高效液相色谱法测定磷酸二铵中缩二脲质量分数的不确定度评定

杨艳红，曹 旭，潘 静，肖 尧，赵 敏

（赤峰海关综合技术服务中心，内蒙古 赤峰 024000）

作为传统含氮和磷的复合肥料，磷酸二铵具有溶解性好、适用范围广的特点，特别是对于北方的缺磷耕地，使用效果更佳。而缩二脲作为肥料中的“杀手”，若施用不当或者使用假冒伪劣肥料，可能会造成农作物出苗率低、烧根、烂根等问题。我国《肥料中有毒有害物质的限量要求》（GB 38400—2019）[1]中指出，对于标明总氮含量的无机肥料，需要对其中的缩二脲进行检测和判定，因此准确测定肥料中缩二脲的质量分数尤其重要。测量不确定度是根据所用到的信息，表征赋予被测量值分散性的非负参数[2]。其表示测量结果的可疑程度，也是评价测量结果质量的参数。本文以复合肥料磷酸二铵为例，对高效液相色谱法（HPLC）测定其中缩二脲的含量建立数学模型，分析各输入量以及来源，旨在识别引入测量不确定度的主要来源，为提高测量结果的质量提供参考。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

仪器：电子天平（AE 240）：德国赛多丽斯公司，感量为0.0001 g；高效液相色谱仪（Agilent 1100）：美国安捷伦公司，配有紫外检测器。

试剂：磷酸二氢钾、磷酸和氢氧化钾购于国药集团化学试剂有限公司，均为分析纯；甲醇购于Mreda，为色谱纯；缩二脲标准溶液购于坛墨质检科技股份有限公司，浓度为0.800 mg/mL，相对扩展不确定度（k=2）为2%。

1.2 实验方法

1.2.1 缩二脲标准曲线方程的建立

通过移液器分别吸取不同体积的缩二脲标准溶液（0.800 mg/mL）置于25 mL 的A 级容量瓶中，定容后制得不同浓度的标准工作溶液，依次导入高效液相色谱仪中，测得峰面积。以峰面积分别对应缩二脲浓度绘制标准曲线，进行一次方程拟合后，求得线性回归方程。

1.2.2 磷酸二铵样品测定

市售磷酸二铵样品依据《复混肥料（复合肥料）中缩二脲含量的测定》（GB/T 22924—2008）[3]制备成实验室试样后，称取该试样约0.5 g 置于25 mL 烧杯中，加入10 mL 流动相，即体积比为95：5 的10 g/L 磷酸二氢钾溶液（用30 g/L 磷酸溶液或40 g/L 氢氧化钾溶液调节pH=6.0）和甲醇，超声10 min，转移至25 mL 容量瓶中，用流动相稀释至刻度，摇匀，静置，用0.45 μm 水相微孔滤膜过滤，得试样溶液，然后导入高效液相色谱仪进行测定，利用缩二脲标准曲线方程计算试样溶液中缩二脲的含量。

1.3 数学模型

试样中缩二脲的质量分数：

式（1）中：w 为缩二脲的质量分数，以%表示；C 为由线性方程计算出的缩二脲的含量，mg/mL；m 为试样的质量，g；V 为试样定容体积，mL；R 为回收率。

2 测量不确定度来源及分析

基于以上实验方法和数学模型，识别了缩二脲测量过程中不确定度的可能来源，见图1。测量过程中引入的不确定度主要有：（1）测量重复性引入的不确定度；（2）试样溶液浓度引入的不确定度；（3）试样溶液体积引入的不确定度；（4）称取试样质量引入的不确定度；（5）试样处理过程中造成的回收率引入的不确定度。

图1 缩二脲质量分数测量不确定度来源分析

3 测量不确定度的评定

3.1 测量重复性引入的相对不确定度ur(frep)

采用上述实验方法对同一磷酸二铵样品进行10 次独立重复试验，缩二脲的质量分数测量结果见表1。

表1 缩二脲质量分数重复测量结果

根据贝塞尔公式，单次测量的标准偏差为：

检测方法指出，测量结果取平行测定结果的算术平均值，因此测量重复性引入的相对标准不确定度是：

3.2 试样溶液浓度C 引入的相对不确定度ur(C)

