高效液相色譜法測(cè)定N-甲基-對(duì)硝基苯胺含量的不確定度評(píng)定

王曉棟 馬 曉 田雨露

(洛陽(yáng)瑞澤石化工程有限公司，洛陽(yáng) 471000)

1 引言

N-甲基對(duì)硝基苯胺(簡(jiǎn)稱(chēng)MNA)是一種重要的有機(jī)化工原料和染料中間體，可作為推進(jìn)劑的安定劑[1]。目前，檢測(cè)MNA含量最簡(jiǎn)捷、有效的方法是高效液相色譜法[2]。本研究利用高效液相法對(duì)MNA含量測(cè)定過(guò)程進(jìn)行不確定評(píng)估，以期找出影響測(cè)量結(jié)果不確定度的各種因素，并對(duì)其進(jìn)行逐項(xiàng)分析及評(píng)定，為方法的優(yōu)化和評(píng)定測(cè)量結(jié)果提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

2 材料及方法

2.1 儀器及試劑

LC-10A高效液相色譜(紫外可見(jiàn)雙波長(zhǎng)檢測(cè)器SPD-10AVP Plus)；XT 220A分析天平(分度值0.0001g)。

25mL、50mL容量瓶、1mL、2mL、5mL單刻度移液管， A級(jí)；

MNA標(biāo)樣，化工研究院提供，與用戶(hù)雙方認(rèn)可標(biāo)樣，純度≥99.5%；

乙腈，色譜純。

2.2 測(cè)量方法

依據(jù)國(guó)軍標(biāo)GJB 5395-2005液相色譜分析條件進(jìn)行測(cè)定。

2.3 液相色譜測(cè)試條件

色譜柱：Discovery C18；流動(dòng)相：V乙腈∶V水=60∶40；流速：1.0mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)： 254nm；進(jìn)樣量：20μL ； 柱溫：35℃。

2.4 數(shù)學(xué)模型

x——MNA的含量，g/g；

m——MNA樣品的質(zhì)量，g；

c0——MNA標(biāo)樣的濃度，g/ml；

f——MNA樣品的稀釋倍數(shù)；

As——MNA樣品的峰面積；

As0——MNA標(biāo)樣的峰面積；

2.5 不確定來(lái)源分析[3-5]

從測(cè)定過(guò)程和確定的數(shù)學(xué)模型分析，MNA含量測(cè)定的不確定來(lái)源主要有下面幾個(gè)方面：

1)標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程引入的不確定度；

2)樣品配制過(guò)程引入的不確定度；

3)樣品峰面積的測(cè)定引入的不確定度；

4)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)擬合計(jì)算樣品濃度引入的不確定度。

3 MNA試樣在測(cè)量過(guò)程的不確定評(píng)定

3.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配制過(guò)程引入的不確定度

3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)s引入的不確定度

3.1.2標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱(chēng)量引入的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)溶液稱(chēng)樣量為配制過(guò)程實(shí)際稱(chēng)樣量0.0108g，采用減重法稱(chēng)量，需兩次，要乘以2，則標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱(chēng)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.1.3標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)儲(chǔ)備液配制過(guò)程中引入的不確定度

將準(zhǔn)確稱(chēng)取的MNA標(biāo)樣用乙腈定容至50mL容量瓶中，濃度為2.16mg/mL，做儲(chǔ)備液用。

該過(guò)程使用了50mL容量瓶，容量瓶引入的不確定度有兩個(gè)來(lái)源：

(1)容量瓶本身體積的不確定度

(2)溫度變動(dòng)導(dǎo)致容量瓶體積變動(dòng)引入的不確定度

容量瓶檢定一般在20℃進(jìn)行，水的膨脹系數(shù)2.1×10-4℃，實(shí)驗(yàn)室的溫度不確定度σ=±4℃，溫度變化均勻分布，則有相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

50mL標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液引入的不確定度為：

3.1.4標(biāo)準(zhǔn)樣品配制過(guò)程引入的不確定度

用1mL、2mL、5mL移液管吸取儲(chǔ)備液，配制標(biāo)準(zhǔn)溶液過(guò)程如表1所示。標(biāo)準(zhǔn)樣品稀釋定容過(guò)程用到1mL、2mL、5mL移液管及25mL、50mL容量瓶。移液管及容量瓶屬于A(yíng)級(jí)，按矩形分布考慮，移液管及容量瓶引入的不確定度如表2所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制過(guò)程

