離子色譜法測(cè)定生活飲用水中氯酸鹽和亞氯酸鹽的不確定度分析*

劉 苗，楊 榮，甘平勝，黎曉彤，周 思，曾 濤

(廣州市疾病預(yù)防控制中心，廣東 廣州 510440)

氯酸鹽和亞氯酸鹽是生活飲用水經(jīng)過(guò)二氧化氯消毒后帶來(lái)的副產(chǎn)物，對(duì)人體有較大的毒理學(xué)影響，會(huì)造成溶血性貧血和影響肝功能[1]。不確定度評(píng)定是指在規(guī)定測(cè)量條件下將測(cè)定值用統(tǒng)計(jì)分析的方法進(jìn)行測(cè)量不確定度的評(píng)定[2]。不確定度越小，代表測(cè)量越準(zhǔn)確。其評(píng)定分值與實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的儀器、實(shí)驗(yàn)方法、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)偏差還有操作過(guò)程等息息相關(guān)。本文主要以下幾個(gè)方面考慮影響不確定度的因素：有證參考物質(zhì)的量值、儀器的漂移、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用量具的準(zhǔn)確度。

本文參照GB/T 5750-2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法消毒副產(chǎn)物指標(biāo)》標(biāo)準(zhǔn)中“14.1離子色譜法-氫氧根系統(tǒng)淋洗液”進(jìn)行測(cè)定:取待測(cè)水樣經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過(guò)濾后, 直接由離子色譜儀測(cè)定氯酸鹽和亞氯酸鹽含量。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

DIONEX ICS-2000離子色譜儀, KOH淋洗液自動(dòng)發(fā)生器，自動(dòng)進(jìn)樣器，Dionex ionPac AS19分析柱，Dionex ionPac AG19保護(hù)柱，ADRS 500(4 mm)連續(xù)可再生陰離子抑制器，250 μL定量環(huán)，Thermo Fisher公司。超純水機(jī)，默克公司。1000 mg/L氯酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液(標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)為SB05-223-2008)，農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所。100 mg/L亞氯酸鹽溶液(標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)為GSB07-3156-2014)，環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所。

1.2 測(cè)量方法概述

1.2.1 原理

用離子色譜法測(cè)定水中的氯酸鹽和亞氯酸鹽，是將一定量樣品注入離子色譜儀，利用電導(dǎo)檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)對(duì)待測(cè)樣品中色譜峰的保留時(shí)間來(lái)定性，根據(jù)樣品峰面積與標(biāo)準(zhǔn)比較用標(biāo)準(zhǔn)法來(lái)定量。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)系列的配制

用1.00 mL的移液管吸取氯酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液1000 mg/L于10.0 mL容量瓶中，用超純水定容，得濃度為100 mg/L的氯酸鹽儲(chǔ)備液。

用1.00 mL的移液管吸取1.00 mL的氯酸鹽儲(chǔ)備液，再用1.00 mL的移液管吸取1.00 mL的100 mg/L亞氯酸鹽溶液(GSB07-3156-2014), 共同置于100 mL容量瓶中用超純水定容，得濃度為10.0 mg/L的氯酸鹽和亞氯酸鹽混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。

標(biāo)準(zhǔn)系列的配制(0.050、0.100、0.200、0.300、0.400、0.500 mg/L)：分別取不同體積的10.0 mg/L的氯酸鹽和亞氯酸鹽混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液定容于50.0 mL容量瓶中，詳見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線配制方法Table 1 Standard curve

2 不確定度的來(lái)源和測(cè)量數(shù)學(xué)模型

2.1 不確定度數(shù)學(xué)模型

濃度計(jì)算公式如下：

式中:C——樣品中的氯酸鹽和亞氯酸鹽濃度， mg/L

C0——氯酸鹽和亞氯酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mg/L

A——樣品中氯酸鹽和亞氯酸鹽的峰面積

A0——氯酸鹽和亞氯酸鹽標(biāo)準(zhǔn)的峰面積

則 C的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

式中:u(C)——C的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，mg/L

u(C0)——C0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，mg/L

u(A0)——A0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，mg/L

u(A)——A的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，mg/L

2.2 不確定度來(lái)源分析

不確定度主要來(lái)源包括：(1)標(biāo)準(zhǔn)溶液固有的不確定度；(2)標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過(guò)程引入的不確定度；(3)標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合帶來(lái)的不確定度；(4)樣品重復(fù)性測(cè)量產(chǎn)生的不確定度。

3 不確定度評(píng)定

3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度

GSB07-3156-2014亞氯酸鹽溶液購(gòu)買(mǎi)自環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所，證書(shū)上提供的相對(duì)擴(kuò)展不確定度(k=2)為2%，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(c0)=0.0115。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋過(guò)程中器具產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

標(biāo)準(zhǔn)溶液配制中主要用到容量瓶和移液管以及分度吸量管，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度包含兩個(gè)方面[3]：器具體積校準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和實(shí)驗(yàn)室溫度變化帶來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

