氣質(zhì)聯(lián)用法測定皮革中甲基環(huán)硅氧烷的不確定度評定

杜英英，別紅梅，李海燕

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 201114）

1 前言

在皮革工業(yè)中，甲基環(huán)硅氧烷D4、D5、D6等主要作為中間體，通過反應(yīng)生成有機(jī)硅化合物。由于有機(jī)硅化合物具有柔軟、光滑、低表面張力以及化學(xué)惰性等特點(diǎn)，是用于皮革鞣制劑、加脂劑、涂飾劑和功能助劑的理想材料，在皮革的鞣制過程和整理過程中都可應(yīng)用[1]。有機(jī)硅聚合物的分子量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其單體，對環(huán)境和人體危害較小。但若產(chǎn)品中殘留有低分子甲基環(huán)硅氧烷單體，由于其具有揮發(fā)性，可能對人體和環(huán)境造成危害。據(jù)研究[2-4]，環(huán)硅氧烷不僅會危害環(huán)境、污染水體，而且會危害人體健康，環(huán)硅氧烷的毒理作用主要是對內(nèi)分泌的危害，干擾激素分泌，對肝有一定的傷害——這可能與其親脂性有關(guān)，D4、D5、D6等低分子環(huán)硅氧烷可能具有雌激素作用、致癌性和生物富集毒性等。動物實(shí)驗(yàn)表明，環(huán)硅氧烷具有內(nèi)分泌干擾性、影響結(jié)締組織、導(dǎo)致不良免疫反應(yīng)、損傷肝和肺等。

因具有毒性、高持久性和高生物累積性特性，八甲基環(huán)四硅氧烷（D4）、十甲基環(huán)五硅氧烷（D5）和十二甲基環(huán)六硅氧烷（D6）已被歐盟化學(xué)品管理局（ECHA）列入高度關(guān)注物質(zhì)清單（SVHCs）。2019版OEKO-TEX皮革標(biāo)準(zhǔn)，新增了對甲基環(huán)硅氧烷D4、D5和D6的限制，限量要求為＜0.1%(適用于所有產(chǎn)品類別的皮革和紡織產(chǎn)品，這里的所有產(chǎn)品類別包括嬰幼兒、直接接觸皮膚、非直接接觸皮膚和裝飾用產(chǎn)品)。

本文利用自行建立的檢測方法對皮革中甲基環(huán)硅氧烷含量進(jìn)行檢測，并基于JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[5]的要求，對皮革中D4、D5、D6測定的不確定度進(jìn)行評定，通過不確定度評定確保檢測方法的有效性。

2 試驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

7890A/5975C型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國安捷倫科技有限公司）；WPE 45型水浴恒溫振蕩器（美墨爾特（上海）貿(mào)易有限公司）；BSA224S-CW型電子天平（賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司）。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：八甲基環(huán)四硅氧烷（D4，>98%，CAS號：556-67-2），十甲基環(huán)五硅氧烷（D5，>99%，CAS號：541-02-6），十二甲基環(huán)六硅氧烷（D6，>97%，CAS號：540-97-6），均來自梯希愛（上海）化成工業(yè)發(fā)展有限公司。

乙酸乙酯（色譜純，賽默飛世爾科技（中國）有限公司）；一塊陰性皮革樣品，市售皮革面料。

2.2 檢測原理和分析步驟

用乙酸乙酯萃取試樣中的甲基環(huán)硅氧烷，氣相色譜-質(zhì)譜儀（GC-MS）測定，外標(biāo)法定量。具體步驟如下：稱取約1.0 g（精確至0.0001 g）試樣于試劑瓶中，加入20 mL乙酸乙酯，45℃下水浴振蕩萃取60 min，吸取少量試液用有機(jī)濾膜過濾，供GC-MS分析測試。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與稀釋

2.3.1 D4、D5和D6標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液

準(zhǔn)確稱取D4、D5和D6標(biāo)準(zhǔn)品各50 mg，用乙酸乙酯溶解并分別定容于50 mL容量瓶中，得到1000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，密封保存在4℃冰箱中，有效期1年。

2.3.2 D4、D5和D6混合標(biāo)準(zhǔn)中間液

移取5.0 mL濃度為1000 mg/L的D4、D5和D6標(biāo)準(zhǔn)儲備液至100 mL容量瓶中，用乙酸乙酯定容至刻度，得到50 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)中間液，密封保存在4℃冰箱中，有效期一個月。

2.3.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線工作溶液

分別取0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、5.0 mL、10 mL和20 mL濃度為50 mg/L的D4、D5和D6混合標(biāo)準(zhǔn)中間液，用乙酸乙酯定容于50 mL容量瓶中，得到6個濃度分別為0.5 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L、5.0 mg/L、10 mg/L和20 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)曲線工作溶液。