3.2.1 标准储备溶液引入的相对不确定度

试验中使用的是商品化的标准储备溶液，查标准物质证书知：标准值为0.800 mg/mL；Ur(1)=2%，k=2，即ur(1)=0.01。

3.2.2 配制标准工作溶液引入的相对不确定度

缩二脲标准工作溶液是通过移液器吸取不同体积的标准储备溶液稀释后制得的。以配制最低浓度0.008 mg/mL 缩二脲标准溶液为例，配制过程中使用了1 个1000 μL 的移液器及1 个A级25 mL 的单标线容量瓶。

已知A 级25 mL 单标线容量瓶容量允差是±0.03 mL[4]，包含因子，相对不确定度为：

由于实验室温度和容量瓶标准使用温度差异引起的不确定度可由温度范围和水的膨胀系数估算得出：

因此在配制标准工作溶液中容量瓶引入的相对不确定度为：

由1000 μL 移液器的校准证书查知：Ur(5)=0.3%，k=2，其相对不确定度即为ur(5)=0.0015。

3.2.3 拟合标准曲线引入的相对不确定度

依据实验方法，对6 个不同浓度的标准工作溶液分别连续2 次测定，以缩二脲浓度（C）为横坐标，测得的峰面积（y）为纵坐标，绘制标准曲线的线性回归方程，得，相关系数是0.99944。

线性回归方程的残余标准偏差S(y)为：

因此回归方程引入的不确定度为：

上式中：b 为回归曲线斜率；p 为测定试样溶液浓度Cs时的平行次数；n 为测量标准工作溶液的总次数；Ci为标准工作溶液的浓度；C 为标准工作液的平均浓度。

因此，拟合标准曲线引入的相对不确定度为ur(6)=0.07211。

3.2.4 液相色谱仪引入的相对不确定度

根据高效液相色谱仪的校准证书，查得Ur(7)=4.8%，k=2，因此由仪器引入的相对不确定度为ur(7)=0.024。

综上所述，试样溶液浓度C 引入的相对不确定度分量[5]为：

3.3 定容试样溶液体积V 引入的相对不确定度ur(V)

试样按照实验方法处理后，定容于25 mL 的A 级单标线容量瓶中，其不确定度主要来源于容量瓶最大允许误差和环境温度变化，具体计算过程见3.2.2，因此，试样溶液体积引入的相对不确定度为ur(V)=ur(4)=0.00079。

3.4 称取试样质量m 引入的相对不确定度ur(m)

用天平采取两次称量法称取0.5 g 试样，查天平校准证书，可知U＝0.3mg，k=2，则试样质量m引入的相对不确定度为ur(m)==0.0003。

3.5 回收率引入的相对不确定度ur(R)

试样经前处理后也会存在一定的差异，从而影响检测结果的准确性[6]。依据实验方法，于同一磷酸二铵样品中进行了10 次独立添加回收实验，添加过程中使用了1000 μL 的移液器、0.800 mg/mL 的标准储备溶液和天平（其不确定度见3.2.1、3.2.2 及3.4），在添加水平为0.100%下，回收率数据见表2。

表2 添加回收试验结果（添加水平为0.100%）

由表2 可知，试验标准偏差为2.035，因此，回收率引入的相对不确定度为：

3.6 合成标准不确定度的评定

综合各不确定度分量的评定，结合数学模型（1），计算得磷酸二铵中缩二脲质量分数的合成标准不确定度为：

3.7 扩展不确定度的评定

在包含因子k=2 下，缩二脲质量分数的不确定度为：

3.8 测量结果和不确定度报告

采用高效液相色谱法测定复合肥磷酸二铵中缩二脲的质量分数时，当报告两次测定结果的平均值时，缩二脲质量分数的测量不确定度表示为：0.10%±0.02%，k=2。

根据以上结果，各不确定度的输入量见表3。

表3 磷酸二铵中缩二脲质量分数相对不确定度来源和分析

4 结果与讨论

通过对高效液相色谱法测定复合肥磷酸二铵中缩二脲质量分数的测量结果不确定度进行评定，可知影响缩二脲质量分数测量结果的主要因素来自于试样溶液浓度引入的不确定度，而其中标准曲线的拟合所占比重最大，其次是色谱仪的校准。对于前者，可以通过增加标准溶液浓度点数，增加平行测定次数，以及选择合适的标准曲线工作范围，使得试样浓度接近其工作范围的平均值等方法以减少测量结果的不确定度。此外，也可以通过使用高精密度的高效液相色谱仪以提高测量结果质量。相对而言，其余各输入量所占比重较少，在实际评定中也可以忽略不计。测量结果不确定度并不是越小越好，在实际工作中，应充分考虑时间、人力以及物力等成本，满足工作需求即可。