烷基汞分析儀校準(zhǔn)及線性誤差不確定度評(píng)定

蔡瑋，林青，劉輝，吳紅，姜蓬勃，趙少雷，趙海波

（1.北京市計(jì)量檢測(cè)科學(xué)研究院，北京 100029； 2.北京普立泰科儀器有限公司，北京 100095）

烷基汞（甲基汞、乙基汞等有機(jī)物）是一類劇毒且致癌的汞類化合物，易在食物鏈中富集并對(duì)人體生命產(chǎn)生嚴(yán)重威脅［1-2］。2013 年10 月，包括中國(guó)在內(nèi)的87 個(gè)國(guó)家和地區(qū)共同簽署了《關(guān)于汞的水俁公約》，隨后我國(guó)實(shí)施了一系列致力于減少烷基汞污染的措施，并推動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作。我國(guó)污水排放、工業(yè)廢水排放、土壤中污染、食品中污染物限量等標(biāo)準(zhǔn)中均對(duì)烷基汞含量做出了嚴(yán)格的限量要求，然而所采用的氣相色譜、液相色譜-原子熒光等方法樣品處理復(fù)雜、檢出限高、重現(xiàn)性差，不利于對(duì)烷基汞的監(jiān)管［3-6］。2018 年11 月，國(guó)家生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了HJ 977—2018 《水質(zhì) 烷基汞的測(cè)定 吹掃捕集/氣相色譜-冷原子熒光光譜法》，該新方法克服了傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)，大有逐漸替代氣相色譜法等傳統(tǒng)方法的趨勢(shì)［7］。

烷基汞分析儀主要由氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、吹掃捕集系統(tǒng)、分離裂解系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成［8］。其工作原理是通過(guò)衍生化的方式使烷基汞轉(zhuǎn)化成具有揮發(fā)性的物質(zhì)，進(jìn)而通過(guò)吹掃捕集技術(shù)，將其通過(guò)捕集阱富集，然后迅速加熱捕集阱，烷基汞衍生物在高溫下被解析，并隨載氣進(jìn)入色譜柱進(jìn)行還原和分離，最后通過(guò)冷原子熒光檢測(cè)器進(jìn)行定量分析［7-9］。烷基汞分析儀由于滿足HJ 977—2018 方法的要求，很快成為了檢測(cè)分析實(shí)驗(yàn)室的首選之一。

近幾年，國(guó)內(nèi)采購(gòu)?fù)榛瘍x器數(shù)量大幅增長(zhǎng)，且由進(jìn)口品牌壟斷變?yōu)楫?dāng)前國(guó)產(chǎn)品牌占據(jù)一定地位的局面，儀器的應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)展到進(jìn)出口魚(yú)類、大米等食品，血液、尿液等生物樣品，以及土壤、水質(zhì)等環(huán)境樣品［10-14］。可見(jiàn)，烷基汞分析儀勢(shì)必成為環(huán)境監(jiān)測(cè)、貿(mào)易結(jié)算等民生工作中的重要器具。然而，國(guó)家尚未有相關(guān)計(jì)量檢定規(guī)程、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)只是針對(duì)自家生產(chǎn)的儀器提供使用說(shuō)明書(shū)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，儀器的使用條件、測(cè)量方法及技術(shù)指標(biāo)均沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，校準(zhǔn)結(jié)果準(zhǔn)確性和可溯源性得不到有效保證，這給用戶帶來(lái)較多困擾。

筆者建立了烷基汞分析儀線性誤差、檢出限的校準(zhǔn)方法，并對(duì)線性誤差不確定度進(jìn)行評(píng)定，對(duì)烷基汞分析儀校準(zhǔn)工作提出若干建議，為烷基汞分析儀的溯源及環(huán)境中烷基汞的分析提供計(jì)量保證。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

全自動(dòng)烷基汞分析儀：MMA（WMA）72 型，北京普立泰科儀器有限公司。

電子天平：XPE205DR 型，感量為0.01 mg，德國(guó)梅特勒-托利多集團(tuán)。

甲基汞標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為76.3 μg/g，U=2.9 μg/g（k=2），標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)為GBW 08675，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院。

可調(diào)移液器：10～100 μL，德國(guó)艾本德公司。

容量瓶：A 級(jí)，50、100 mL，德國(guó)普蘭德公司。

分度吸量管：A 級(jí)，1、5 mL，德國(guó)普蘭德公司。

四丙基硼化鈉：純度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不小于98%，美國(guó)BOC Sciences 公司。

