离子色谱法测定皮革中六价铬的不确定度评定

摘要：依据GB/T 38402-2019，采用离子色谱法对皮革中六价铬进行测试，依据数学模型以及实验细节对不确定度来源进行分析和评定。结果表明，样品称量和萃取液体积所引起的不确定度很小，而重复性测量和分析液中六价铬浓度测定引入的不确定度占了皮革中六价铬测量不确定度的主要部分。建议通过加强标准的宣贯、统一实验人员的操作手法等手段减少测试误差。

关键词：离子色谱法；皮革；六价铬；不确定度评定

Assessing Uncertainty in the Determination of Chromium （VI） in Leather by Ion Chromatography

HUANG Zongxiong

（Fujian Fiber Inspection Center， Fuzhou 350026， Fujian， China）

Abstract： According to GB/T 38402-2019， chromium（VI） in leather was detected by ion chromatography. The source of uncertainty was analyzed and evaluated according to the mathematical model and experimental details. The results show that the uncertainty caused by sample weighing and extraction volume is very minimall， while the uncertainty introduced by repeated measurement and determination of Chromium （VI） concentration in analytical solution accounts for the main part of the uncertainty in leather. It is suggested that the test error should be minimized by strengthening the promulgation of the standard and unifying the operation methods of the experimenters.

Key Words： Ion chromatography; Leather; Chromium （ VI ）; Uncertainty assessment

0引言

在皮革的铬鞣工艺中会采用铬盐作为其鞣制试剂，如工艺处理不当或后续皮革处在氧化的氛围与条件下很容易生成六价铬。人体皮肤与含六价铬的皮革接触很容易造成皮肤过敏，如果长期接触有可能导致皮肤癌的发生[1-2]。2015年，鉴于六价铬的致癌性，欧盟修订的REACH法规中规定直接与人体皮肤接触的皮革制品六价铬不能超过3 mg/kg[3]。随后，国际生态纺织与皮革协会也跟进了该法规，并于2019年制定的Leather Standard标准中规定皮革制品中六价铬应＜3 mg/kg。我国在2021年制定的皮革绿色产品的推荐标准QB/T 5573-2021[4]中也将皮革中六价铬列入考核要求（A类、B类和C类产品中其含量≤3 mg/kg）。

由于3 mg/kg限量值较低，普通的分光光度法在该浓度附近测定的数值可靠性不高。如沈兵等人在测试中发现，吸光度测定的微小误差会引起大的不确定度，皮革中低浓度六价铬的测量不确定度甚至超过了35%[5]。因此采用灵敏度更高的离子色谱法显得尤为重要，查阅文献后发现，未见离子色谱法测定皮革中六价铬不确定度评定的文章，为了评估该方法的可靠性和检测结果的可信度，有必要对离子色谱法测定六价铬进行不确定度评定。文中依据GB/T 38402-2019，对皮革中的六价铬进行测定，对不确定度的来源及占比进行了分析评定。

1材料和方法

1.1 仪器设备

CIC-D120型离子色谱仪；分析天平（精度0.0001g）。A级移液管（规格：1.0 mL、5.0 mL和10.0 mL）；A级容量瓶（规格：10 mL和100 mL）。

1.2 试剂

试验用水为超纯水，试验用氩气的纯度≥99.99%，六价铬标准溶液（1000mg/L）购自国家有色金属及电子材料分析测试中心，1，5-二苯卡巴肼（CAS号：140-22-7）购自国药集团化学试剂有限公司。按GB/T 38402-2019要求配制萃取皮革用磷酸盐缓冲液、离子色谱仪用无水硫酸铵流动相以及柱后反应试剂。

1.3色谱分析条件

色谱柱：SH-CC-3L （4.6 mm*250 mm）；

进样量：25 uL；

采用0.1 mol/L硫酸铵溶液作为流动相，其流速为0.6 mL/min；

柱后反应试剂的流速为0.3 mL/min；

检测器：设置在540 nm波长处检测，运行时间：6 min。

1.4 标准工作溶液的配制

用1.0mL移液管移取1.0mL标准储备液（1000mg/L）到100mL容量瓶中，加入0.1mol/L的磷酸盐缓冲液定容，上下颠倒振荡并静置得到浓度为10mg/L的中间过渡溶液。用10 mL的移液管移取10 mL中间过渡溶液到100 mL的容量瓶中，加入磷酸盐缓冲液进行定容，上下颠倒振荡得到浓度为1.0 mg/L的标准工作溶液。取4个10 mL的容量瓶，分别向其中加入5.0、2.0、1.0、0.5 mL浓度为1.0 mg/L的标准工作溶液，并用磷酸盐缓冲溶液进行定容操作，得到浓度分别为0.5、0.2、0.1、0.05 mg/L的系列标准工作溶液，见表1。

