鉬銻抗分光光度法測定水中總磷不確定度的評估

建陽市環(huán)境監(jiān)測站 張金秀

磷是生物生長必須的元素之一，但水體中磷含量過高(如超過0.2㎎／L ) ，可造成藻類的過度繁殖，直至富營養(yǎng)化，造成湖泊、河流透明度降低，水質(zhì)變壞。因此，對水體中總磷的測定非常必要。本文以鉬銻抗分光光度法測定水中總磷為例，介紹不確定度評定的基本方法。

1 測定原理

水樣經(jīng)過過硫酸鉀高溫消解，在酸性條件下，正磷酸鹽與鉬酸銨、酒石酸銻氧鉀反應(yīng)，生成磷鉬雜多酸，被還原劑抗壞血酸還原，變成藍(lán)色絡(luò)合物，于700nm波長測定吸光度。

2 總磷測定方法要點(diǎn)

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

取數(shù)支 50.0mL具塞比色管，分別加入磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00、0.50、1.00、3.00、5.00、10.00、15.00mL，加水至 50.0mL，向比色管中加入1mL10%抗壞血酸，30s后加2mL鉬酸鹽溶液，放置15min，用10mm比色皿于700nm波長測定吸光度，由比色結(jié)果擬合計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)曲線y=bx+a。

2.2 樣品測定

取25mL水樣于50.0mL具塞刻度管中，加4mL過硫酸鉀溶液，于1.1kg/cm2壓力鍋消解30min，冷卻，用水稀釋至50.0mL，同標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定步驟相同進(jìn)行測試，并從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出含磷量m，除以取樣體積v，從而得樣品濃度：

3 建立數(shù)學(xué)模型

總磷的含量 C(P，mg/L) 計(jì)算：C=m/v

式中：C——水樣總磷的質(zhì)量濃度，mg/L；

m——水中總磷的質(zhì)量，μg；

V——水樣體積，mL。

4 不確定度來源分析

總磷測定不確定度來源主要有以下幾方面: 由于測量過程的隨機(jī)效應(yīng)和系統(tǒng)效應(yīng)導(dǎo)致測量的不確定度是由許多分量組成，因此仔細(xì)分析測量全過程，找出不確定度的來源，是正確評定不確定度的基礎(chǔ)，現(xiàn)以總磷的測量為嘗試不確定度的評定。

（1）標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度。

（2）繪制系列標(biāo)準(zhǔn)溶液曲線引入的不確定度。

（3）標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度。

（4）樣品重復(fù)性測定的不確定度。

（5）儀器引入的不確定度。

（6）水樣體積的不確定度。

5 不確定度的評定

5.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度[Urel(m1)]分析

標(biāo)準(zhǔn)使用液的配制：用 10.00mL 單標(biāo)移液管準(zhǔn)確移取10.00mL磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液[GBW(E)080368，500 mg/L，相對擴(kuò)展不確定度為1%]至100mL容量瓶中，用純水定量，得到濃度為50 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)貯備液，再準(zhǔn)確移取10.00mL 的標(biāo)準(zhǔn)貯備液至250mL容量瓶中，用純水定容，從而得到2.0 mg/L標(biāo)準(zhǔn)使用液。

5.1.1 將標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋至儲備液引入的不確定度Urel(p)

500.00mg/L磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對擴(kuò)展不確定度為1 %，按置信概率近似為95%，k=2，得相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度含量：U(co)= 1%/k=0.01/2=0.005

10.00 mL單標(biāo)線吸管配置標(biāo)準(zhǔn)儲備液的不確定度。容量允許差為±0.020mL，按均勻分布標(biāo)準(zhǔn)不確定度為吸管和溶液溫度與校正時(shí)的溫度不同而引起的體積不確定度,假設(shè)溫度差為 2,℃水體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4/℃，按均勻分布，則10.00mL單標(biāo)線吸管溫度變化帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為mL。

此兩項(xiàng)合成得:U(v10)=(0.01152+0.00242)1/2=0.0117mL；

Urel(v10)= 0.0117/10=1.17×10-3。

100 mL容量瓶容量允許差為±0.10mL，其引入的不確定度同上分析。Urel(v100)= 0.063/100=6.3×10-4。

所以，標(biāo)準(zhǔn)貯備液配制的相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

5.1.2 將儲備液稀釋至使用液引入的不確定度[Urel(f)]

用 10.00mL移液管，移取10.00mL磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)貯備液至250mL的容量瓶中，配制過程中的不確定度有兩個(gè)方面：

10.00 mL單標(biāo)線吸管引入的不確定度。同上分析，Urel(v10)= 1.17×10-3。

250 mL容量瓶容量允許差為±0.15 mL，其引入的不確定度，同上分析。 Urel(v250)= 0.106/250=4.24×10-4。

標(biāo)準(zhǔn)貯備液稀釋過程引入的不確定度：

Urel(f)=[(U2rel(v10)+U2rel(v250))]1/2=1.24×10-3

由Urel(p)、Urel(f)合成,得配制磷酸鹽標(biāo)準(zhǔn)使用液的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