2.4 測試結(jié)果計算公式

式中：Xi——樣品中D4、D5和D6的含量，mg/kg；

ci——由標(biāo)準(zhǔn)曲線得到的樣液中D4、D5和D6的濃度，mg/L；

V——樣液定容體積，mL；

M——樣品質(zhì)量，g；

R——回收率。

3 不確定度來源的確定

由測試結(jié)果計算公式可以看出，皮革中D4、D5和D6含量測定的不確定度主要來源于以下五個方面：

（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度；

（2）標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度；

（3）樣品稱量引入的不確定度；

（4）樣品定容體積引入的不確定度；

（5）樣品重復(fù)測量引入的不確定度。

4 不確定度來源的量化

4.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度ur(c0)

使用標(biāo)準(zhǔn)曲線計算D4、D5和D6的含量，以D4為例對標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度進(jìn)行分析。用50 mg/L混合標(biāo)準(zhǔn)中間液配制6個不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線工作溶液，濃度分別為：0.5 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L、5.0 mg/L、10.0 mg/L和20.0 mg/L。六個標(biāo)準(zhǔn)溶液分別被測量三次，以D4為例對標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度進(jìn)行分析。標(biāo)準(zhǔn)曲線公式為：

式中：A——標(biāo)準(zhǔn)溶液的峰面積；

c——標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mg/L；

k——標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率；

b——標(biāo)準(zhǔn)曲線截距。

以標(biāo)樣濃度為橫坐標(biāo)，峰面積響應(yīng)值為縱坐標(biāo)，得到D4標(biāo)準(zhǔn)曲線為：

即k=15317，b=-878.33。

將樣品溶液測定2次，由標(biāo)準(zhǔn)曲線得到樣品溶液中D4的平均濃度c0=12.55 mg/L。以最小二乘擬合法建立標(biāo)準(zhǔn)曲線產(chǎn)生的不確定度u(c0)計算公式如下：

式中：p——樣品溶液的測定次數(shù)，p=2；

n——標(biāo)準(zhǔn)溶液的測定次數(shù)，n=18；

c0——樣品溶液中D4的濃度，c0=12.55 mg/L；

D5和D6由標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的相對不確定度分析方法與D4相同，在此就不再贅述，僅給出計算結(jié)果，D5和D6標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的相對不確定度分別為0.022和0.019。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度ur(c s)

以標(biāo)準(zhǔn)曲線中間點(diǎn)濃度10 mg/L對標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度進(jìn)行評估。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法，首先稱取50 mg標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，定容至50 mL容量瓶，得到濃度為1000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液儲備液。用可調(diào)移液器（量程為10 mL）移取5.0 mL儲備液至100 mL容量瓶中，得到50 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液中間液，再用可調(diào)移液器（量程為10 mL）移取10 mL中間液至50 mL容量瓶中，得到10 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，其濃度cs可用下式表示：

由上式可知，該標(biāo)準(zhǔn)溶液的不確定度由四個分量組成。

4.2.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的純度引入的不確定度ur(std)

4.2.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱量引入的不確定度ur(m0)

用萬分之一天平稱取50.0 mg標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)D4，根據(jù)天平檢定證書，偏差為0.2 mg。稱量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度需計算兩次，一次為皮重，一次為總重，假設(shè)為矩形分布，則由天平最大允許誤差引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度=0.0033。

4.2.3 配制標(biāo)準(zhǔn)儲備液定容引入的不確定度ur(V0)

定容體積為50 mL，根據(jù)檢定證書，50 mL容量瓶的偏差為0.03 mL，假設(shè)為矩形分布，則其相對不確定度為＝0.00035。定容過程中溫度變化的范圍為±5℃，有機(jī)液體的體積膨脹系數(shù)為1.0×10-3℃-1，假設(shè)為矩形分布，其相對不確定度為：=0.0029。

因此標(biāo)準(zhǔn)溶液儲備液配制中由定容體積V0引入的相對不確定度為：0.0029。

4.2.4 逐級稀釋得到濃度為10mg/L標(biāo)準(zhǔn)工作液引入的不確定度ur(D)

稀釋所引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度可用下式表示：

根據(jù)檢定證書，量程為10 mL的移液器在5 mL和10 mL時的偏差分別為0.0151 mL和0.0059 mL，50 mL和100 mL容量瓶的偏差分別為0.030 mL和0.088 mL，假設(shè)為矩形分布，則各體積分量V5mL、V10mL、V50mL和V100mL由容積偏差導(dǎo)致的相對不確定度分別為：。

溫度效應(yīng)引入的不確定度：溫度變化的范圍為±5℃，有機(jī)液體的體積膨脹系數(shù)為1.0×10-3℃-1，假設(shè)為矩形分布，則各體積分量由溫度效應(yīng)導(dǎo)致的相對不確定度均為=0.0029。

通過合成，各體積分量V5mL、V10mL、V50mL和V100mL的相對不確定度分別為：=0.0029和。

綜上所述，D4標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的相對不確定度為：

同理計算得到，D5和D6標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為：0.0095、0.020。

4.3 樣品質(zhì)量引入的不確定度ur(m)

樣品稱樣量為1.0 g，由檢定證書可知，偏差為0.2 mg，稱量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度需計算兩次，一次為皮重，一次為總重，假設(shè)為均勻分布，其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：＝0.00016。

