擴(kuò)散分光光度法測定蒜粉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中氟化物不確定度評定

王力君，張明，陳秀娜

（青海省地質(zhì)礦產(chǎn)測試應(yīng)用中心，西寧 810008）

植物樣品中氟化物的含量測試是生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查的必測項(xiàng)目之一。氟化物是人體必需的微量元素之一［1］，其在動植物體內(nèi)不會發(fā)生生物降解，即便是較低水平的污染，長期食用也會在人體內(nèi)大量積累，造成不同程度的危害［2］。植物樣品中氟化物的氟化物含量很低［3］，準(zhǔn)確測量植物樣品中氟化物的含量具有十分重要的意義。目前用于分析植物樣品中氟化物的方法主要有擴(kuò)散分光光度法［2］、離子選擇電極法［4–6］、高溫燃燒水解／離子色譜法［7–10］、氣相色譜法［11］等。

隨著對氟化物分析結(jié)果準(zhǔn)確性的要求日益增高，采用測量不確定度來表示檢測結(jié)果的可靠程度越來越被認(rèn)可［12］。測量不確定度是指表征合理地賦予被測量之值的分散性，是與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)［13］，是對測量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，測量結(jié)果的準(zhǔn)確度在很大程度上取決于其不確定度的大?。?4］。測量結(jié)果在附有不確定度說明的情況下，才是充分完整并有實(shí)際意義的結(jié)果［15］。

目前，國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 10022中氟化物的含量只有一個推薦值（35 μg／g），缺少相應(yīng)的不確定度范圍。筆者采用擴(kuò)散分光光度法測定國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10022中氟化物的含量，并對其進(jìn)行不確定評定，其結(jié)果為（33.67±0.794）μg／g，可以為更多的實(shí)驗(yàn)工作者提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 測試方法與評定依據(jù)

采用擴(kuò)散分光光度法測試植物樣中的氟化物，并依據(jù)JJF 1059.1—2012 《測量不確定度評定與表示》評定其不確定度。

1.2 主要儀器與試劑

紫外分光光度計(jì)：TU–1810型，北京普析通用公司。

恒溫干燥箱：101–3A型，鶴壁市恒鑫儀器儀表有限公司。

氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液：500 mg／L，編號為GSB 07–1266–2000，相對擴(kuò)展不確定度U=1%(k=2)，北京環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所。

茜素絡(luò)合指示劑、硫酸、丙酮、乙酸鈉、硫酸銀、冰乙酸、硝酸鑭、氫氧化鈉、無水乙醇：均為分析純，市售。

氟試劑溶液：0.002 mol／L，準(zhǔn)確稱取0.772 g茜素絡(luò)合指示劑和70 g無水乙酸鈉置于燒杯中，加入少量水，低溫加熱并攪拌使其溶解，冷卻后加入70 mL冰乙酸后移至1 000 mL棕色容量瓶中，加水稀釋至標(biāo)線，搖勻，低溫避光保存，混合液pH值為4.5左右。

硫酸銀–硫酸溶液：20 g／L，稱取2 g硫酸銀，溶于100 mL硫酸溶液（3+1）中。

氫氧化鈉–無水乙醇溶液：40 g／L，稱取4 g氫氧化鈉，溶于無水乙醇中并稀釋至100 mL，于4 ℃冷藏保存。

1.3 實(shí)驗(yàn)原理

在擴(kuò)散盒的內(nèi)蓋上加入一定量的氫氧化鈉無水乙醇溶液，使其形成一層均勻分布的薄膜，植物樣品中的氟化物在硫酸和硫酸銀混合溶液的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將植物樣品中的氟置換成氟化氫，氟化氫經(jīng)過氫氧化鈉薄膜的吸收被固定，此時將含有氟的氫氧化鈉薄膜用水多次沖洗至比色管中，加入混合顯色劑，可顯藍(lán)色，顏色深度與氟離子濃度在一定范圍內(nèi)存在線性關(guān)系，當(dāng)pH為4.5時，生成的顏色可穩(wěn)定24 h。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 校準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

用A級10.00 mL移液管準(zhǔn)確移取10.00 mL 氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液至1 000 mL的A級容量瓶中，用純水定容，得到質(zhì)量濃度為5 mg／L的氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液Ⅰ。分別移取0.05、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 mL氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液Ⅰ置于擴(kuò)散盒中，加入硫酸–硫酸銀溶液，立即蓋緊蓋子，放入烘箱靜置24 h。