表2 稀釋過(guò)程中使用的移液管及容量瓶的不確定度

配制標(biāo)準(zhǔn)溶液過(guò)程使用1mL移液管1次，2mL移液管2次，5mL移液管2次，25mL容量瓶2個(gè)，50mL容量瓶3個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋定容過(guò)程中引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

=0.00658

綜上，標(biāo)準(zhǔn)溶液配置過(guò)程中引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

=0.00898

3.2 樣品配制過(guò)程引入的不確定度

稱(chēng)取0.0100g左右MNA樣品，乙腈定容至50mL容量瓶中，用2mL移液管移取2mL溶液，乙腈定容至25mL容量瓶中。

3.2.1樣品稱(chēng)量引入的不確定度

樣品溶液配置過(guò)程中，試樣采用減重法稱(chēng)量，實(shí)際稱(chēng)樣量為0.0141g，則樣品稱(chēng)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

3.2.2樣品稀釋定容引入的不確定度

樣品稀釋定容用到2mL移液管、25mL容量瓶、50mL容量瓶，其相對(duì)不確定度為：

=0.00314

綜上，25mL樣品溶液配置過(guò)程引入的不確定度：

3.3 峰面積引入的不確定度

此次評(píng)定中，儀器泵流量的不確定度、柱溫柱箱的不確定度及檢測(cè)器檢測(cè)波長(zhǎng)的不確定度、定量環(huán)管的不確定度歸入測(cè)定面積的不確定度，環(huán)境溫度、濕度及氣壓等因素歸入樣品不確定度中。

3.3.1數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的不確定度

根據(jù)色譜工作站說(shuō)明書(shū)和指標(biāo)，液相色譜峰面積積分的誤差在0.2%～1%，取最大誤差1%，按矩形分布考慮，色譜工作站的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.3.2峰面積重復(fù)測(cè)定引入的不確定度

對(duì)MNA樣品進(jìn)行8次測(cè)定，測(cè)定峰面積，根據(jù)擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)及數(shù)學(xué)模型計(jì)算的樣品濃度及含量，如表3所示。

表3 試樣多次測(cè)量的峰面積數(shù)據(jù)

根據(jù)單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算公式：

峰面積重復(fù)測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

Urep=693.6

峰面積重復(fù)測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

綜上，峰面積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

=0.00674

3.4 由標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算樣品濃度引入的不確定度

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行色譜分析，每個(gè)濃度測(cè)定3次，峰面積如表4所示，利用最小二乘法對(duì)濃度—峰面積進(jìn)行線(xiàn)性回歸分析，得到線(xiàn)性方程：

表4 不同濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液的峰面積數(shù)據(jù)

As=16867c+9771.4，相關(guān)系數(shù)R2=0.9982。

根據(jù)單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差公式：

樣品濃度測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.5合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度及擴(kuò)展不確定度

測(cè)定過(guò)程中引入的不確定度來(lái)源及細(xì)化過(guò)程如表5所示。

表5 試樣測(cè)定過(guò)程的不確定度一覽表

由表5中各相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度可以得到合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

=0.0187

擴(kuò)展不確定度可由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘以包含因子，取置信水平 95%，則k=2。擴(kuò)展不確定度為：

urel,k=k×urel=2×0.0187=0.0374

當(dāng)取樣量為0.0141g時(shí)，試樣中MNA的含量為：x=(0.4972±0.0374)g/g,

樣品中含有MNA的質(zhì)量為：(7.0±0.5)mg。

3.6 結(jié)論

從表5不確定度得到不確定度數(shù)據(jù)可以看出，樣品、標(biāo)樣在稱(chēng)量過(guò)程中引入的不確定度最大，稀釋定容過(guò)程其次，標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)擬合計(jì)算樣品含量不確定度最小。此例中標(biāo)樣、樣品稱(chēng)樣量都較小，說(shuō)明標(biāo)樣及樣品溶液配制過(guò)程中，取樣量過(guò)小會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果的不確定度變大。而在稀釋過(guò)程中，從表2可以看出，使用較大的移液管和容量瓶可以降低稀釋定容過(guò)程的不確定度。而在本例中，峰面積引入的不確定度主要來(lái)源于色譜工作站的使用，這就要求分析工作者要不斷提高對(duì)工作站的理解及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)性的判斷。