超高效液相色譜法測(cè)定地表水中多環(huán)芳烴實(shí)驗(yàn)分析測(cè)量不確定度評(píng)定

張 明，唐訪良，徐建芬，陳 峰，余 波

(杭州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，浙江杭州310007)

超高效液相色譜法測(cè)定地表水中多環(huán)芳烴實(shí)驗(yàn)分析測(cè)量不確定度評(píng)定

張 明，唐訪良，徐建芬，陳 峰，余 波

(杭州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，浙江杭州310007)

對(duì)超高效液相色譜法測(cè)定地表水中16種多環(huán)芳烴過程的不確定度進(jìn)行了評(píng)定。通過數(shù)學(xué)模型分析并計(jì)算測(cè)試過程中的不確定度分量，最后計(jì)算出相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和相對(duì)擴(kuò)展不確定度。據(jù)分析，在引起不確定度的諸多因素中，回收率引入的不確定度分量最大，其次是測(cè)量重復(fù)性和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度。

液相色譜;多環(huán)芳烴;地表水;不確定度

多環(huán)芳烴(PAHs)是廣泛分布于自然界的一類痕量有機(jī)污染物，具有致癌、致畸和致突變性［1，2］。目前，世界各地都不同程度受到了PAHs污染。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)各地飲用水中PAHs污染特性展開了大量的研究工作［3，4］。其含量的檢測(cè)分析亦已成為飲用水安全中百姓關(guān)心、政府關(guān)注的重要問題，因此污染物檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性顯得至關(guān)重要。為了提供更科學(xué)、更完整的檢測(cè)數(shù)據(jù)，測(cè)量不確定度逐漸受到各檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的重視。我國(guó)于1999年發(fā)布了《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》［5］，據(jù)此各檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)有關(guān)測(cè)量不確定度的問題進(jìn)行了廣泛的研究與討論。筆者結(jié)合檢測(cè)方法和實(shí)際操作，參照相關(guān)方法［6］對(duì)液相色譜測(cè)定地表水中多環(huán)芳烴污染物的不確定度進(jìn)行了評(píng)定。本文僅評(píng)定分析過程的測(cè)量不確定度。

1實(shí)驗(yàn)

1.1儀器與試劑

Waters Acquity超高效液相色譜儀(UPLC);色譜柱:Aquity UPLC BEH RP181.7μm 2.1mm×150mm。

多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液(200μg/ml，美國(guó)Accustandard公司);乙腈、正己烷為色譜純，無水硫酸鈉(分析純)經(jīng)馬弗爐400℃烘8h;超純水由Mill－Q A－10純水儀制備。

1.2實(shí)驗(yàn)步驟

搖勻水樣并量取1000ml，倒入2000ml分液漏斗中，加入50ml正己烷，振搖5min，靜置分層，收集有機(jī)相，重復(fù)萃取一遍，合并有機(jī)相，加入無水硫酸鈉至有流動(dòng)的無水硫酸鈉存在，放置30min，脫水干燥。30℃氮吹濃縮至約1ml。用乙腈轉(zhuǎn)換溶劑，定容1ml。

色譜條件:柱溫45℃;流速0.6ml/min;流動(dòng)相乙腈/水，梯度洗脫。

1.3數(shù)學(xué)模型

水中多環(huán)芳烴質(zhì)量濃度的計(jì)算公式:

式中:y－試樣中多環(huán)芳烴的峰面積;

a－標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距;

b－標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率;

c－標(biāo)準(zhǔn)樣品質(zhì)量濃度，μg/L;

cx－樣品質(zhì)量濃度，μg/L;

V1－樣品萃取液濃縮后定容的體積，ml;

V2－樣品取樣體積，ml。

由檢測(cè)方法和數(shù)學(xué)模型分析，各不確定度分量之間互不相關(guān)，按不確定度傳播律，得到其合成不確定度為:

式中:urel(m1)－前處理引入的相對(duì)不確定度;

urel(m2)－多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液及其配制過程引入的相對(duì)不確定度;

urel(m3)－校準(zhǔn)曲線擬合引入的相對(duì)不確定度;

urel(m4)－重復(fù)測(cè)定樣品引入的相對(duì)不確

;

2不確定度分量的評(píng)定

2.1前處理引入的相對(duì)不確定度urel(m1)

2.1.1取樣過程引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V2)

