ICP-OES測定機頂盒電源線中鉛的不確定度評定

白　琳，張谷一，劉化玲

(國家廣播電視產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗中心，北京 100015)

ICP-OES測定機頂盒電源線中鉛的不確定度評定

白琳，張谷一，劉化玲

(國家廣播電視產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗中心，北京 100015)

摘要:運用JJF1059.1—2012《測量不確定度評價與表示》中的分析方法，對ICP-OES測定電視機頂盒電源線中鉛含量方法所建立的定量數(shù)學模型進行了不確定度評定。包括分析實驗過程中的不確定度來源，并對不確定度的分量進行了評定和量化，計算了合成不確定度和擴展不確定度。結果表明，電視機頂盒的電源線的鉛含量W=48.03 mg/kg，其中擴展不確定度為3.2 mg/kg，在置信概率為95%時，鉛的含量可表示為(48.03±3.2) mg/kg。

關鍵詞:不確定度；ICP-OES；鉛；電視機頂盒

近年來，隨著生活水平的日益提高，市面上的電視機產(chǎn)品出現(xiàn)了更新速度快，市場替換率高等特點。 隨著人們對電視機產(chǎn)品的更新?lián)Q代，接踵而來的是對于報廢產(chǎn)品的處理問題，其漸漸顯露的污染問題，逐漸威脅著人類的健康，且地球的環(huán)境也遭到了破壞。各國相繼出臺相關法律來限值電子產(chǎn)品中鉛的含量，例如電子電氣產(chǎn)品在歐盟出售，要滿足RoHS指令2011/65/EU中電子電氣產(chǎn)品鉛含量必須低于1 000 mg/kg[1]的限值要求。

ICP-OES以其檢出限低，準確度高，標準曲線線性范圍寬等特點，可以很好地勝任對重金屬元素的定性和定量測量工作。此外，它因具有可以多種元素同時進行測量，測量時間短等特點而被廣泛應用于化學檢測、環(huán)保、食品、醫(yī)療等行業(yè)。測量結果與不確定參數(shù)是一組相關聯(lián)的參數(shù)，不確定參數(shù)可以反映出測量結果是否準確與可靠。2012年頒布的CNAS-CL10：2012《檢測和校準實驗室能力認可準則在化學檢測領域的應用說明》中對不確定度方面有明確的要求：評定測量不確定度是從事化學分析人員必須掌握的一項重要知識，并能較好地完成其日常工作中的測量方法進行不確定度評定[2]。本文運用JJF1059.1—2012《測量不確定度評價與表示》[3]中學習到的項目評定方法，對運用ICP-OES[4]測量電視機頂盒的電源線中鉛含量構建的相關數(shù)學定量模型進行了不確定度評定，同時分析了實驗過程中不確定度的來源并計算了測定結果的合成標準不確定度和擴展不確定度。

1實驗部分

1.1主要儀器與試劑

電子天平：ML104/02型，美國梅特勒-托利多儀器有限公司生產(chǎn)。

ICP-OES：Optima7300V型 ，美國珀金埃爾默儀器公司生產(chǎn)。

硝酸：優(yōu)級純；過氧化氫：優(yōu)級純；氬氣：鋼瓶，純度99.999%；實驗用其他試劑均為分析純；實驗用水為超純水。

1 000 mg/L鉛元素標準儲備液，中國計量科學研究院生產(chǎn)。

1.2測定方法

取電視機頂盒的電源線樣品0.300 2 g，用物理方法將樣品粉碎，將碎片置于微波消解罐中進行消解，取9.0 mL硝酸溶液，30%雙氧水2.0 mL滴加到消解罐內(nèi)，升溫消解。升溫程序：10 min升至100 ℃，然后5 min升至180 ℃保持15 min。待樣品消解完成后轉至100 mL容量瓶內(nèi)定容，得到樣品溶液。以外標法進行定量，用ICP-OES法對樣品進行測定。ICP相關參數(shù)：等離子氣13.0 L/min；功率1 300 W；霧化氣0.60 L/min；樣品流速1.50 mL/min；讀數(shù)延時1 min；輔助氣0.2 L/min；分析波長220.353 nm。

2數(shù)字模型

測樣品鉛含量的數(shù)學模型為

(1)

式中：W為電視機頂盒的電源線樣品中鉛的含量(單位mg/kg)；c0為電視機頂盒的電源線樣品中鉛元素的濃度(單位mg/L)；V為電視機頂盒的電源線樣品溶液的定容體積(單位mL)；d為稀釋因子；m為電視機頂盒的電源線樣品取樣量(單位g)。