1.4.2 測定過程

稱取0.2 g國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10022置于擴(kuò)散盒中，加入4 mL水，再加入4 mL硫酸–硫酸銀溶液，立即蓋緊蓋子，放入烘箱靜置24 h。

將擴(kuò)散盒取出置于相對水平的平面上，取出盒蓋，用蒸餾水多次沖洗直至完全溶解氫氧化鈉的薄膜，并將此溶液轉(zhuǎn)移至25 mL的A級具塞比色管中，然后加入5 mL混合顯色劑（硝酸鑭、氟試劑和丙酮按照體積比1∶1∶3混合，現(xiàn)用現(xiàn)配），定容至標(biāo)線，搖勻，在室溫下放置60 min，采用3 cm比色皿，以空白溶液為參比，于620 nm波長處測量吸光度。以氟質(zhì)量為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線，試樣中氟化物的含量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω(F)計(jì)，單位以μg／g表示，按照式(1)計(jì)算：

式中：m1——從校準(zhǔn)曲線上查得試樣溶液中的氟質(zhì)量，μg；

m0——從校準(zhǔn)曲線上查得空白溶液中的氟質(zhì)量，單位為μg；

m——試料質(zhì)量，單位為g。

1.5 數(shù)學(xué)模型

式中：ρ(F)——試樣中氟化物的質(zhì)量濃度，μg／ mL；

A——試樣溶液測得的吸光度；

a——校準(zhǔn)曲線的截距；

b——校準(zhǔn)曲線的斜率。

2 不確定度來源分析與計(jì)算

根據(jù)氟化物的測定過程和結(jié)果的計(jì)算公式，引入相對不確定度主要來自：（1）氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液；（2）氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液配制；（3）試樣溶液配制；（4）試樣溶液重復(fù)性測定；（5）氟化物標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合；（6）測量儀器（紫外分光光度計(jì)）6個方面。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液定值的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(Cs)

500 mg／L的氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對擴(kuò)展不確定度U=1%，k=2，則標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：urel(Cs)=U／k=1%／2=5×10–3

2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C1)

用A級10.00 mL分度移液管準(zhǔn)確移取10.00 mL 500 mg／L的氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液至1 000 mL的容量瓶中，用純水定容，得到濃度為5 mg／L的氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.2.1 10 mL移液管的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V1)

計(jì)量容器的校準(zhǔn)和溫度會引入相對不確定度，標(biāo)準(zhǔn)溶液在稀釋過程中引入的不確定度主要來源于所用的移液管、容量瓶等計(jì)量容器［16］。依據(jù)JJG 196—2006玻璃量器檢定規(guī)程，按照矩形分布評定其不確定度。

（1）10 mL分度移液管的容量允差為±0.05 mL［17］，按照矩形分布評定其不確定度，取k= 3［18］，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

u(V10)=0.05 mL／k=0.028 9 mL

（2）10 mL分度移液管在吸取溶液時的估讀讀數(shù)誤差為±0.01 mL［17］，取k= 3［18］，則其標(biāo)準(zhǔn)確定度：

u(V10')=0.01 mL／k=0.005 8 mL

（3）移液管和溶液的溫度與校正時的溫度不同引起的體積不確定度，設(shè)溫度波動為±3 ℃，此時水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10–4／℃［14］，取k= 3［18］，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

u(T10)=10×2.1×10–4×3／k=0.014 6 mL

因此配制標(biāo)準(zhǔn)溶液過程中10 mL移液管引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.2.2 1 000 mL單標(biāo)線容量瓶的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

urel(V2)

（1）1 000 mL容量瓶的容量允差為±0.40 mL，按照矩形分布評定其不確定度，取k= 3，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

u(V1000)=0.40 mL／k=0.231 mL

（2）1 000 mL容量瓶在定容時的估讀讀數(shù)誤差為±0.01 mL，取k= 3，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

u(V1000')=0.01 mL／k=0.005 8 mL

（3）設(shè)溫度波動為±3 ℃，此時水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10–4／℃，取k= 3［18］，則溫度變化對1 000 mL容量瓶所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

u(T1000)=1 000×2.1×10–4×3／k=1.454 mL

因此在配制標(biāo)準(zhǔn)溶液過程中1 000 mL容量瓶引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

