車間空氣中甲苯測定過程的不確定度分析

張建平，王樂華，芮天來，劉鳳芝

(蘇州工業(yè)園區(qū)疾病防治中心，江蘇　蘇州　215021)

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車間空氣中甲苯測定過程的不確定度分析

張建平，王樂華，芮天來，劉鳳芝

(蘇州工業(yè)園區(qū)疾病防治中心，江蘇蘇州215021)

車間空氣中甲苯測定過程的不確定度分析有助于提高車間空氣中甲苯測定的準(zhǔn)確度，防止職業(yè)傷害，保護(hù)勞動者。為此分析了測定過程的4個部分的不確定度。該樣品空氣中甲苯的濃度為46.24 mg/m3，擴展不確定度為U=3.01 mg/m3(k=2)，結(jié)果可表示為：(46.24±3.01) mg/m3。通過計算，找到了1個主要來源，并采取改進(jìn)措施，降低不確定度，進(jìn)一步提高測定的準(zhǔn)確度。

車間空氣；甲苯；不確定度

在工業(yè)生產(chǎn)中，甲苯作為溶劑或者原料被大量使用。一部分甲苯經(jīng)揮發(fā)進(jìn)入車間空氣中，達(dá)到一定濃度后會對勞動者產(chǎn)生毒害作用：對皮膚、粘膜有刺激性，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用。因此，對甲苯的準(zhǔn)確檢測可以評估工作環(huán)境，防止職業(yè)傷害，保護(hù)勞動者。但是，在甲苯的檢測中，過程復(fù)雜，干擾因素較多，對檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性影響較大。本文根據(jù)相關(guān)規(guī)定和指導(dǎo)對車間空氣中甲苯測定過程的不確定度進(jìn)行分析評定[1-2]，確定干擾來源及檢測偏差。

1　檢測方法概述

按照國家標(biāo)準(zhǔn) GBZ/T160.42-2007工作場所空氣有毒物質(zhì)測定芳香烴類化合物[3], 對車間空氣中甲苯含量進(jìn)行測定。以微量進(jìn)樣針準(zhǔn)確吸取色譜純甲苯100 μL，加二硫化碳定容到10 mL，得到濃度為8620 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)貯備液，臨用時以1 mL移液管移取1 mL標(biāo)準(zhǔn)貯備液于10 mL容量瓶中定容至刻度，得到862 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)使用液，再以1 mL移液管準(zhǔn)確移取0.1 mL、0.5 mL、1 mL的862 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)使用液和0.5 mL、1 mL標(biāo)準(zhǔn)貯備液，以二硫化碳定容至10 mL，配置成濃度為8.62 μg/mL，43.10 μg/mL，86.20 μg/mL，431.00 μg/mL和862.00 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)系列，氣相色譜進(jìn)樣1 μL，以峰面積和濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。車間空氣中的甲苯經(jīng)活性炭管吸收，二硫化碳解吸后在相同的色譜條件下進(jìn)樣1 μL，從標(biāo)準(zhǔn)曲線中計算其濃度。

2　數(shù)學(xué)模型

工作場所空氣樣品中甲苯濃度的計算公式為：

(1)

式中：C——待測工作場所空氣樣品中甲苯的濃度，mg/m3

C0——活性炭管解吸液中甲苯的濃度，μg/mL

V——解吸劑體積，mL

V0——標(biāo)準(zhǔn)采樣體積(指在氣溫為20 ℃，大氣壓為101.3 kPa，采集空氣樣品的體積)，L

D——解吸效率，%

3　不確定度來源分析

根據(jù)數(shù)學(xué)模型，不確定度的來源主要有以下四個部分：

(1) 活性炭管解吸液中甲苯濃度的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel(C0)；

(2) 解吸液體積的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel(V)；

(3) 標(biāo)準(zhǔn)采樣體積的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel(V0)；

(4) 解吸效率的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel(D)。

4　不確定度分量分析

4.1活性炭管解吸液中甲苯濃度的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel(C0)

Urel(C0)主要由4個方面因素引起：標(biāo)準(zhǔn)貯備液的不確定度Urel(貯)，標(biāo)準(zhǔn)溶液系列配置的不確定度Urel(系)，標(biāo)準(zhǔn)溶液上機測定時的不確定度，即氣相色譜儀的不確定度Urel(儀)，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合的不確定度Urel(擬)，樣品測定的不確定度Urel(樣)?？梢员硎境桑?/p>

4.1.1標(biāo)準(zhǔn)貯備液的不確定度Urel(貯)

以微量進(jìn)樣針取色譜純甲苯100 μL，加二硫化碳定容到10 mL。其不確定度與色譜純甲苯、100 μL微量進(jìn)樣器和10 mL 容量瓶相關(guān)。

(1) 色譜純苯的不確定度Urel(純)：色譜純甲苯的含量不低于99.5%，產(chǎn)生的不確定度:

(4) 標(biāo)準(zhǔn)貯備液的不確定度Urel(貯)

4.1.2標(biāo)準(zhǔn)溶液系列配置的不確定度Urel(系)

在配置濃度為8.62 μg/mL，43.10 μg/mL，86.20 μg/mL，431.00 μg/mL和862.00 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)系列過程中，共使用了6次1 mL移液管和6次10 mL容量瓶。

4.1.3氣相色譜儀的不確定度Urel(儀)

4.1.4標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合的不確定度Urel(擬)