表1 系列六价铬标准工作溶液的浓度

1.5实验方法

用天平准确称取经研磨过的样品（2.0±0.1）g。移取100 mL已通氩气除氧的磷酸缓冲液到250 mL锥形瓶中，继续通氩气5min以除去锥形瓶内部空气，加试样并盖好瓶塞，放置于频率为（100±10）次/min的振荡器中在室温条件下萃取（180±5）min。随后用滤膜（0.45 μm）过滤萃取溶液，待离子色谱仪测定。

1.6 数学模型

样品中Cr（VI）含量可通过公式（1）换算得到：

（1）

式中：

——试样经萃取的六价铬含量，单位为mg/kg；

——分析液中六价铬的浓度，单位为mg/L；

——试样中加入的萃取液体积，单位为mL；

rep——为重复性测定引入的不确定度。

在试验中，要经过通氩气除去氧气的步骤以及在室温下以振荡频率（100±10）次/min萃取（180±5）min的过程，室温温度的波动、振荡频率的变化以及离子色谱仪器的稳定性等都会影响皮革中六价铬的测定。在此，将这些难以量化的随机因素都纳入重复性测定不确定度的范畴。

1.7不确定度的来源分析

依据JJF 1059.1-2012[6]对皮革中六价铬测定不确定度来源进行系统分析，得到不确定度来源鱼骨图，见图1。

图1 皮革中六价铬测定不确定度来源鱼骨图

1）试样重量的不确定度（）；

2）分析液中六价铬浓度的不确定度（）；

3）试样中加入的萃取液体积的不确定度（）；

4）测量重复性引入的不确定度（rep）。

2不确定度量化计算与合成

2.1样品称量产生的不确定度

称量引起的不确定度分为天平校准（允差为±0.001g，=2）和天平分辨力（0.0001g）产生的不确定度，这两部分不确定度有成熟的计算公式：

故样品称量的不确定度（）为：

=0.000820g

由于称取的样品重量为2.0 g，因此样品称量产生的相对不确定度为：

2.2萃取液体积量取引入的不确定度（）

通过100 mL量程的量筒（扩展不确定度为0.3mL，校准温度为22.5 ℃）移取萃取液产生的校准不确定度为：

1（） = 0.3/2=0.150 （mL）

由于试验温度（18～26℃）与校准温度差别小于5℃，则移取100 mL萃取液温度变化产生的不确定度为：

2（）=（5×100×2.08×10-4）/=0.0600 （mL）其中，2.08×10-4是水的膨胀系数。

因此，萃取液量取引入的不确定度（）为：

=0.162（mL）

相对不确定度为：=0.00162

2.3分析液中六价铬浓度测定引入的不

确定度（）

不确定度（）与标准工作溶液配制、标准储备溶液以及标准工作曲线的拟合都有关系，需要综合考虑这三个方面引入的不确定度。

2.3.1标准储备液引入的不确定度（1）

购买的标准品证书上显示六价铬的相对扩展不确定度为0.7 %，因此其相对标准不确定度为

rel（1）=0.00350。

2.3.2标准工作溶液配制引入的不确定度

（2）

标准工作溶液的配制过程详见1.4。配制过程总共使用10 mL的移液管1次，使用5.0 mL的移液管2次，使用1.0 mL移液管3次，使用100 mL容量瓶2次，10 mL容量瓶4次。

本试验所用的移液管和容量瓶均经过计量检定，配制标准工作溶液这部分不确定度计算详见表2。

综上：标准工作溶液配制产生相对不确定度为：

=0.0144

2.3.3 标准工作曲线拟合时产生的不确定度

（3）

通过离子色谱仪测试标准工作溶液中的六价铬，将其出峰面积与浓度作图得到六价铬的标准工作曲线：Y=48.637*X-0.0067，由标准工作曲线拟合引起的不确定度（3）可以根据公式（2）和（3）进行计算：

（2）

式中s为标准工作曲线的标准差：

（3）

其中，i为第次标准溶液测定响应值；

i为第个标准溶液浓度；

为拟合标准工作曲线的斜率；

为拟合标准工作曲线的截距；

为试样平行测量次数；

为拟合标准工作曲线的数据对；

为溶液中六价铬质量浓度；

为系列溶液六价铬的平均质量浓度。

经过计算，=0.1894、（）=0.0291、rel（3）=0.00465。

分析液中六价铬测定引入的相对不确定度

2.4 重复性测量引起的不确定度（rep）

在试验过程中，要经过通氩气除去氧气的步骤、萃取过程和离子色谱仪检测过程，室温温度的波动、振荡频率的变化、萃取时间的差异以及离子色谱仪本身的稳定性都会影响最终的测定结果。在此，将这些难以量化的随机因素都纳入重复性测定不确定度的范畴。