3.2.1 容量瓶產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4，容量瓶校準(zhǔn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的室溫是20 ℃，而配置溶液時(shí)所對(duì)應(yīng)的室溫一般為26 ℃，按照均勻分布的規(guī)則，溶液溫度變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算方法參考文獻(xiàn)[4]為：

100 mL容量瓶引人的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

10 mL容量瓶引人的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

50 mL容量瓶容量允許差為±0.05 mL，同理計(jì)算出容量瓶體積引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：0.0204 mL，溫度變化變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

50 mL容量瓶引人的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

氯酸鹽標(biāo)準(zhǔn)系列配制過(guò)程中，使用10 mL容量瓶定容1次，使用100 mL容量瓶定容1次，使用50 mL容量瓶定容6次，因此，容量瓶引人的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

亞氯酸鹽標(biāo)準(zhǔn)系列配制過(guò)程中，使用100 mL容量瓶定容1次，使用50 mL容量瓶定容6次，因此，容量瓶引人的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.2.2 移液管和吸量管產(chǎn)生的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

表2 移液管和吸量管的相對(duì)不確定度Table 2 Relative uncertainty of measuring pipette

氯酸鹽標(biāo)準(zhǔn)系列配制過(guò)程中，1 mL移液管使用了3次，2 mL移液管使用了1次，5 mL分度吸管使用了4次，累計(jì)：

亞氯酸鹽標(biāo)準(zhǔn)系列配制過(guò)程中，1 mL移液管使用了2次，2 mL移液管使用了1次，5 mL分度吸管使用了4次，累計(jì)：

3.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線帶來(lái)的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)系列濃度分別為0.050、0.100、0.200、0.300、0.400、0.500 mg/L，測(cè)量6個(gè)濃度的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，分別得到相應(yīng)的峰面積，采用最小二乘線性回歸法擬合，得到線性方程y=bx+a,線性相關(guān)系數(shù)r,根據(jù)貝塞爾方程計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)曲線的剩余標(biāo)準(zhǔn)差：

標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引人的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

式中:n——標(biāo)準(zhǔn)系列溶液測(cè)量次數(shù)

p——待測(cè)水樣重復(fù)測(cè)量次數(shù)

xa——待測(cè)水樣濃度的平均值，mg/L

xb——標(biāo)準(zhǔn)系列溶液濃度的平均值

xj——標(biāo)準(zhǔn)系列溶液各點(diǎn)的濃度值，mg/L

yj——標(biāo)準(zhǔn)系列溶液各點(diǎn)的峰面積

a——擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距

b——擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距

表3 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 3 Statistical results of uncertainty introduced by standard curve fitting

3.4 重復(fù)性的不確定度評(píng)定

本臺(tái)儀器擁有內(nèi)置控溫柱溫箱、自動(dòng)溫度補(bǔ)償電導(dǎo)檢測(cè)器、自動(dòng)淋洗液發(fā)生器、自動(dòng)進(jìn)樣器，具有良好的精密度和穩(wěn)定性，因此儀器本身的不確定度僅用重復(fù)性來(lái)評(píng)定，不再考察其他[7]。，用標(biāo)準(zhǔn)的第6點(diǎn)平行測(cè)定6次，計(jì)算儀器重復(fù)性帶來(lái)的不確定度見(jiàn)表4。

重復(fù)測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

重復(fù)測(cè)量結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

表4 重復(fù)進(jìn)樣引入的不確定度Table 4 Uncertainty introduced by reinjection reproducibility

4 合成不確定度

樣品不需要稀釋?zhuān)虼巳硬糠值牟淮_定度為0。由于水樣中氯酸鹽和亞氯酸鹽均為未檢出，因此用樣品加標(biāo)后的濃度平均值來(lái)代表樣品含量。

表5 各分量不確定度合成Table 5 The sum of component uncertainties

續(xù)表5

5 結(jié) 論

通過(guò)不確定度的評(píng)定，可以進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法來(lái)縮小誤差，提高實(shí)驗(yàn)精度和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證、數(shù)據(jù)比對(duì)、臨界值判定等都有著重要意義[8]。以本實(shí)驗(yàn)為例，影響測(cè)量不確定度的最主要因素是曲線擬合帶來(lái)的不確定度，要想降低這部分的影響，就得提高標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)性。可以通過(guò)以下幾種方式來(lái)改善：(1)購(gòu)買(mǎi)有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)時(shí)選擇不確定度越小的越好；(2)在選擇量具時(shí)，一定要選擇A類(lèi)的容量瓶、移液管；(3)提高實(shí)驗(yàn)檢測(cè)人員的技能，在配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)規(guī)范操作，減少誤差；(4)增加各標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量次數(shù)，減少儀器測(cè)量帶來(lái)的誤差。通過(guò)這幾種方式可以最大程度得減少不確定度，使得檢測(cè)結(jié)果可靠性更高。