取樣過程的不確定度主要由1000 ml量筒的體積校準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)室溫度變化引入的不確定度。1000 ml量筒在20℃時(shí)滿刻度最大誤差為10ml;一般實(shí)驗(yàn)室溫度變化在±2℃，水在室溫(20℃)的體積膨脹系數(shù)1.80×10－3/℃。按均勻分布考慮，采用B類評(píng)定，則不確定度:

2.1.2濃縮過程引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V1)

主要是由1.0 ml氮吹濃縮管的體積校準(zhǔn)及實(shí)驗(yàn)室溫度變化引入的不確定度。1ml氮吹濃縮管的允差為±0.05 ml，同2.1.1按均勻分布計(jì)算得不確定度:

2.2回收率引入的相對(duì)不確定度urel)

回收率引入的不確定度的主要來源是樣品在提取、濃縮、轉(zhuǎn)移過程中的損失、沾污及基體效應(yīng)等。為了檢驗(yàn)該不確定度，對(duì)空白樣品進(jìn)行樣品加標(biāo)測(cè)定，加標(biāo)量為0.60 μg，結(jié)果見表1。

表1回收率引入的相對(duì)不確定度結(jié)果

200μg/ml多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對(duì)不確定度為4%，將數(shù)據(jù)代入回收率不確定度計(jì)算公式，則:

對(duì)上式計(jì)算結(jié)果，我們采用t檢驗(yàn)法對(duì)平均回收率與理論回收率(100%)是否有顯著性差異進(jìn)行檢驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)量t為:

本實(shí)驗(yàn)n=6，自由度f=n－1=5，查t分布表(雙側(cè))得t(0.05，5)=2.571。由于計(jì)算的統(tǒng)計(jì)量t的絕對(duì)值均＞2.571，因此，在概率p=95%，可認(rèn)為所得平均回收率與理論回收率有顯著性差異。由于環(huán)境監(jiān)測(cè)中，并不要求使用回收率修正測(cè)量結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)所得平均回收率與理論回收率有顯著性差異的情況下，方法回收率的不確定度則為:

回收率引入的相對(duì)不確定度結(jié)果見表1。

2.3多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液及其配制過程引入的相對(duì)不確定度urel(m2)

用乙腈稀釋多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液，得到一系列濃度的標(biāo)準(zhǔn)使用溶液，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)溶液、容量瓶、移液器量取體積引入的不確定度分別計(jì)算如下:

2.3.1標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對(duì)不確定度

多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對(duì)不確定度均為4%，urel(cs)=0.040。

2.3.2各種量器引入的測(cè)量不確定度

容量瓶、移液器的不確定度均包括體積校準(zhǔn)和實(shí)驗(yàn)室溫度變化引入的不確定度。采用B類評(píng)定，按均勻分布考慮，各不確定度分量計(jì)算如下:

2.3.2.10.1 ml移液器引入的不確定度urel(V1)

0.1 ml移液器在20℃時(shí)的容量允許誤差為±2μl，一般實(shí)驗(yàn)室溫度變化在±2℃，二氯甲烷的體積膨脹系數(shù)1.37×10－3/℃，按均勻分布考慮，采用B類評(píng)定，則不確定度:

2.3.2.31.0 ml移液器引入的不確定度urel(V3)

1.0 ml移液器在20℃時(shí)的容量允許誤差為±10μl，同2.3.2.1計(jì)算，則不確定度:

2.3.2.42ml容量瓶引入的相對(duì)不確定度urel(V4)

2ml(A級(jí))容量瓶容量誤差為±0.015 ml，多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液以乙腈為溶劑，其體積膨脹系數(shù)1.37×10－3/℃，實(shí)驗(yàn)室的溫差一般變化在±2℃，采用B類評(píng)定，按均勻分布考慮，則不確定度

2.3.2.510ml容量瓶引入的相對(duì)不確定度urel(V5)

10ml(A級(jí))容量瓶容量誤差為±0.020 ml，同2.3.2.4計(jì)算，則不確定度

稀釋過程中用0.1ml移液器移取0.1ml多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液1次，用0.2ml移液器移取0.2ml多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)的乙腈溶液2次，用1.0ml移液器移取1.0ml多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)的乙腈溶液3次，2ml容量瓶用了5次，10ml容量瓶用了1次。多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對(duì)不確定度均為4%，urel(cs)=0.040。

2.4標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(m3)

采用液相色譜法測(cè)定多環(huán)芳烴，曲線各點(diǎn)質(zhì)量濃度為1.00、10.0、100、500、1000 μg/L，每個(gè)點(diǎn)測(cè)定一次。得多環(huán)芳烴線性回歸方程y=bc+a。結(jié)果見表2。

