HPLC法測定皮革與皮革制品中吡啶硫銅鋅含量的不確定度評定

楊藝歡

(廣東省惠州市質(zhì)量計量監(jiān)督檢測所 輕化室，廣東 惠州 516000)

吡啶硫銅鋅是一種雜環(huán)類廣譜殺菌劑，因其高效、低毒、安全等性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，如化妝品，涂料、皮革用品等。但長時間接觸吡啶硫銅鋅容易導(dǎo)致過敏性或接觸性皮炎，對人體健康及生態(tài)環(huán)境造成一定壓力。本文通過高效液相色譜法測定皮革及皮革制品中ZPT含量的測定過程，結(jié)合數(shù)學(xué)模型分析實(shí)驗過程中引入的不確定度，建立了一套合理、科學(xué)的評價系統(tǒng)，為測試結(jié)果的準(zhǔn)確度及可信度的評價提供了科學(xué)的依據(jù)。

1 方法與原理

1.1 測定原理

在酸性條件下，樣品經(jīng)正己烷脫脂后，用甲醇超聲提取，經(jīng)高效液相色譜儀分離，二極管陣列檢測器檢測，根據(jù)保留時間和光譜圖定性，峰面積定量，以標(biāo)準(zhǔn)曲線法計算ZPT含量。

1.2 樣品預(yù)處理

稱取代表性的樣品1 g(剪成5 mm×5 mm的碎片，精確至0.001 g)，經(jīng)正己烷脫脂后，放置過夜揮干正己烷。準(zhǔn)確加入甲醇10.0 mL，超聲波提取30 min，經(jīng)0.22 μm濾膜過濾，試液待測。

1.3 試劑和儀器

試劑：ZPT標(biāo)準(zhǔn)品(純度>99.0%，德國Dr.Ehrenstorfer GmbH公司)；乙腈(色譜純，上海安譜實(shí)驗科技股份有限公司)；甲醇(色譜純，上海安譜實(shí)驗科技股份有限公司)；實(shí)驗用水為二級蒸餾超純水。

儀器：高效液相色譜 (DAD檢測器，美國Agilent公司)；超聲波清洗機(jī)(昆山市超聲儀器有限公司)；電子天平(OHAUS儀器(上海)有限公司)；IQ7000純水機(jī)(美國Milli-Q公司)。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制

稱取0.03000 g(精確至0.00001 g)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用甲醇定容至刻度，該儲備液的濃度為600 μg/mL。將標(biāo)準(zhǔn)溶液依次稀釋，配成濃度為3、6、12、30、48、60、120 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

1.5 色譜條件

色譜柱：ZORBAX SB-C18(4.8 mm×250 mm,5 μm)；流動相：甲醇，加入0.05 mmol/L的EDTA，用磷酸調(diào)節(jié)至pH值至4.0～4.5之間；檢測器：二極管陣列檢測器；波長：340 nm；流速：1.0 mL/min；柱溫：30℃；進(jìn)樣量：10 μL。

2 數(shù)學(xué)模型

根據(jù)測定原理，采用外標(biāo)法測定皮革及皮革制品中ZPT的含量按下式計算：

式中： x-樣品中ZPT的含量，mg/kg；

c-儀器自動定量的ZPT濃度，μg/mL；

V-樣液最終體積，mL；

m-樣品質(zhì)量，g 。

3 不確定度的來源

識別不確定度的來源，包括對數(shù)學(xué)模型中各參數(shù)的不確定度有貢獻(xiàn)的來源，特別是由化學(xué)假定產(chǎn)生的來源[1]。本次不確定度的評定采用GUM法[2]，經(jīng)分析，在實(shí)驗過程中引入的不確定度主要有幾個方面。

1) 樣品前處理時引入的不確定度分量；

2) 液相色譜儀引入的不確定度分量；

3) 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線配制過程引入的不確定度分量；

4) 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線擬合引入的不確定度分量；

5)測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。

4 評估不確定度的數(shù)學(xué)模型

在實(shí)際評估中，應(yīng)該考慮各種隨機(jī)影響，但是很難分別定量地研究每個影響因素引入的不確定度分量。比較簡便易行的方法是將各個隨機(jī)影響合并考慮。為此，需要在上述計算式中增加一個重復(fù)性系數(shù)frep。評定不確定度的數(shù)學(xué)模型應(yīng)寫成如下形式：

該系數(shù)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度等于測量結(jié)果的合成重復(fù)性不確定度分量。在隨后的不確定度分量的評定中，已無需再單獨(dú)考慮各個隨機(jī)影響。

5 不確定度分量的評估

5.1 樣品前處理引入的不確定度分量

5.1.1 樣品稱量引入的不確定度分量

本次實(shí)驗稱取兩個試樣，分別為1.0683和1.1713 g，平均值為1.1198 g，天平使用2次，采取直接稱樣，故質(zhì)量m的不確定度主要是由天平的校準(zhǔn)引入:

5.1.2 樣品定容引入的不確定度分量

5.1.2.1 10 mL單標(biāo)線移液管引入的不確定度

5.1.2.2 溫度影響引入的不確定度分量

標(biāo)準(zhǔn)使用溶液配制時的室溫為20℃ ，實(shí)驗室溫度波動范圍ΔT=±3 ℃。由于液體的體積變化明顯大于容量器具的體積變化，因此只需要考慮液體的膨脹或收縮。甲醇的膨脹系數(shù)為α=1.18×10-3℃-1，按矩形分布考慮，則：

