工作場所空氣中丙酮測量不確定度評定

吳夢一

(中國安全生產(chǎn)科學研究院， 北京 100029)

·分析與測試·

工作場所空氣中丙酮測量不確定度評定

吳夢一

(中國安全生產(chǎn)科學研究院， 北京 100029)

介紹了溶劑解吸—氣相色譜法測定工作場所空氣中丙酮測量不確定度的評定過程，確定了不確定度分量的來源及大小。其中活性炭解吸液中丙酮的濃度和標準采樣體積的貢獻較大。可優(yōu)先選擇高精密度的儀器和實驗器具，同時不斷提高人員操作水平，有效降低不確定度。

丙酮；溶劑解吸；氣相色譜；不確定度

丙酮作為一種重要的有機溶劑，廣泛應(yīng)用于化工、農(nóng)藥、電子、機械、橡膠制品、皮革、家具、印刷等行業(yè)。相關(guān)的生產(chǎn)工藝主要涉及機械制造的熱處理、電鍍、涂裝；芯片制造中的原輔材料、清洗、刻蝕；除草劑的制劑與分裝；皮革制品的成型工藝；印刷裝訂工藝。丙酮既是重要的原輔材料，又是良好的溶劑、稀釋劑。丙酮急性中毒主要表現(xiàn)為對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的麻醉作用。長期接觸會出現(xiàn)眩暈、灼燒感、咽炎、支氣管炎、皮炎等。因此，控制工作場所空氣中作業(yè)人員接觸的丙酮濃度是十分必要和迫切的。影響丙酮含量測定結(jié)果準確度的因素很多，采樣、檢測、數(shù)據(jù)處理等各個環(huán)節(jié)中的儀器狀況、人員技術(shù)水平、經(jīng)驗等都會干擾到檢測結(jié)果，不確定度的評定是通過分析各個分量來估算測量值的范圍。本文根據(jù)《工作場所空氣有毒物質(zhì)測定 脂肪族酮類化合物》(GBZ/T 160.55—2007)[1]中丙酮的溶劑解吸—氣相色譜法測定丙酮含量，為工作場所空氣中丙酮不確定度的評定提供參考。

1 儀器和方法

1.1 儀器

儀器型號：氣相色譜儀Agilent 7890A(FID檢測器)；色譜柱：DB-624,30 m×0.32 mm×1.8 μm；柱溫：40℃(保持5.0 min)；進樣口溫度：200℃；檢測器溫度：250℃；柱流速:2.0 mL/min；分流比: 10:1。

1.2 測定方法

根據(jù)GBZ/T 160.55—2007《工作場所空氣有毒物質(zhì)測定 脂肪族酮類化合物》中丙酮的溶劑解吸—氣相色譜法進行測定，即用活性炭管采集工作場所空氣中的丙酮，二硫化碳解吸后用氣相色譜儀進行含量測定，根據(jù)標準系列濃度(23.7、47.4、94.8、158.0、316.0、790.0 μg/mL)與相對應(yīng)的峰面積建立標準曲線，計算未知樣品濃度，然后根據(jù)標準采樣體積計算工作場所空氣中丙酮的濃度。

2 測量的數(shù)學模型及不確定度分量

丙酮濃度測定的數(shù)學模型：

(1)

式中，C為空氣中丙酮的濃度，mg/ m3；C0為活性炭解吸液中丙酮的濃度，μg/mL；v為解吸液的體積，mL；V0為標準采樣體積，L；D為解吸效率，%。

根據(jù)數(shù)學模型，丙酮不確定度的來源主要有以下幾個方面：1.活性炭解吸液中丙酮濃度的不確定度；2.解吸液體積的不確定度；3.標準采樣體積的不確定度；4.解吸效率的不確定度。

3 不確定度分量分析

3.1 活性炭解吸液中丙酮濃度的不確定度

根據(jù)活性炭解吸液中丙酮濃度的測定步驟，解吸液中丙酮濃度的相對標準不確定度ur(C0)主要受以下幾方面的影響：標準儲備液配制、標準溶液系列配制、氣相色譜儀測定、標準曲線擬合、樣品測定。

3.1.1 標準儲備液的不確定度

加2 mL二硫化碳于5 mL容量瓶中，準確加入5 μL丙酮色標(純度為99.5%，相對密度為0.790 g/mL)，定容至刻度。搖勻，得到標準儲備液，濃度為790 μg/mL。該標準儲備液不確定度的影響因素有：丙酮的純度、10 μL進樣針、5 mL容量瓶。

3.1.2 標準系列配制的不確定度

3.1.3 氣相色譜儀的不確定度

3.1.4 標準曲線擬合的不確定度

在該儀器條件下，根據(jù)標準系列溶液進樣后峰面積的響應(yīng)值與溶液本身濃度的線性關(guān)系，繪制出標準曲線y=0.787x+1.010，相關(guān)系數(shù)R=0.9999，其中B1=0.787，B0=1.010。標準系列溶液每個濃度測定一次，測定結(jié)果見表1。