在重复条件下，按照方法对样品中的六价铬进行7次测量，数据结果见表3。重复测试引起的不确定度计算公式如下：

相对不确定度公式为：

表3 样品重复测量（rep）和 rel（rep）值

计算得到的相对重复性测量不确定度rel（）等于0.0375。

3结果与讨论

3.1合成标准不确定度c（）

根据公式（1） 可知：

rel（）=

=0.0406

相对合成标准不确定度为4.06%，合成标准不确定度c（）为0.24 mg/kg。

3.2 扩展不确定度

扩展因子通常取2，扩展不确定度 =×c（）

=0.48 mg/kg，相对扩展不确定度 rel为8.12%。

3.3 样品中测量结果的表述

实际皮革样品中六价铬的测定结果：X=（5.82±0.48）mg/kg，=2。

图2 各不确定度来源的相对不确定度占比

3.4测量过程中各因素产生的不确定度

相对数值对比

图2显示的是测量过程中各不确定度来源的相对数值占比。从饼图上可以直观地看出，重复性测量不确定占比最大，其次是标液配制产生的不确定度rel（2）和标准工作曲线拟合时产生的不确定度rel（3），接下来是标准储备液引入的不确定度（1）。萃取液体积移取和样品称量产生的不确定度数值都很小，这是因为实验室采用了高精度的量筒来移取溶液，用高精度天平来称量样品的质量。重复性测量不确定度与实验人员的操作手法、对标准的理解以及试验过程中皮革样品中六价铬的提取过程、离子色谱仪测量过程等都有一定的关系。总的来说，该方法测定皮革中六价铬的相对扩展不确定度（8.12%）小于10%，说明离子色谱法和分光光度法[5]相比，在检测低浓度的六价铬时具有较高的可靠性和检测结果的可信度。因此，在很多同时用到这两种方法来检测同一种物质的标准中，通常都会采用离子色谱法作为最终的仲裁方法[7-10]。

4结论

对离子色谱法测定皮革中六价铬的不确定度进行了来源分析和评定，量化计算了各不确定度来源的贡献比例。在该评定中，重复性测量不确定占比最大。得益于现代高精度的天平和量筒，样品称量以及移取萃取液产生的不确定度都比较小。由于实验人员的操作手法、对标准的理解以及皮革样品中六价铬的提取过程、离子色谱仪测量过程等都会影响重复性测量。为了减少重复性误差，建议试验人员熟读标准，对试验中的关键步骤如通氩气除氧以及柱后衍生化反应的内在逻辑要有清楚的认识。

参考文献

[1]郭运清，陈海藩，黄昊来.汽车材料中皮革材料的六

价铬不确定度评定[J].中国纤检，2017（04）：96-99.

[2]谢文强.六价铬对人体急性与慢性危害探究[J].资源

节约与环保，2016（07）：131+135.

[3]章宦胜，刘强，鲍洁敏，等.不确定度评定在皮革

中六价铬测定的应用[J].皮革科学与工程，2017，

27（01）： 54-57.

[4]全国皮革工业标准化技术委员会（SAC/TC252）.绿色

设计产品评价技术规范 皮革： QB/T 5573-2021[S].

北京：中国标准化出版社，2021.

[5]沈兵，肖飞，范亚芬.皮革中六价铬含量测量不确定

度评定[J].中国皮革，2005（01）：53-56+61.

[6]全国法制计量管理计量技术委员会.测量不确定度

评定与表示：JJF 1059.1-2012[S].北京：中国标准

化出版社，2012.

[7]全国皮革工业标准化技术委员会（SAC/TC252）.

皮革和毛皮 甲醛含量的测定 第1部分：高效液相

色谱法：GB/T 19941.1-2019[S].北京：中国标准

化出版社，2019.

[8]全国皮革工业标准化技术委员会（SAC/TC252）.

皮革和毛皮 甲醛含量的测定 第2部分：分光光度法 ：

GB/T 19941.2-2019[S].北京：中国标准化出版社，

2019.

[9]全国皮革工业标准化技术委员会（SAC/TC252）.

皮革和毛皮 化学实验 六价铬含量的测定：色谱法

GB/T 38402-2019[S].北京：中国标准化出版社，

2019.

[10]全国皮革工业标准化技术委员会（SAC/TC252）.

皮革和毛皮 化学试验 六价铬含量的测定：分光光

度法： GB/T 22807-2019[S].北京：中国标准化出

版社，2019.