根據(jù)測定方法得出標(biāo)準(zhǔn)曲線，擬合得到標(biāo)準(zhǔn)曲線為：

A=1.0838C-0.4391，R2=1.0000

測定樣品吸光度值，由標(biāo)準(zhǔn)曲線求含量，計算平均含量為C0=69.29 μg/mL，由最小二乘法擬合不確定度為[4]：

(2)

(3)

Urel(擬)=U(擬)/C0=0.0078

4.1.5標(biāo)準(zhǔn)曲線的不確定度Urel(標(biāo))

以上4.1.1至4.1.5部分合起來即為標(biāo)準(zhǔn)曲線的不確定度：

4.1.6樣品測定的不確定度Urel(樣)

樣品測定時額外引入的不確定度即氣相色譜儀的不確定度Urel(儀)，因此:

因此:

4.2解吸液體積的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel(V)

4.3標(biāo)準(zhǔn)采樣體積的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel(V0)

標(biāo)準(zhǔn)采樣體積由以下公式計算：

(4)

式中：V0——標(biāo)準(zhǔn)采樣體積(指在氣溫為20 ℃，大氣壓為101.3 kPa下，采集空氣樣品的體積)，L

V——在溫度為T ℃，大氣壓為P時的采樣體積，L

T——采樣點的氣溫， ℃

P——采樣點的大氣壓，kPa

V=Q×t

(5)

式中：Q——采樣流量，mL/min

t——采樣時間，min

由公式(4)和(5)可以得出，標(biāo)準(zhǔn)采樣體積的不確定度主要由以下幾個來源：采樣流量Q、采樣時間t、采樣點的溫度T和大氣壓P。

①根據(jù)檢定證書(證書編號900159035-001)，采樣流量誤差為1.1%，則：

②根據(jù)檢定證書(證書編號900159035-001)，采樣時間誤差為0.16%，則：

③根據(jù)檢定證書(證書編號900159021-007)，溫度計的誤差為0.8%，則：

④根據(jù)檢定證書(證書編號900159015-003)，氣壓表的誤差為0.11%，則：

4.4解吸效率的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel(D)

解吸效率測定方法[5]:以微量進(jìn)樣針準(zhǔn)確吸取色譜純甲苯100 μL，加二硫化碳定容到10 mL，得到濃度為8620 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)貯備液。用微量進(jìn)樣針向6支空白碳管中分別加入8 μL標(biāo)準(zhǔn)貯備液，于干燥皿中放置過夜。測定時將上述碳管分別倒入解吸瓶中，加入1.0 mL 二硫化碳，振搖1 min，解吸30 min。取1.0 μL解吸液上機測定。同時做空白試驗和標(biāo)準(zhǔn)曲線。獲得6次解吸效率分別為：99.12%、99.68%、101.32%、100.11%、99.64%、98.69%、100.02%、98.36%、99.84%、100.34%和100.81%，D平均=99.90%，則：

5　合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel(x)

綜上所述，可由車間空氣中甲苯測定過程的不確定度主要來源計算合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

6　擴展相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel

取包含因子k為2，近似95%置信概率，則：

Urel=kUrel(x)=0.0652

7　測定結(jié)果

U=46.24×0.0652=3.01 mg/m3

最終結(jié)果表示為：(46.24±3.01)mg/m3

8　結(jié)　論

通過對車間空氣中甲苯測定過程中不確定度來源的分析可知，活性炭管解吸液中甲苯濃度的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel(C0)為其主要來源，主要原因是標(biāo)準(zhǔn)溶液系列配置的不確定度Urel(系)和氣相色譜儀的不確定度Urel(儀)占主導(dǎo)位置。因此，可以通過使用更高等級的移液管和容量瓶配置標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，并采用性能更穩(wěn)定的氣相色譜儀進(jìn)行測定，從而減小車間空氣中甲苯測定的不確定度，提高測量的準(zhǔn)確度。

[1]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.JJF1059-1999 測量不確定度評定與表示[S].北京:中國計量出版社,2000.

[2]倪育才.實用測量不確定度評定[M].北京:中國質(zhì)檢出版社,中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015:64-70.

[3]中華人民共和國衛(wèi)生部.GBZ/T160.42-2007工作場所空氣有毒物質(zhì)測定芳香烴類化合物[S].北京:人民衛(wèi)生出版社,2007.

[4]周俊,許偉,王勇.氣相色譜法測定空氣中丙酮的不確定度評定[J].廣東化工,2011,38(10):157-158.

[5]黃彩嬌,宋國良.CS2解吸活性碳管中多組分有機溶劑的解吸效率測定[J].浙江預(yù)防醫(yī)學(xué),2007,19(1):94-95.

Uncertainty Analysis of Determination of Toluene in the Workplace Air

ZHANGJian-ping,WANGLe-hua,RUITian-lai,LIUFeng-zhi

(Suzhou Industrial Park Centers for Disease Control and Prevention, Jiangsu Suzhou 215021, China)

Uncertainty analysis of determination of toluene in the workplace air is good to improve the accuracy of the determination of toluene in the workplace air, prevent occupational injuries and protect workers. For that reason, the uncertainty of four parts of the measurement process was analyzed.The concentration of toluene in the air sample was 46.24 mg/m3, extended uncertainty was 3.01 mg/m3(k=2), and the result of measuring toluene was (46.24±3.01) mg/m3. By calculation, one main source of uncertainty was found, and the improvement measures were adopted to reduce the uncertainty and to further improve the accuracy of determination.

workplace air; toluene; uncertainty

張建平(1982-)，男，工程師，主要從事理化檢驗工作。

R136.9

C

1001-9677(2016)07-0144-03