表1 標準系列測定結(jié)果

在相同實驗條件下對樣品測定3次，結(jié)果見表2。

表2 樣品測定結(jié)果

由表2可知，通過標準曲線擬合測得丙酮樣品的平均濃度為241.1 μg/mL，則丙酮擬合曲線的不確定度為：

(2)

其中標準曲線的標準偏差為：

(3)

根據(jù)(3)式算出SR=3.535，

ur(擬)=u(擬)/C0=3.18/241.1=0.013

3.1.5 樣品測定的不確定度

樣品解吸時要用到1mL移液器，ur (移)=0.012。樣品測定時要用到氣相色譜儀，ur(儀)=0.012，則樣品測定的相對標準不確定度

綜合第3.1.1～3.1.5節(jié)，活性炭解吸液中丙酮濃度的相對標準不確定度為：

3.2 解吸液體積的相對標準不確定度

1 mL移液器的相對標準不確定度ur(移)=0.012，所以解吸液體積的相對標準不確定度ur(v)=0.012。

3.3 標準采樣體積的不確定度

將采樣體積換算成標準采樣體積的公式[3]如下：

(4)

式中,V0為標準采樣體積，L；Vt為在溫度為t℃，大氣壓為P時的采樣體積，L；t為采樣點的氣溫，℃；P為采樣點的大氣壓，kPa。

其中Vt=F·t

(5)

式中，Vt為在溫度為t℃，大氣壓為P時的采樣體積，L；F為采樣流量，L/min；t為采樣時間，min。

由上式可以看出，影響標準采樣體積不確定度的因素主要有采樣流量、采樣時間、采樣點溫度以及采樣點大氣壓。

綜上，標準采樣體積的相對標準不確定度為：

3.4 丙酮解吸效率的相對標準不確定度

取11支空白活性炭管，分為2組，其中5支活性炭管分別加入相當于474.0 μg的丙酮儲備溶液，另外6支活性炭管分別加入相當于790.0 μg的丙酮儲備溶液，室溫下放置過夜，按標準方法處理后測定，同時測定空白炭管。其解吸效率范圍為98.0%～105.2%，平均解吸效率為101.6%，則解吸效率的相對標準不確定度為：

4 合成標準不確定度及擴展不確定度

綜上，公共場所空氣中丙酮的合成標準不確定度為：

C(丙酮)=241.1×1/(1.5×101.6%)=158.2 mg/m3，u=158.2×0.058=9.2 mg/m3, 取包含因子k=2(95%置信區(qū)間)，則擴展不確定度U=k×u=2×9.2=18.4 mg/m3。

5 結(jié)果表示

本次測量樣品濃度結(jié)果表示為(158.2±18.4) mg/m3。

6 討論

綜上，對工作場所空氣中丙酮測量不確定度影響最大的分量是活性炭解吸液中的丙酮濃度，其次是標準采樣體積，再次是解吸液體積。其中，影響活性炭解吸液中丙酮濃度不確定度的分量主要是標準溶液系列配制和樣品測定，影響標準采樣體積不確定度的分量主要是采樣流量。因此應(yīng)優(yōu)先選擇高精密度、高靈敏度的儀器設(shè)備和實驗器具，同時提高實驗人員的操作水平，盡可能地將工作場所中有毒物質(zhì)的不確定度降至最低。

[1] GBZ/T 160.55—2007 工作場所空氣有毒物質(zhì)測定 脂肪族酮類化合物[S].

[2] JJG 196—2006 常用玻璃容器檢定規(guī)程[S].

[3] GBZ 159—2004 工作場所空氣中有害物質(zhì)監(jiān)測的采樣規(guī)范[S].

吳夢一， 女，工程師，任職于中國安全生產(chǎn)科學研究院。主要從事職業(yè)衛(wèi)生工作場所空氣中有機物的檢測研究。郵箱：350499577@qq.com。

Uncertainty Evaluation of the Determination of Acetone in theAir of Workplace

WU Mengyi

(China Academy of Safety Science and Technology, Beijing 100029，China)

In this paper, the uncertainty evaluation process of determination of acetone in the air of workplace by solvent desorption-gas chromatography was introduced, and it determined the source and value of the uncertainty. The concentration of acetone in the desorption solution of the activated carbon and the standard sampling volume made the greater contribution. In order to reduce the uncertainty effectively, high-precision instruments and experimental apparatus should be given priority. At the same time, the level of personnel operations should be improved continuously.

acetone; solvent desorption; gas chromatography; uncertainty

2016-01-05

中國安全生產(chǎn)科學研究院基本科研業(yè)務(wù)專項資金(2015JBKY08)

TQ117

B

1007-7804(2017)01-0033-04

10.3969/j.issn.1007-7804.2017.01.009