氫氧化鉀：純度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不小于85%，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

冰乙酸：優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

乙酸鈉：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

甲醇：色譜純，德國(guó)默克公司。

實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

光電倍增管（PMT）：600 V；載氣：高純氮?dú)?、高純氬氣；吹掃流量?20 mL/min；吹掃時(shí)間：5 min；干燥流量：150 mL/min；干燥時(shí)間：2 min；載氣流量：50 mL/min；色譜填充柱：OV-3 柱（340 mm，1.59 mm，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司）。

1.3 溶液配制

乙酸-乙酸鈉緩沖溶液：稱取25.7 g 乙酸鈉溶于80 mL 水中，加入1.06 mL 冰乙酸，用水稀釋至100 mL，待用。

四丙基硼酸鈉溶液（衍生化試劑）配制：稱取97 g 超純水至燒杯中；稱取2 g KOH，用水配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2% KOH 溶液，放置于冰箱中冷凍。當(dāng)KOH 溶液中出現(xiàn)大量冰晶時(shí)，將四丙基硼酸鈉（1 g）加入至2% KOH 溶液中，混勻，再將溶液快速轉(zhuǎn)移至干凈的小瓶中，蓋緊瓶蓋后，冷凍保存。

甲基汞標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：采用電子天平精確稱量0.655 31 g 甲基汞溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，用甲醇定容至50 mL，得質(zhì)量濃度為1.00 μg/mL 的甲基汞標(biāo)準(zhǔn)溶液1。采用分度吸量管，取1.00 μg/mL 甲基汞標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mL，用甲醇定容至100 mL，得質(zhì)量濃度為10.0 ng/mL 的甲基汞標(biāo)準(zhǔn)溶液2。采用分度吸量管，取10.0 ng/mL 的標(biāo)準(zhǔn)溶液5 mL，用甲醇定容至50 mL，得質(zhì)量濃度為1.00 ng/mL 的甲基汞標(biāo)準(zhǔn)溶液3。采用分度吸量管，取10.0 ng/mL 甲基汞標(biāo)準(zhǔn)溶液500 μL，用甲醇定容至50 mL，得質(zhì)量濃度為0.10 ng/mL 的甲基汞標(biāo)準(zhǔn)溶液4。以上配制的甲基汞標(biāo)準(zhǔn)溶液溶解均勻后，分別立刻轉(zhuǎn)移至儲(chǔ)液瓶中，得甲基汞標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，旋緊瓶蓋，冷藏，待用。

甲基汞系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：分別在40 mL 進(jìn)樣瓶中加入少量純水和300 μL 的緩沖溶液，然后選用移液器分別移取相應(yīng)體積的甲基汞溶液母液至進(jìn)樣瓶中，分別加入50 μL 的衍生化試劑，加入超純水至滿，加蓋密封，混勻反應(yīng)20 min，得到表1 中相應(yīng)質(zhì)量濃度的甲基汞系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，配制完成后，迅速蓋緊瓶蓋，混勻，待用。

表1 甲基汞系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液質(zhì)量濃度

1.4 校準(zhǔn)方法

1.4.1 線性誤差校準(zhǔn)方法

在儀器正常工作狀態(tài)下，對(duì)配制的甲基汞含量分別為0、5.0、10、50、100 pg 的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行重復(fù)測(cè)定，每個(gè)濃度點(diǎn)分別進(jìn)行3 次測(cè)量，取峰高的算數(shù)平均值后，按照公式(1)進(jìn)行線性擬合。

1.4.2 檢出限校準(zhǔn)方法

將甲基汞含量為0.5 pg 的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行11 次的重復(fù)測(cè)定，按公式(4)計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)合公式(1)，按公式(5)計(jì)算儀器的檢出限：

2 校準(zhǔn)結(jié)果

2.1 線性誤差

按照1.4.1 方法，采用烷基汞分析儀測(cè)量甲基汞系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，并進(jìn)行線性擬合，線性方程為y=277.989 6x+32.672 3，相關(guān)系數(shù)為0.999 9，試驗(yàn)數(shù)據(jù)及線性誤差結(jié)果見(jiàn)表2。由表2 可知，在甲基汞理論含量為5.0 pg 時(shí)，線性誤差達(dá)到的最大值為2.0%。

表2 線性誤差試驗(yàn)結(jié)果

2.2 檢出限

按照1.4.2 方法，對(duì)甲基汞含量為0.5 pg 的標(biāo)準(zhǔn)溶液重復(fù)測(cè)定11 次，峰面積分別為145.23、143.51、138.12、146.47、148.44、132.66、155.45、149.23、155.76、145.03、134.25，標(biāo)準(zhǔn)偏差為7.58，則儀器檢出限為0.08 pg。