3實驗數(shù)據(jù)

取電視機頂盒的電源線樣品0.300 2 g，樣品溶液定容體積V=100 mL，樣品消解后沒有進行稀釋，故稀釋因子d=1，樣品溶液鉛元素的濃度c0的平均值為0.144 2 mg/L，將以上數(shù)據(jù)代入式(1)得樣品鉛的含量為48.03 mg/kg。

4測量不確定度來源分析

從樣品檢測實驗過程和數(shù)學模型分析，產(chǎn)生不確定度因素一般包括樣品量m引入的不確定度；溶液定容工作過程中引入的不確定度；由于標準物質誤差引入的不確定度；標準曲線繪制精度問題引入的不確定度；儀器分析重復率引起的不確定度。

5不確定度分量的評定

5.1樣品質量m引入的不確定度u(m)

樣品在稱量的過程中，其不確定度來源主要有稱量天平的準確性、偏載誤差和樣品稱量工作過程的重復性，這個稱量工作過程中稱重誤差引起的重復性問題，已包含在測量重復性所帶入的不確定度ur中。

5.1.1天平稱量準確性的不確定度u(m1)

查儀器檢定證書得知，稱樣量在0≤m≤50 g時，誤差范圍可在±0.000 5 g之間，k=2，則u(m1)= 0.000 5/2=0.000 25 g。

5.1.2天平的偏載誤差引入的不確定度u(m2)

據(jù)儀器檢定證書可知，其最大允許誤差為±1.0 mg，k=2，則u(m2)= 0.001/2=0.000 5 g。將u(m1)，u(m2)兩個分量合成，得

(2)

取樣量m=0.300 2 g，則相對標準不確定度為

(3)

5.2樣品溶液的定容工作引入的不確定度u(v)

5.2.1容量瓶的容量誤差所引入的不確定度u(v1)

取樣后對樣品進行消解作業(yè)，然后定容于100 mL A級容量瓶，根據(jù)相關的證書，其誤差范圍在±0.1 mL，k=2，則u(v1)= 0.1/2=0.05 mL。

5.2.2容量瓶定容體積的不確定度u(v2)

將u(v1),u(v2)合成，得

(4)

則相對標準不確定度為

(5)

5.3標準物質引入的不確定度u(S)

5.3.1標準物質溶液引入的不確定度u(cs)

1 000 mg/L鉛的標準物質溶液，其證書查閱出的不確定度為2 μg/mL，k=2，得到相對標準不確定度為

(6)

5.3.2標準溶液配制過程引入的不確定度u(Vs)

1.0 mg/L工作液的配制：1)首先用5 mL移液管移取兩次共10 mL標準物質溶液到100 mL容量瓶得100 mg/L的Pb標準儲備液。2)用1 mL移液管移取1 mL的100 mg/L標準儲備液到100 mL容量瓶得1.0 mg/L的Pb標準溶液。稀釋過程：

由于5 mL移液管的使用，引入的相對不確定度

(7)

由于1mL移液管的使用，引入的相對不確定度

(8)

由于100 mL容量瓶的使用，引入的相對不確定度

(9)

合成其相對標準不確定度

(10)

經(jīng)計算，2.0，5.0，10.0 mg/L標準溶液配制過程中均使用相同的5 mL移液管多次吸取濃度為100 mg/L的Pb標準溶液，移至A級相同的100 mL容量瓶中。從上面的分析計算結果中可看出，前面所引入的相對標準不確定度分別為 0.032、0.032、0.033。計算時取最大不確定度值，即1 mg/L標準溶液的不確定度值。

稀釋時容量瓶和移液管所處室溫基本一致，故在評定時忽略溫度對此操作的影響，所以確定的相對標準不確定度應該為

(11)

5.4校準曲線引入的不確定度u(c)

采用的Pb的標準物質溶液是由中國計量科學研究院所提供的，溶液濃度1 000 mg/L。配制的標準曲線溶液系列的濃度分別為1.0,2.0,5.0,10.0 mg/L，選擇測定譜線為鉛220.353 nm，空白溶液進行調(diào)零，分別用ICP-OES對上述鉛標準溶液重復測定3次，測定結果見表1。

表1鉛標準溶液的濃度與原子發(fā)射光譜強度

溶液濃度/(mg·L-1)原子發(fā)射光譜強度光譜強度平均值059636072591159821.00745627290374220738952.001415091442851426061428005.0035125034650134511134762010.00704551699903712064705506

