亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制

孫倩蕓，呂鄧義，高捷，吳天纓，孫華，黃清波，郭波

(1.山東省計量科學(xué)研究院，濟(jì)南 250014； 2.山東省食品藥品檢驗研究院，濟(jì)南 250101)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，地表水污染問題日趨嚴(yán)重，實現(xiàn)地表水水質(zhì)連續(xù)監(jiān)測對于保障人類健康和保護(hù)環(huán)境至關(guān)重要。亞硝酸鹽氮濃度是水質(zhì)評估的一項重要指標(biāo)，污染的水體對人畜及水產(chǎn)構(gòu)成很大威脅［1-6］。隨著亞硝酸鹽檢測量的增加，其標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的需求日益增多［7］。國內(nèi)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的供應(yīng)量不能滿足檢測需求，因此研制亞硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，對于保證環(huán)境檢測結(jié)果的準(zhǔn)確、有效、可溯源具有重要的意義。

原料純度的定值方法是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制的技術(shù)難點，根據(jù)JJF 1343—2012 《標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值的通用原則及統(tǒng)計學(xué)原理》，化合物的純度可采用基準(zhǔn)測量方法進(jìn)行測定，如同位素稀釋質(zhì)譜法、庫侖法、滴定法、凝固點下降法等［8-13］。其中滴定法具有設(shè)備簡單、操作方便的優(yōu)點，可準(zhǔn)確測定含量在99.9%以下的純度物質(zhì)。為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要扣除干擾元素的影響［14-17］，筆者采用氧化還原滴定法對亞硝酸鈉純度進(jìn)行測定，在此基礎(chǔ)上配制了亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，為今后陰離子標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制提供了技術(shù)參考。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

多功能離子色譜儀：ICS-5000 型，美國賽默飛世爾公司。

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：NEX350 型，美國PE 公司。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：Optima 8000型，美國PE 公司。

電子分析天平：MC210S 型，感量為0.01 mg，瑞士Sartorius 公司。

亞硝酸鈉：分析純，美國sigma 公司。

高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液：質(zhì)量濃度為1/5 KMnO4=0.100 5±0.000 2 mol/L，編號為GBW(E) 080458，中國計量科學(xué)研究院。

草酸鈉純度標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：純度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為（99.98±0.03）%，編號為GBW(E) 060021j，中國計量科學(xué)研究院。

硫酸：MOS 級，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司。

多元素混合溶液：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0 mg/kg，編號為GBW(E) 082429，中國計量科學(xué)研究院；

Co、Cu、In 混合溶液：質(zhì)量濃度為10 ng/mL，準(zhǔn)確稱取將多元素混合溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)0.100 2 g 于100 mL 容量瓶中，加入1%硝酸至標(biāo)線，即得。

水中亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：質(zhì)量濃度為100 μg/mL，編號為GBW(E) 080223，中國計量科學(xué)研究院。

實驗用水為超純水。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的制備

準(zhǔn)確稱取9.883 11 g 亞硝酸鈉試劑，置于燒杯中，加入適量超純水溶解，冷卻后轉(zhuǎn)移至2 000 mL容量瓶中，稀釋并定容。將充分混勻后的溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分裝至預(yù)先清洗、干燥過的20 mL 玻璃安瓿瓶中，每瓶20 mL，共分裝90 瓶樣品溶液，置于清潔陰涼處，常溫保存。

1.3 均勻性檢驗

在分裝的前、中、后期隨機(jī)抽取11 瓶樣品溶液。分別將11 瓶樣品稀釋至5 μg/mL，同時將水中亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稀釋成相應(yīng)濃度值的標(biāo)準(zhǔn)溶液，待儀器穩(wěn)定后，先測定亞硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，并記錄其色譜峰面積，重復(fù)測定3 次，之后測定稀釋后的樣品溶液，并記錄其色譜峰面積，通過單點校正方法，分別計算樣濃度值，每瓶樣品重復(fù)測量3 次。

1.4 穩(wěn)定性檢驗

1.4.1 短期穩(wěn)定性

在一周內(nèi)，從制備的樣品中隨機(jī)抽取一定數(shù)量樣品，于50 ℃條件下保存，采用離子色譜儀分別測定其稀釋后的濃度值。每次隨機(jī)抽取2 瓶，每瓶測量3 次。

1.4.2 長期穩(wěn)定性

在預(yù)定的穩(wěn)定性周期內(nèi)，按照先密后疏的順序?qū)υ谝?guī)定保存條件下保存的樣品，采用離子色譜法分別測定其稀釋后的濃度值。每次隨機(jī)抽取2 瓶，每瓶測量3 次。