則在稀釋標(biāo)準(zhǔn)溶液的整個過程中引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.3 試樣溶液配制引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C2)

2.3.1 10 mL移液管的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V3)

同2.2.1的計(jì)算方法，計(jì)算得10 mL分度移液管的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

urel(V3)=3.04×10–3

2.3.2 25 mL比色管的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V4)

（1）25 mL比色管的容量允差為±0.25 mL，按照矩形均勻分布評定其不確定度，取k= 3，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

u(V25)=0.25 mL／k=0.144 mL

u(V25')=0.05 mL／k=0.028 9 mL

u(T25)=25×2.1×10–4×3／k=0.91×10–2mL

因此在試樣溶液配制過程中25 mL比色管引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

則試樣溶液配制過程中引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.4 重復(fù)性測定引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C3)

稱取0.200 0 g國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 10022（標(biāo)準(zhǔn)值為35 μg／g）放入塑料擴(kuò)散盒中，按照方法要求重復(fù)測定10次，評定重復(fù)測定引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，測試結(jié)果列于表1。

表1 重復(fù)測定GBW 10022中氟化物濃度數(shù)據(jù)

2.5 氟化物標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度urel(C4)

用擴(kuò)散分光光度法測定國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，其系列標(biāo)準(zhǔn)溶液測定結(jié)果列于表2。

對表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，計(jì)算得到線性方程y=0.092 8x+0.009 3，相關(guān)系數(shù)為0.999 8，根據(jù)貝塞爾公式[19]計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏差SR=6.40×10–3，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(C4)按照式(3)計(jì)算：

式中：SR——標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏差，SR=6.40×10–3；

b——標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率，b=0.092 8；

n——測量點(diǎn)個數(shù)，n=8；

p——樣品測量次數(shù)，p=10；

——樣品溶液中氟化物平均測定值；

——系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液平均質(zhì)量濃度；

ci——標(biāo)準(zhǔn)曲線中各個測量點(diǎn)的質(zhì)量濃度。

計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

u(C4)=4.58×10–2

則標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.6 測量儀器引入的不確定度urel(C5)

查TU–1810型紫外分光光度計(jì)檢定證書可知，儀器相對擴(kuò)展不確定度U=0.7%，k=2，則儀器引起的相對不確定度urel(C5)=U／k=0.7%／2=3.5×10–3。

3 不確定度的合成與評估

擴(kuò)散分光光度法測定植物樣品中氟化物的6個主要不確定度分量列于表3。由表3可知，引起國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中氟化物含量結(jié)果不確定度的主要因素來源為氟化物標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度，其次是試樣溶液配制引入的不確定度和標(biāo)準(zhǔn)溶液定值引起的不確定度。

表3 國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中氟化物含量的相對不確定度匯總

3.1 相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

合成上述分量，得到合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

3.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)上述分析計(jì)算得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

3.3 擴(kuò)展不確定度

取置信概率為95%，其中包含因子k=2，此時擴(kuò)散分光光度法測定植物樣品中氟化物的相對擴(kuò)展不確定度為k·u=0.794 μg／g。國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 10022中氟化物的測量平均值為33.67 μg／g，其擴(kuò)展不確定度urel(C)=(33.67±0.582) μg／g。

4 結(jié)語

采用擴(kuò)散分光光度法測定國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 10022中氟化物的結(jié)果進(jìn)行不確定度評定。結(jié)果表明，對不確定度貢獻(xiàn)最大的是校準(zhǔn)曲線的擬合，其次為試樣溶液的配制，而其它方面對不確定度的貢獻(xiàn)相對較小。因此在使用擴(kuò)散分光光度法測定植物樣中的氟化物時，可以選擇更為精準(zhǔn)的移液計(jì)量器具，以減少試樣溶液在配置過程中引起的不確定度，還可以選擇定值更為精準(zhǔn)的氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液，減少因標(biāo)準(zhǔn)溶液定值引入的不確定度，從而提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

通過對國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10022中氟化物進(jìn)行測試，確定了GBW10022中氟化物的擴(kuò)展不確定度的范圍，以便為更多的實(shí)驗(yàn)工作者提供可靠的數(shù)據(jù)。