表2多環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)系列測(cè)定結(jié)果

由標(biāo)準(zhǔn)曲線求標(biāo)準(zhǔn)不確定度，按下式計(jì)算:

式中:sR—標(biāo)準(zhǔn)曲線的剩余標(biāo)準(zhǔn)差;

a，b—標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距和斜率;

p—實(shí)際樣品測(cè)定次數(shù)，p=1;

n—標(biāo)準(zhǔn)曲線的濃度點(diǎn)數(shù)，n=5;

cx—實(shí)際樣品中多環(huán)芳烴質(zhì)量濃度，μg/L;ci—標(biāo)準(zhǔn)曲線各點(diǎn)質(zhì)量濃度，μg/L;

c—標(biāo)準(zhǔn)系列標(biāo)準(zhǔn)使用液的質(zhì)量濃度的平均值，c=323 μg/L;

標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入不確定度見表3。

表3多環(huán)芳烴樣品測(cè)定結(jié)果

2.5重復(fù)測(cè)定樣品引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(m4)

重復(fù)測(cè)定6份加標(biāo)量為0.60 μg空白加標(biāo)樣，記錄對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度值c，計(jì)算重復(fù)測(cè)定樣品的標(biāo)準(zhǔn)差。以第一組數(shù)據(jù)為cx。

表4多環(huán)芳烴水樣加標(biāo)樣測(cè)定結(jié)果

2.6合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

地表水中多環(huán)芳烴測(cè)定的各不確定度分量相互獨(dú)立，則相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

16種多環(huán)芳烴的測(cè)量相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度、擴(kuò)展不確定度如表5所示。

表5水中多環(huán)芳烴各組分的合成不確定度和擴(kuò)展不確定度(mg/L)

3結(jié)論

通過對(duì)超高效液相色譜法測(cè)定地表水中多環(huán)芳烴不確定度的評(píng)定，得到16種多環(huán)芳烴測(cè)量的相對(duì)擴(kuò)展不確定度。結(jié)果表明，在引起不確定度的諸多因素中，回收率引入的不確定度分量最大，其次是測(cè)量重復(fù)性和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度。不確定度分量的大小，可為質(zhì)量控制提供參考依據(jù)，即要控制引入不確定度分量大的因素。因此，在目前的檢測(cè)水平下，應(yīng)采取各種措施，改進(jìn)前處理程序，提高樣品回收率，從而提高檢測(cè)精度。

［1］Witt G.Polycyclic aromatic hydrocarbons in water and sediments of the Baltic Sea［J］.Mar Pollut Bull，1995，31(4－12):237－248.

［2］劉淑琴，王鵬.多環(huán)芳烴與致癌性 ［J］．環(huán)境保護(hù)，1995，(9):42－45．

［3］呂愛娟，沈加林，沈小明，等．固相萃?。咝б合嗌V法測(cè)定地下水中多環(huán)芳烴的技術(shù)研究 ［J］．中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2009，25(4):19－22．

［4］葉鵬飛，李大義，何德文，等．基于固相微萃取技術(shù)的GC法測(cè)定水中多環(huán)芳烴 ［J］．干旱環(huán)境監(jiān)測(cè)，2010，24(4):202－204．

［5］JJF1059－1999，測(cè)量不確定度評(píng)定與表示［S］．

［6］HJ478－2009，水質(zhì)多環(huán)芳烴的測(cè)定 液液萃取和固相萃取高效液相色譜法［S］．

An Evaluation of the Measuring Uncertainty in Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons(PAHs)in the Surface Water by the Ultra－Performance Liquid Chromatography(UPLC)

ZHANG Ming，TANG Fang－liang，XU Jian－fen，CHEN Feng，YU Bo
(Hangzhou Environmental Monitoring Centre，Hangzhou Zhejiang 310007 China)

The study is to evaluate the uncertainty of measuring 16 Polycyclic Aromatic Hydrocarbons(PAHs)in the surface water with UPLC through the analysis and calculation by the mathematical modeling．The uncertainty of the relative synthesis standard and relative expansion are finally calculated．The analysis reveals that among the different causes of the uncertainty，the recovery is the biggest contributor，that is followed by the repeat of measuring and reference material．

UPLC;PAHs;surface water;uncertainty

X83

A

1673－9655(2012)05－0122－06

2012－02－29

張明(1981－)，男，碩士，工程師，主要研究方