高效液相色譜法測定防老劑TMQ有效成分含量的不確定度評定

盧 媛，劉 麗，張麗杰

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

防老劑TMQ（防老劑RD）是一種喹啉類防老劑，對熱氧老化的防護(hù)非常有效，對金屬的催化氧化也有極強(qiáng)的抑制作用，因此被廣泛應(yīng)用于輪胎及其他橡膠制品中[1-2]。防老劑TMQ的主要有效成分是2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉的二、三、四聚體（以下簡稱二、三、四聚體），特別是二聚體的防老化效果極好，若二、三、四聚體總含量低，胺類雜質(zhì)含量高，則會導(dǎo)致輪胎或橡膠制品在使用過程中易噴霜及抗龜裂和耐屈撓性能較差[3-5]。

不確定度用以表征測量的可能誤差范圍，是與測量結(jié)果質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)。對防老劑TMQ有效成分含量的檢測結(jié)果進(jìn)行不確定度評定，能夠有效地反映檢測的準(zhǔn)確度和置信度。本工作主要依據(jù)JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》對高效液相色譜法測定防老劑TMQ的二、三、四聚體總含量的不確定度進(jìn)行評定，以期為防老劑TMQ有效成分含量的準(zhǔn)確測量提供可靠依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

防老劑TMQ，山東華潤化工有限公司產(chǎn)品；乙腈，色譜純，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司產(chǎn)品；甲醇，色譜純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；四丁基溴化銨，分析純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；超純水，自制。

1.2 儀器

1200型高效液相色譜儀（紫外檢測器），美國安捷倫公司產(chǎn)品；XS3DU型電子天平，瑞士梅特勒-托利多公司產(chǎn)品；LD-UPF-I-5L型純水機(jī)，成都越純科技有限公司產(chǎn)品。

1.3 測試分析

按照GB/T 8826—2019《橡膠防老劑2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合物（TMQ）》測試防老劑TMQ的二、三、四聚體總含量。其步驟如下。

（1）流動相制備。流動相A：將乙腈通過0.22 μm的濾膜過濾。流動相B：將質(zhì)量濃度為0.20 g·L-1的四丁基溴化銨溶液通過0.22 μm的濾膜過濾。

（2）稱取0.01 g研細(xì)的防老劑TMQ（精確至0.000 1 g）置于潔凈干燥的10 mL容量瓶中，用乙腈溶解并稀釋至刻度，待高效液相色譜儀各項(xiàng)操作條件穩(wěn)定后，采用自動進(jìn)樣器進(jìn)樣20 μL，待出峰完畢后，用色譜工作站進(jìn)行結(jié)果處理。

2 數(shù)學(xué)模型及不確定度來源

2.1 數(shù)學(xué)模型

防老劑TMQ的二、三、四聚體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wj）用下式計(jì)算

式中，Aj為二聚體、三聚體或四聚體的峰面積；∑Ai為各組分峰面積之和。

此式是根據(jù)測量原理給出的，并沒有考慮各種隨機(jī)因素對測量結(jié)果的影響，在評定測量不確定度時(shí)必須考慮各種隨機(jī)因素影響引入的不確定度分量，在測量模型中引入一個(gè)數(shù)值等于1的重復(fù)性系數(shù)（f）r。fr的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（rf）r]等于在重復(fù)性條件下重復(fù)測量某個(gè)量（x）所得到的一組測量值的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度，從而合并評定了各種隨機(jī)因素影響引入的不確定度分量，因此測量二、三、四聚體總含量的數(shù)學(xué)模型為

2.2 測量不確定度來源

由標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測量過程及數(shù)學(xué)模型可知，防老劑TMQ的二、三、四聚體總含量測定的不確定度來源主要有稱取樣品質(zhì)量引入的不確定度[ur（m）]、容量瓶定容引入的不確定度[ur（V）]、測量重復(fù)性引入的不確定度[ur（fr）]及儀器測量引入的不確定度[ur（AS）]。

3 各不確定度分量的評估

3.1 ur（m）

根據(jù)電子天平檢定結(jié)果中給出的20 ℃、0～0.5 g測量范圍時(shí)示值誤差為0.002 mg，未給出不確定度的置信水平或分布情況信息，因此計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)不確定度時(shí)假設(shè)為均勻分布，則天平稱量樣品質(zhì)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（um）為