Urel(m1) =[(5.17×10-3)2+ (1.24×10-3)2]1/2= 5.31×10-3

5.2 繪制系列標(biāo)準(zhǔn)溶液曲線引入的不確定度[Urel(m2)]分析

繪制校準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)系列的不確定度來自以下三個(gè)方面:

1.00 mL無分度吸管容器允差為±0.007mL，其引入的不確定度：Urel(v1)=u(v1)/v1=0.0004/1.00=0.004。

5.00 mL無分度吸管容器允差為±0.015mL, 其引入的不確定度：Urel(v5) =u(v5)/v5=0.00878/5.00 = 1.76×10-3。

10.00 mL無分度吸管量取溶液不確定度，同上分析。

Urel(v10)= 1.17×10-3。

由u(v1)、u(v5)、u(v10)合成，得到繪制系列標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度為: [Urel(m2)]=[ u2(v1)+u2(v5)+u2(v10)]=4.52×10-3。

5.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度[Urel(m3)]分析

標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度如表1所示。由表1 數(shù)據(jù)可見，總磷含量與相應(yīng)溶液扣除空白后的雙光度回歸標(biāo)準(zhǔn)曲線。

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

標(biāo)準(zhǔn)曲線的剩余標(biāo)準(zhǔn)差

式中，yij—儀器的各點(diǎn)響應(yīng)值； yi—回歸直線的計(jì)算值，yi=a+bxi；n—測量點(diǎn)數(shù)目；計(jì)算得：s(y)=2.62×10-3；s(a)=1.61×10-3；s(b)=9.50×10-5。

重復(fù)測量從環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所購買的編號為203933的總磷標(biāo)準(zhǔn)樣品6次，結(jié)果見表2 所示。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：斜率b=0.0288，樣品重復(fù)6次，曲線上濃度點(diǎn)總數(shù) n=7，樣品平均值 m=20.571μg,=9.857μg

U(m3)=[s2(a)+s2(b)]1/2=1.61×10-3。

標(biāo)準(zhǔn)曲線相對不確定度：

5.4 樣品重復(fù)性測量引入的不確定度[Urel(m4)]分析

由表2數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果如下，樣品6次測量的平均含量：m=20.542μg;=0.411mg/L。

表2 203933的總磷標(biāo)準(zhǔn)樣品測量值

標(biāo)準(zhǔn)偏差：S（x）=0.165μg

5.5 儀器引入的不確定度Urel(A) 分析

分光光度計(jì)在其量程范圍內(nèi)吸光值 A在刻度盤上呈指數(shù)分布，而透光度 T是均勻分布因此根據(jù)VIS-7220可見分光光度計(jì)提供技術(shù)指標(biāo)，該儀器穩(wěn)定性0.5%t/3min，按均勻分布評定相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:=2.88×10-3。

5.6 取樣體積標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度Urel(v) 分析

取樣體積v的標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度有兩個(gè)部分:

25.00 mL的刻度吸管量容量允許差為±0.030mL，其引入的不確定度：Urel(v25)= 0.0181/25=7.22×10-4。

50.0 mL的比色管容量允許差為±0.30mL，其引入的不確定度：Urel(v50)=0.1734/50=3.468×10-3。

取樣、定容體積的標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度分量為:

Urel(v)=[ Urel2(v25) + Urel2(v50)]1/2=3.54×10-3。

6 總磷不確定度分析結(jié)果（見表 3）

表 3 相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

7 相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

8 擴(kuò)展不確定度

取包含因子 k = 2 (近似 95%置信概率 ) ，則擴(kuò)展不確定度:

9 結(jié)果

9.1 根據(jù)評定結(jié)果，樣品中總磷的濃度表示為：

C = 0.411 ±0.007mg/L。

9.2 測量不確定度評定重要的是找出影響測定的各個(gè)因素，建立滿足測量不確定度評定所需要的數(shù)學(xué)模型。同時(shí)可發(fā)現(xiàn)各因素對不確定度的貢獻(xiàn)率，并加以改進(jìn)，從而提高分析質(zhì)量。

本法測量不確定度的主要來源為標(biāo)準(zhǔn)溶液、標(biāo)準(zhǔn)曲線，儀器、樣品重復(fù)性測量引入的不確定度分量，應(yīng)采取措施，如選擇精度高的量器，提高儀器靈敏度，增加樣品測定次數(shù)，盡可能降低測量不確定度。

[1]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.測量不確定度與表示[M].北京:中國計(jì)量出版社, 1999.

[2]水和廢水監(jiān)測分析方法[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2002.