1.5 亞硝酸鈉純度測定

1.5.1 氧化還原滴定

用滴定管加入20 mL 左右高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液于250 mL 錐形瓶中，再加入10 mL(1+5)硫酸溶液，用移液管加入5 g 左右質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的亞硝酸鈉溶液，水浴加熱至40 ℃。用移液管加入10 mL 的草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液，水浴加熱至75 ℃后，用高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至呈粉紅色保持30 s不褪色，記錄消耗的高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，亞硝酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)按照公式(1)進(jìn)行計算：

1.5.2 陽離子雜質(zhì)半定量測定

將亞硝酸鈉溶解并稀釋至20 μg/mL，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）半定量方法測定其金屬元素雜質(zhì)，儀器的分析條件：掃描范圍分別為（6～15）、（19～22）、（24～38）、（42～210）、（230～240）Da，掃描模式為跳峰，駐留時間為50 ms/AMU，掃描次數(shù)為12。以質(zhì)量濃度為10 ng/mL 的Co、Cu、In混合溶液作為標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行半定量因子校正。

1.5.3 碘元素雜質(zhì)的測定

用水將亞硝酸鈉稀釋到質(zhì)量濃度為20 μg/mL，以該母液為稀釋液，制備成碘離子質(zhì)量濃度分別為2、4、6、8、10 ng/mL 的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。待儀器穩(wěn)定后，分別測定空白溶液、系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液和亞硝酸鈉溶液的強(qiáng)度值，得亞硝酸鈉溶液中碘含量。

1.5.4 陰離子的測定

將亞硝酸鈉稀釋到濃度為60 μg/mL，用離子色譜分析其陰離子雜質(zhì)，ICS-5000 型離子色譜儀的儀器工作條件：ASRS 抑制器，電導(dǎo)檢測器，AS11-HC 色譜柱(250 mm×4 mm，美國賽默飛世爾科技公司)，進(jìn)樣體積為25 μL，流量為0.8 mL/min，柱溫為30 ℃，淋洗液的濃度為30 mmol/L(KOH)。

2 結(jié)果與討論

2.1 均勻性檢驗

按封裝前后順序隨機(jī)抽取11 瓶樣品，采用1.3方法對溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的均勻性進(jìn)行檢驗，水中亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均勻性檢驗結(jié)果及方差分析結(jié)果分別見表1 和表2。

表1 水中亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均勻性檢驗結(jié)果

表2 單因素方差分析結(jié)果

查表得F(0.05，10，22)=2.30，由表2 數(shù)據(jù)得F=1.23，F(xiàn)＜F(0.05，10，22)，組內(nèi)和組間方差無顯著性差異，從而可以判定該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是均勻的［18-21］。

2.2 穩(wěn)定性檢驗

2.2.1 短期穩(wěn)定性

在一周時間內(nèi)，對在規(guī)定條件下保存的樣品，按1.4.1 方法進(jìn)行分析，水中亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)于50 ℃條件下的短期穩(wěn)定性結(jié)果見表3。

表3 水中亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)50 ℃短期穩(wěn)定性檢驗結(jié)果

以測定日期為自變量，以亞硝酸鹽氮的含量為因變量進(jìn)行線性回歸，得直線斜率|b1|=0.310，截距為999，直線的標(biāo)準(zhǔn)偏差s=4.61，與斜率相關(guān)的不確定度s(b1)=0.411，臨界值t0.95，22=2.07，t0.95，22s(b1)=0.850，|b1|＜t0.95，22s(b1)，表明直線斜率不顯著，水中亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的濃度沒有趨勢性變化，因此研制的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)于50 ℃條件下貯存一周內(nèi)的特征量值是穩(wěn)定的［18-21］。

2.2.2 長期穩(wěn)定性

在預(yù)定的穩(wěn)定性周期內(nèi)，對在規(guī)定條件下保存的樣品，按1.4.2 方法進(jìn)行分析，水中亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的長期穩(wěn)定性檢驗結(jié)果見表4。

表4 水中亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)長期穩(wěn)定性檢驗結(jié)果

以測定日期為自變量，以亞硝酸鹽氮含量為因變量進(jìn)行線性回歸，得斜率|b1|=0.389，截距為996，直線的標(biāo)準(zhǔn)偏差s=5.05，與斜率相關(guān)的不確定度s(b1)=0.232，臨界值t0.95，28=2.05，t0.95，28s(b1)=0.476，|b1|＜t0.95，28s(b1)，表明直線斜率不顯著，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的濃度沒有趨勢性變化，因此，研制的水中亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在長期的考察周期內(nèi)，其特征值是穩(wěn)定的［18-21］。