4.4 樣品定容體積引入的不確定度ur(V)

前處理中，用可調(diào)移液器（量程10 mL）分兩次加入20 mL乙酸乙酯進(jìn)行振蕩提取，提取后吸取少量萃取液，用于GC-MS分析。因此，樣品定容體積引入的不確定度是由可調(diào)移液器帶來的，根據(jù)檢定證書，量程為10 mL移液槍在10 mL時的偏差為0.0059 mL，假設(shè)為矩形分布，其相對不確定度為＝0.00034。檢測過程中溫度變化范圍為±5℃，有機(jī)液體的體積膨脹系數(shù)為1.0×10-3℃-1，假設(shè)為矩形分布，其相對不確定度為0.0029。

4.5 樣品重復(fù)測量引入的不確定度ur(rep)

在1 g待測陰性樣品中分別加入濃度為1000 mg/L的D4、D5和D6標(biāo)準(zhǔn)儲備液0.25 mL、0.10 mL、0.12 mL（加標(biāo)量SK分別為250.0 mg/kg、100.0 mg/kg和120.0 mg/kg），加標(biāo)后按照測試步驟對3種甲基環(huán)硅氧烷含量進(jìn)行檢測，重復(fù)測定7次，檢測結(jié)果見表1。

表1 樣品中D4、D5和D6含量的測定

測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度由7次測量結(jié)果的平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，因此D4測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為=2.78 mg/kg，則測量重復(fù)性的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur(rep)=。

由同樣的方法計算得到，D5和D6的測量重復(fù)性相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為0.022和0.017。

4.6 方法回收率

測量方法的回收率主要來源于樣品在振蕩萃取、轉(zhuǎn)移過程中的損失及測量時可能產(chǎn)生的干擾。在待測陰性樣品中加入一定已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液（加標(biāo)量SK分別為250.0 mg/kg、100.0 mg/kg和120.0 mg/kg），計算回收率。按前文4.5方法進(jìn)行加標(biāo)試驗(yàn)，檢測結(jié)果見表1，以D4為例進(jìn)行計算，七次測量的平均值=243.0 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差s=7.35 mg/kg，自由度為6。

結(jié)合前文4.2.1、4.2.2和4.2.3，D4加標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液液引入的相對不確定度ur(csk)為：

在回收率使用中，還應(yīng)采用t檢驗(yàn)法檢驗(yàn)回收率與1.0之間是否有顯著性差異[6]。

在95%置信區(qū)間下，當(dāng)t值大于或等于t分布臨界值時，則回收率與1之間有顯著性差異需要引入修正結(jié)果；當(dāng)t值小于t分布臨界值時，無需進(jìn)行回收率校正。在95%置信區(qū)間下，自由度為6的t分布臨界值t0.95(6)=2.447，即t

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度

皮革中D4、D5和D6含量檢測過程的不確定度來源于五個分量，分別是：（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線ur(c0)；（2）標(biāo)準(zhǔn)溶液配制ur(cs)；（3）樣品稱量ur(m)；（4）樣品定容體積ur(V)；（5）樣品重復(fù)測量ur(rep)。因此相對合成不確定度

根據(jù)前文的分析，檢測結(jié)果的各不確定度分量及大小見表2。因此D4的相對合成不確定度：

樣品中D4的含量為240.5 mg/kg，則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度u=240.5×0.026=6.25 mg/kg。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，95%置信概率下取包含因子為2，則D4檢測結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：U=6.25×2=12.5 mg/kg，其測量結(jié)果及不確定度可表示為：U=(240.5±12.5)mg/kg，k=2。

同樣的方法計算得到，D5檢測結(jié)果及不確定度可表示為：U=（96.2±6.3）mg/kg，k=2；D6檢測結(jié)果及不確定度可表示為：U=（110.2±7.3）mg/kg，k=2，詳見表2。

表2 D4、D5和D6的相對不確定度分量、不確定度值及結(jié)果表示

6 結(jié)論

通過對皮革中D4、D5和D6含量進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)對于測定結(jié)果240.5 mg/kg、96.2 mg/kg、110.2 mg/kg，其不確定度的結(jié)果可分別表示為：(240.5±12.5)mg/kg，k=2；（96.2±6.3）mg/kg，k=2和（110.2±7.3）mg/kg，k=2。

分析了測量過程中不確定的來源，并對各不確定度分量進(jìn)行量化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同分量對測量不確定度的貢獻(xiàn)值不同，其中標(biāo)準(zhǔn)曲線、樣品重復(fù)測量以及標(biāo)準(zhǔn)溶液配制是貢獻(xiàn)較大的不確定度分量，而樣品的稱量和定容體積產(chǎn)生的不確定度較小。這一結(jié)論，對于檢測工作具有一定的指導(dǎo)意義，檢測中應(yīng)盡量提高標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合度，購買純度高的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)并提高標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱量的準(zhǔn)確性。同時在檢測中應(yīng)注意質(zhì)量控制，可通過重復(fù)測量以及加標(biāo)回收等方式保證檢測的可靠性。