纵坐标，得到D4标准曲线为：

即k=15317，b=-878.33。

将样品溶液测定2次，由标准曲线得到样品溶液中D4的平均浓度c0=12.55 mg/L。以最小二乘拟合法建立标准曲线产生的不确定度u(c0)计算公式如下：

式中：p——样品溶液的测定次数，p=2；

n——标准溶液的测定次数，n=18；

c0——样品溶液中D4的浓度，c0=12.55 mg/L；

D5和D6由标准曲线引入的相对不确定度分析方法与D4相同，在此就不再赘述，仅给出计算结果，D5和D6标准曲线引入的相对不确定度分别为0.022和0.019。

4.2 标准溶液配制引入的不确定度ur(c s)

以标准曲线中间点浓度10 mg/L对标准溶液配制引入的不确定度进行评估。根据标准溶液的配制方法，首先称取50 mg标准物质，定容至50 mL容量瓶，得到浓度为1000 mg/L的标准溶液储备液。用可调移液器（量程为10 mL）移取5.0 mL储备液至100 mL容量瓶中，得到50 mg/L的标准溶液中间液，再用可调移液器（量程为10 mL）移取10 mL中间液至50 mL容量瓶中，得到10 mg/L的标准溶液，其浓度cs可用下式表示：

由上式可知，该标准溶液的不确定度由四个分量组成。

4.2.1 标准物质的纯度引入的不确定度ur(std)

4.2.2 标准物质称量引入的不确定度ur(m0)

用万分之一天平称取50.0 mg标准物质D4，根据天平检定证书，偏差为0.2 mg。称量的标准不确定度需计算两次，一次为皮重，一次为总重，假设为矩形分布，则由天平最大允许误差引入的相对标准不确定度=0.0033。

4.2.3 配制标准储备液定容引入的不确定度ur(V0)

定容体积为50 mL，根据检定证书，50 mL容量瓶的偏差为0.03 mL，假设为矩形分布，则其相对不确定度为＝0.00035。定容过程中温度变化的范围为±5℃，有机液体的体积膨胀系数为1.0×10-3℃-1，假设为矩形分布，其相对不确定度为：=0.0029。

因此标准溶液储备液配制中由定容体积V0引入的相对不确定度为：0.0029。

4.2.4 逐级稀释得到浓度为10mg/L标准工作液引入的不确定度ur(D)

稀释所引入的相对标准不确定度可用下式表示：

根据检定证书，量程为10 mL的移液器在5 mL和10 mL时的偏差分别为0.0151 mL和0.0059 mL，50 mL和100 mL容量瓶的偏差分别为0.030 mL和0.088 mL，假设为矩形分布，则各体积分量V5mL、V10mL、V50mL和V100mL由容积偏差导致的相对不确定度分别为：。

温度效应引入的不确定度：温度变化的范围为±5℃，有机液体的体积膨胀系数为1.0×10-3℃-1，假设为矩形分布，则各体积分量由温度效应导致的相对不确定度均为=0.0029。

通过合成，各体积分量V5mL、V10mL、V50mL和V100mL的相对不确定度分别为：=0.0029和。

综上所述，D4标准溶液配制引入的相对不确定度为：

同理计算得到，D5和D6标准溶液配制引入的相对标准不确定度分别为：0.0095、0.020。

4.3 样品质量引入的不确定度ur(m)

样品称样量为1.0 g，由检定证书可知，偏差为0.2 mg，称量的标准不确定度需计算两次，一次为皮重，一次为总重，假设为均匀分布，其相对标准不确定度为：＝0.00016。

4.4 样品定容体积引入的不确定度ur(V)

前处理中，用可调移液器（量程10 mL）分两次加入20 mL乙酸乙酯进行振荡提取，提取后吸取少量萃取液，用于GC-MS分析。因此，样品定容体积引入的不确定度是由可调移液器带来的，根据检定证书，量程为10 mL移液枪在10 mL时的偏差为0.0059 mL，假设为矩形分布，其相对不确定度为＝0.00034。检测过程中温度变化范围为±5℃，有机液体的体积膨胀系数为1.0×10-3℃-1，假设为矩形分布，其相对不确定度为0.0029。