2.3 滴定法測定亞硝酸鈉純度

2.3.1 滴定結(jié)果

采用氧化還原滴定法測定亞硝酸鈉的純度，重復(fù)滴定6 次，滴定結(jié)果見表5。由表5 可知，亞硝酸鈉的純度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）是99.48%，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.154（n=6）。

表5 滴定亞硝酸鈉的純度結(jié)果

2.3.2 還原性雜質(zhì)對滴定的影響

亞硝酸鈉中還原性物質(zhì)會與高錳酸鉀反應(yīng)，造成滴定結(jié)果的正偏差。還原性物質(zhì)主要有Fe2+、I-、Cl-、Br-、SO32-、S2-等。

（1）ICP-MS 法。通過ICP-MS 對上述還原性雜質(zhì)進(jìn)行檢測，測定結(jié)果見表6。

表6 亞硝酸鈉雜質(zhì)測定結(jié)果 ng/mL

由表6 可知，F(xiàn)e、S 元素含量小于檢出限，碘元素含量可能會對滴定結(jié)果造成影響。

（2）離子色譜法。通過離子色譜數(shù)據(jù)測定亞硝酸鈉中還原性雜質(zhì)，亞硝酸根離子色譜圖見圖1。由圖1 可知，Cl-、Br-含量均低于檢出限，上述還原性物質(zhì)含量極低，對滴定的影響可忽略。

圖1 亞硝酸根離子色譜圖

綜合ICP-MS 和離子色譜儀測定結(jié)果可知，I-含量較高，需要扣除其影響。

2.3.3 碘離子的準(zhǔn)確測定及扣除

采用ICP-MS 標(biāo)準(zhǔn)加入法測定20 μg/mL 亞硝酸鈉溶液中的碘離子雜質(zhì)，測定結(jié)果見表7。

表7 亞硝酸鈉中碘離子測定結(jié)果 ng/mL

2.4 滴定法引入的不確定度

根據(jù)式(1)建立亞硝酸鈉氧化還原滴定測純度的數(shù)學(xué)模型見式(2)：

由上述數(shù)學(xué)模型可知，不確定度分量主要包括：（1）與亞硝酸鈉反應(yīng)的高錳酸鉀的物質(zhì)的量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(Δn)；（2）亞硝酸鈉相對分子質(zhì)量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(M)；（3）亞硝酸鈉的稱量質(zhì)量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(m)；（4）亞硝酸鈉稀釋過程引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(f)；（5）滴定重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(x)；（6）滴定終點判斷引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(y)。對上述不確定度分量進(jìn)行分別評定，得到不確定度分量匯總見表8。

表8 滴定法測定亞硝酸鈉純度不確定度分量匯總表 %

將上述不確定度合成，得到合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

因此，滴定法測定硝酸鈉純度的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.2%。

2.5 亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值結(jié)果

水中亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)以亞硝酸鈉試劑為原料，其純度為ω=99.48%，urel，c=0.2%。

制備中用電子天平準(zhǔn)確稱取9.883 11 g 亞硝酸鈉，溶解后轉(zhuǎn)移至2 000 mL 容量瓶中，用超純水定容，水中亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的質(zhì)量濃度：

2.6 亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不確定度評定

水中亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)采用重量-容量法制備，其質(zhì)量濃度（1 000 μg/mL）按溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量和溶液體積比定值。根據(jù)制備過程，各影響量的分析以及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的貯存和使用要求，該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(ρ)/ρ包括：制備原料純度的相對不確定度u(ω)/ω、制備原料稱量質(zhì)量的相對不確定度u(m)/m、制備標(biāo)準(zhǔn)溶液體積的相對不確定度u(Vρ)/ρ、目標(biāo)離子量濃度引入的相對不確定u(M)/M、原料化合物摩爾質(zhì)量引入的相對不確定u(M0)/M0、均勻性引入的相對不確定度u(h)/h、短期穩(wěn)定性引入的相對不確定度u(ss)/s、長期穩(wěn)定性引入的相對不確定度u(sL)/s。對上述不確定度分量進(jìn)行分別評定，得到不確定度分量匯總?cè)绫? 所示。

表9 水中亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不確定度分量匯總表 %

取包含因子k=2，置信概率為95%，則水中亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的相對擴(kuò)展不確定度為1.0%。

3 結(jié)語

研制了亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)采用高純亞硝酸鈉作為原料，亞硝酸鈉采用氧化還原滴定法測定純度，扣除了碘離子的影響，在純度定值基礎(chǔ)上，用重量-容量法制備了亞硝酸鹽氮溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。對溶液的均勻性、穩(wěn)定性進(jìn)行了考察，并對不確定度進(jìn)行了評定，結(jié)果表明研制的溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可用于環(huán)境領(lǐng)域亞硝酸鹽氮的檢測。