根據(jù)表1中的測定數(shù)據(jù)，用線性回歸法對校準曲線進行擬合，得到的回歸方程為Y=69 935X+3 494.5，回歸系數(shù)r=0.999 993，由式(2)求得c0的標準不確定度u(c0)

(12)

上面所列的數(shù)據(jù)可以分析得出擬合線性過程中的不確定度urel(C)= 0.000 15/0.144 2=0.001 0。

5.5測量重復性引起的不確定度ur

實驗儀器本身的穩(wěn)定性和精密度都是測定值不確定度的主要因素。用珀金埃爾默的ICP-OES對電視機頂盒的電源線中的Pb進行10次重復測量，結果見表2。

表2重復性試驗結果

mg/L

測定值平均值s0.14440.14390.14400.14440.14420.14410.14420.14390.14460.14430.14422.31×10-4

測定結果為正態(tài)分布，按A類評定，根據(jù)貝塞爾法，ur=s=2.31×10-4mg/L。

樣品重復性試驗引入的相對標準不確定度

urel(r)= 2.31×10-4/0.144 2= 0.001 602

(13)

6合成不確定度u(W)

由有上述各相對標準不確定度分量可合成得到電視機頂盒的電源線中Pb含量測定結果的相對合成標準不確定度

(14)

7擴展不確定度U與結果

置信概率為95%時，k=2，則電視機頂盒的電源線樣品中總鉛含量測定結果的相對擴展不確定度U=k·urel(w)=2×0.033 4=0.066 8。電視機頂盒的電源線樣品中總鉛含量為w=0.144 2×100/0.300 2=48.03 mg/kg，得擴展不確定度U=48.03×0.066 8=3.2 mg/kg。

8結論

1)本次測定電視機頂盒的電源線樣品中總鉛含量所用的方法為ICP-OES法，通過計算結果來分析各不確定度分量的大小。根據(jù)結果分析從而得知溶液配置、曲線擬合以及重復測量都會引入較大的不確定度，其次是稱量過程和最終定容所引入的不確定度，此兩者的不確定度相對較小。

2)為了獲得可靠的測量結果，需要在實驗過程中將各環(huán)節(jié)的不確定度降到最低。因此必須對標準曲線反復分析計算，并在配置標樣時提高準確度來降低不確定度；ICP-OES的重復性和準確度要調(diào)整儀器的設置，以達到最好的狀態(tài)來進行測量分析，減少不確定度分量。

參考文獻：

[1]RoHS：2011/65/EU，關于在電氣電子設備中限制使用某些有害物質指令[S].2011.

[2]CNAS-CL10： 2012 檢測和校準實驗室能力認可準則在化學檢測領域的應用說明[S].2012.

[3]JJF1059.1-2012 測量不確定度評定與表示[S].2012.

[4] 劉化玲，牛麗川，黃小亞，等.ICP-OES測定鉛汞鎘的參數(shù)優(yōu)化[J].電視技術，2012，36(12)：90-91.

責任編輯：閆雯雯

Uncertainty evaluation of ICP—OES analysis method for lead in power cord of TV set-top box

BAI Lin，ZHANG Guyi，LIU Hualing

(NationalTestingandInspectionCenterforRadioandTVProducts，Beijing100015，China)

Abstract:The analysis method in JJF1059.1—2012< Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement >is used for analyzing the mathematical model quantitative of a method which is built to determinate lead content in the power cord of TV set-top box by ICP-OES. The uncertainty sources are analyzed. Each component of uncertainty is evaluated and quantified and then the combined uncertainty and the expanded uncertainty are calculated. The results show that the expanded uncertainty is 3.2 mg/kg as the content of lead in the power cord of TV set-top box is 48.03 mg/kg. When the confidence probability is 95%, the content of lead can be expressed as (48.03+3.2) mg/kg.

Key words:Uncertainty; ICP-OES; lead; TV set-top box

中圖分類號：TN949.6

文獻標志碼:A

DOI：10.16280/j.videoe.2016.02.028

收稿日期：2015-07-09

文獻引用格式：白琳，張谷一，劉化玲. ICP-OES測定機頂盒電源線中鉛的不確定度評定[J].電視技術，2016,40(2)：146-149.

BAI L，ZHANG G Y，LIU H L. Uncertainty evaluation of ICP—OES analysis method for lead in power cord of TV set-top box[J].Video engineering, 2016,40(2)：146-149.