2.3 定量重復(fù)性

按照1.4.3 方法，甲基汞含量為50 pg 的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行7 次重復(fù)測(cè)定，峰面積分別為13 906.50、13 930.13、13 882.41、13 896.58、14 192.14、13 953.65、13 805.74，則儀器重復(fù)性為0.87%。

3 線性誤差測(cè)量不確定度分析

3.1 數(shù)學(xué)模型

線性誤差計(jì)算公式見(jiàn)1.4 中公式(3)。對(duì)公式(3)求導(dǎo)，可得u(xi)的靈敏系數(shù)：

最終得到線性誤差校準(zhǔn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)不確定度的數(shù)學(xué)模型見(jiàn)公式(7)：

3.2 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

不確定度分量u(xsi)，即標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程引入的不確定度；不確定度分量u(xi)，即線性回歸引入的不確定度。選取xi=5.10 pg 的線性誤差測(cè)量結(jié)果，對(duì)其不確定度進(jìn)行分析計(jì)算。

3.2.1 溶液配制過(guò)程引入的不確定度分量

結(jié)合1.3 中所述，甲基汞含量為5.0 pg 的標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程涉及1 次天平稱量操作，1 次分度吸量管移液操作，2 次可調(diào)移液器移液操作，3 次容量瓶定容操作。

有證甲基汞溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度采用證書(shū)中所給值。天平稱量引入的不確定度來(lái)源考慮天平稱量準(zhǔn)確性和重復(fù)性兩個(gè)因素，稱重的最大允差和重復(fù)性由電子天平檢定證書(shū)可知，取均勻分布計(jì)算。吸量管移取體積和容量瓶定容體積引入的不確定來(lái)源考慮器具最大允差、重復(fù)性和溫度影響3 個(gè)因素，均取均勻分布計(jì)算。

以上各因素引入的不確定度分量見(jiàn)表3。

表3 溶液配制過(guò)程不確定度分量表

由表3 可知，溶液配制過(guò)程中引入的不確定度分量為u(xsi)=2.78×5.0=0.11 pg。

3.2.2 線性誤差引入的不確定度分量

根據(jù)CNAS GL006—2019 《化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南》中線性最小二乘法擬合校準(zhǔn)曲線的不確定度評(píng)定方法［13-14］，甲基汞含量為xi的不確定度按照式(8)、式(9)進(jìn)行計(jì)算：

3.2.3 不確定評(píng)定結(jié)果

將xi=5.10 pg 處線性誤差不確定度分析結(jié)果代入公式（7），可得uc(Δxi)=2.16%。

取k=2，得線性誤差校準(zhǔn)結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為U=kuc(Δxi)=2×2.16%=4.32%，k=2。

4 校準(zhǔn)工作建議

對(duì)烷基汞分析儀校準(zhǔn)工作的建議有以下幾個(gè)方面：

（1）由于水質(zhì)、食品等樣品中烷基汞含量較低，即烷基汞分析儀的日常分析工作一般集中在低濃度范圍，因此在開(kāi)展該儀器的校準(zhǔn)工作時(shí)，可以根據(jù)客戶的需求，在特定的濃度范圍內(nèi)，均勻選擇5 點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)。

（2）由線性誤差結(jié)果分析可知，誤差受標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度影響較大，所以要求實(shí)驗(yàn)人員在開(kāi)展校準(zhǔn)工作時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)溶液要現(xiàn)配現(xiàn)用，規(guī)范操作。

（3）試驗(yàn)時(shí)，盡量先分析低濃度樣品，再分析高濃度樣品；高濃度和低濃度之間應(yīng)增加若干空白，避免高濃度樣品對(duì)低濃度樣品的干擾。

5 結(jié)語(yǔ)

基于甲基汞溶液有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法建立了烷基汞分析儀線性誤差、檢出限及重復(fù)性校準(zhǔn)方法。線性誤差不確定度來(lái)源包括標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、溶液配制、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合3 個(gè)因素，在xi=5.10 pg處，該儀器的線性誤差校準(zhǔn)結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為U=4.32%，k=2。該校準(zhǔn)方法可為開(kāi)展烷基汞分析儀校準(zhǔn)工作提供理論依據(jù)，為烷基汞分析儀測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確、可溯源性提供計(jì)量技術(shù)支撐。