ΔV=V×ΔT×α

式中，ΔT溫度波動范圍，℃；V為使用體積，mL；n為使用次數(shù)；α為膨脹系數(shù)，℃-1。

5.1.2.3 合成5.1.2各分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度

5.1.3 計算樣品前處理引入的不確定度分量

5.2 液相色譜儀引入的不確定度

高效液相色譜儀計量證書標(biāo)明最小檢測濃度測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：U=0.018 μg/mL，k=2，則儀器引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定為

5.3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線配制引入的不確定度

準(zhǔn)確稱取0.03000 g ZPT標(biāo)準(zhǔn)品，用甲醇定容至50 mL，配制成600μg/mL標(biāo)準(zhǔn)儲備液，然后逐級稀釋配備成標(biāo)準(zhǔn)工作曲線溶液，步驟如表1所示。

表1 ZPT標(biāo)準(zhǔn)系列曲線配制過程Table 1 The Preparation Process of ZPT

5.3.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)純度產(chǎn)生的不確認(rèn)度

ZPT標(biāo)物證書上標(biāo)示的相對擴(kuò)展不確定度為0.30%，k=3，則

5.3.2 電子天平引入的不確定度分量

本次實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的稱樣量為0.02998 g，故由天平引入的相對不確定度為：

5.3.3 定容過程引入的不確定度

5.3.3.1 玻璃器具引入的不確定度

式中：MPE(V)為允許誤差，mL；n為使用次數(shù)。

表2 容量瓶引入的不確定度Table 2 Uncertainty of the volumetric flasks

5.3.3.2 移液槍引入的不確定度分量

本次實(shí)驗使用(100～1000)μL移液槍，計量證書標(biāo)明擴(kuò)展不確定度為0.3%，k=2，則移液槍引入的不確定度數(shù)據(jù)見表3：

式中：V為吸取體積，mL；n為使用次數(shù)。

表3 移液槍移液引入的不確定度Table 3 Uncertainty of the pipetting guns

5.3.3.3 溫度效應(yīng)引入的不確定度分量

由5.1.2.2 公式可知，溫度效應(yīng)引入的不確定度主要與溫度波動范圍ΔT、溶劑的膨脹系數(shù)和使用次數(shù)有關(guān)，即溫度效應(yīng)引入的不確定度見表4。

表4 溫度效應(yīng)引入的不確定度Table 4 Uncertainty of the temperature

序號使用次數(shù)nu(Ti)relΔu(T)rel容量瓶85.78×10-3移液槍85.78×10-38.18×10-3

5.3.3.4 合成5.3.3各分量得定容過程引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

5.3.4 合成標(biāo)準(zhǔn)工作曲線配制過程引入的不確定度分量

合成5.3中各分量，得

5.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合的不確定度分量

采用最小二乘法擬合濃度-峰面積標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，每個濃度測定2次，曲線擬合后得到的線性回歸方程y=16.15458C-7.73476，其中斜率b=16.15458，截距a=-7.73476，相關(guān)系數(shù)r2=0.99986，結(jié)果見表5。

表5 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線濃度-峰面積數(shù)據(jù)Table 5 The concentration and area's data

表6 各分量及結(jié)果匯總表Table 6 The summary data of the stand curve

5.5 測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

在重復(fù)性條件下，對同一試樣進(jìn)行了7次獨(dú)立測試，結(jié)果見表7。

表7 重復(fù)性數(shù)據(jù)Table 7 The Data of repeatability

本次測定是在相同的條件下測量兩份皮革樣品中ZPT含量，儀器自動定量濃度的平均值為4.1311 μg/mL，利用此前由較大樣品量(n=7)獲得的標(biāo)準(zhǔn)偏差預(yù)評估值，計算本次測量結(jié)果平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

則測量重復(fù)性影響引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

5.6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

各不確定度分量匯總?cè)绫?所示。

表8 不確定度分量表Table 8 The Summary data of each uncertainty

測量過程的相對不確定度為：

本次實(shí)驗結(jié)果4.13 μg/mL，則：

5.7 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，置信概率P=95%，則擴(kuò)展不確定度為

U(X)=k×uc(x)=2×0.12=0.24

5.8 報告不確定度

本次實(shí)驗儀器自動測得ZPT含量4.13 μg/mL，當(dāng)樣品為1.1198 g，定容至10 mL時，根據(jù)數(shù)學(xué)模型，報告結(jié)果(36.88±2.14) mg/kg，k=2。

6 討論

本次實(shí)驗用HPLC法測定皮革中吡啶硫銅鋅含量，測定結(jié)果為(36.88±2.14) mg/kg，根據(jù)上述各不確定分量可知，各分量影響不確定度大小為：標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制過程>測量重復(fù)性>樣品前處理過程>標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的擬合>儀器自動測量。因此，在試驗過程可通過使用高精度的器皿，適當(dāng)增加標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液數(shù)量以及增加試樣試驗次數(shù)來提高結(jié)果的準(zhǔn)確性，降低測量不確定度。通過規(guī)范樣品前處理操作，保證儀器在最佳使用性能，提高實(shí)驗室質(zhì)控水平，也能大大提高實(shí)驗室測量數(shù)據(jù)的有效性和可靠性。