4.5 样品重复测量引入的不确定度ur(rep)

在1 g待测阴性样品中分别加入浓度为1000 mg/L的D4、D5和D6标准储备液0.25 mL、0.10 mL、0.12 mL（加标量SK分别为250.0 mg/kg、100.0 mg/kg和120.0 mg/kg），加标后按照测试步骤对3种甲基环硅氧烷含量进行检测，重复测定7次，检测结果见表1。

表1 样品中D4、D5和D6含量的测定

测量重复性引入的标准不确定度由7次测量结果的平均值的标准偏差表示，因此D4测量重复性引入的标准不确定度为=2.78 mg/kg，则测量重复性的相对标准不确定度ur(rep)=。

由同样的方法计算得到，D5和D6的测量重复性相对标准不确定度分别为0.022和0.017。

4.6 方法回收率

测量方法的回收率主要来源于样品在振荡萃取、转移过程中的损失及测量时可能产生的干扰。在待测阴性样品中加入一定已知浓度的标准溶液（加标量SK分别为250.0 mg/kg、100.0 mg/kg和120.0 mg/kg），计算回收率。按前文4.5方法进行加标试验，检测结果见表1，以D4为例进行计算，七次测量的平均值=243.0 mg/kg，标准差s=7.35 mg/kg，自由度为6。

结合前文4.2.1、4.2.2和4.2.3，D4加标标准溶液液引入的相对不确定度ur(csk)为：

在回收率使用中，还应采用t检验法检验回收率与1.0之间是否有显著性差异[6]。

在95%置信区间下，当t值大于或等于t分布临界值时，则回收率与1之间有显著性差异需要引入修正结果；当t值小于t分布临界值时，无需进行回收率校正。在95%置信区间下，自由度为6的t分布临界值t0.95(6)=2.447，即t

5 合成标准不确定度和扩展不确定度

皮革中D4、D5和D6含量检测过程的不确定度来源于五个分量，分别是：（1）标准曲线ur(c0)；（2）标准溶液配制ur(cs)；（3）样品称量ur(m)；（4）样品定容体积ur(V)；（5）样品重复测量ur(rep)。因此相对合成不确定度

根据前文的分析，检测结果的各不确定度分量及大小见表2。因此D4的相对合成不确定度：

样品中D4的含量为240.5 mg/kg，则其标准不确定度u=240.5×0.026=6.25 mg/kg。

根据经验，95%置信概率下取包含因子为2，则D4检测结果的扩展不确定度为：U=6.25×2=12.5 mg/kg，其测量结果及不确定度可表示为：U=(240.5±12.5)mg/kg，k=2。

同样的方法计算得到，D5检测结果及不确定度可表示为：U=（96.2±6.3）mg/kg，k=2；D6检测结果及不确定度可表示为：U=（110.2±7.3）mg/kg，k=2，详见表2。

表2 D4、D5和D6的相对不确定度分量、不确定度值及结果表示

6 结论

通过对皮革中D4、D5和D6含量进行测试，发现对于测定结果240.5 mg/kg、96.2 mg/kg、110.2 mg/kg，其不确定度的结果可分别表示为：(240.5±12.5)mg/kg，k=2；（96.2±6.3）mg/kg，k=2和（110.2±7.3）mg/kg，k=2。

分析了测量过程中不确定的来源，并对各不确定度分量进行量化，结果发现不同分量对测量不确定度的贡献值不同，其中标准曲线、样品重复测量以及标准溶液配制是贡献较大的不确定度分量，而样品的称量和定容体积产生的不确定度较小。这一结论，对于检测工作具有一定的指导意义，检测中应尽量提高标准曲线的拟合度，购买纯度高的标准物质并提高标准物质称量的准确性。同时在检测中应注意质量控制，可通过重复测量以及加标回收等方式保证检测的可靠性。