即相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur（m）為

3.2 ur（V）

容量瓶定容引入的不確定度來源主要有3個(gè)方面，即容量瓶體積引入的不確定度、液體充滿至容器刻度的估讀誤差引入的不確定度以及容器和溶液溫度與校正溫度不同引入的不確定度。

本次試驗(yàn)樣品定量體積為10 mL，采用10 mL的A級容量瓶定容，A級容量瓶容量允許公差為0.02 mL，按照三角分布，則容器體積引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（uV1）為

液體充滿至容量瓶刻度時(shí)的估讀誤差為0.05 mL，按照三角分布，液體定容刻度估讀引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（uV2）為

實(shí)驗(yàn)室的溫度控制在（25±10） ℃范圍內(nèi)，因此引起容量瓶與液體的膨脹或收縮，由于液體試劑的體積變化大于容量瓶，因此只考慮液體試劑樣品濃度的變化并通過試劑（乙腈）的體積膨脹系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。乙腈的體積膨脹系數(shù)為1.37×10-3℃-1，假設(shè)為均勻分布，由溶液溫度引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度（uV3）為

將此3項(xiàng)合成得相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（rV）為

3.3 ur（fr）

防老劑有效成分測量是實(shí)驗(yàn)室常規(guī)檢測項(xiàng)目，為得到一個(gè)可靠性較高的重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差作為預(yù)評定的重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差，對同一批次防老劑TMQ樣品進(jìn)行6次平行測量，結(jié)果如表1所示。

表1 平行測定6次結(jié)果

單次測量的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差按照貝塞爾公式計(jì)算

單次測量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（R）為

由于標(biāo)準(zhǔn)要求重復(fù)測量次數(shù)為2，計(jì)算本次測量平均值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為

3.4 ur（AS）

儀器測量時(shí)引入的不確定度主要包括儀器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)引入的不確定度和峰面積重復(fù)性測量產(chǎn)生的不確定度。

根據(jù)儀器校準(zhǔn)證書給出的定量重復(fù)性允許誤差為1.93%，假設(shè)為均勻分布，則儀器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)引入的不確定度u（AS1）為

相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度[ur(AS1)]為

峰面積重復(fù)測量產(chǎn)生的不確定度包含試樣進(jìn)樣量的不確定度，本次評定采用同一標(biāo)準(zhǔn)液重復(fù)進(jìn)樣6次，峰面積測量結(jié)果見表2。

表2 重復(fù)測量6次二、三、四聚體峰面積

從表2可以看出，二、三和四聚體峰面積的平均值分別為15 285.66，7 605.87和2 878.98，根據(jù)JJF 1059.1—2012標(biāo)準(zhǔn)確定度的A類評定方法，采用貝塞爾公式分別計(jì)算3組峰面積單個(gè)測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差為

二、三和四聚體峰面積的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為

則峰面積重復(fù)性測量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（rAS2）為

由u（rAS1）和u（rAS2）得到u（rAS）為

4 相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成與擴(kuò)展

4.1 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

表3示出了各不確定度分量。

表3 各不確定度分量

各分量的相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度[u（rx）]為

4.2 擴(kuò)展不確定度與測量結(jié)果

當(dāng)自由度未知時(shí)，在95%的置信概率下，包含因子k0.95＝2，則測定結(jié)果的擴(kuò)展不確定度[Uc（x）]為

因此，本工作采用高效液相色譜儀測定的防老劑TMQ的二、三、四聚體總質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以表示為（49.60%±1.19%）。

5 結(jié)論

本工作對高效液相色譜法測定防老劑TMQ主要有效成分二、三、四聚體含量的不確定度進(jìn)行評定，通過對二、三、四聚體含量測定結(jié)果的不確定度分量分析可知，測定結(jié)果的不確定度主要來源是樣品定容時(shí)刻度估讀、測量重復(fù)性、儀器測量系統(tǒng)，因此在試驗(yàn)過程中要準(zhǔn)確定容，同時(shí)確保重復(fù)測量過程的一致性以降低由此引入的不確定度，提高檢測結(jié)果的可信度。