離子色譜儀器的不確定度比對

王曉香 王文佳 崔曉慶 劉娟 施超歐＊

（1中國科學院寒區旱區環境與工程研究所冰凍圈科學國家重點實驗室，蘭州 730000；2華東理工大學分析測試中心，上海 200237）

離子色譜儀器的不確定度比對

王曉香1王文佳2崔曉慶1劉娟2施超歐2＊

（1中國科學院寒區旱區環境與工程研究所冰凍圈科學國家重點實驗室，蘭州 730000；2華東理工大學分析測試中心，上海 200237）

隨著儀器的自動化程度越來越高，在儀器分析過程中，人工操作部分越來越少。所以儀器所處的實際狀態水平，將對檢測結果產生較大的影響。研究了不同離子色譜儀在相同色譜條件下，對同一樣品的分離分析，并對測量過程中產生不確定度的影響因素：標準溶液濃度產生的不確定度、樣品重復測定產生的不確定度、標準曲線線性擬合產生的不確定度、溫度變化產生的不確定度等進行了分析，并對檢測結果進行對比。

儀器比對；不確定度；離子色譜

1 前言

現代化學分析過程已由完全的手工操作逐漸被自動化的儀器分析所取代，不僅節約了大量的人力資源且大大提高了生產效率。然而，自動化程度越高的分析儀器，檢測結果越容易受到儀器所處狀態的影響，如噪音水平，儀器平衡狀況等。這就對儀器分析工作者提出了更高的要求。

研究了不同離子色譜儀在相同色譜條件下，對同一樣品的分離分析中各種目標離子在不同儀器上檢測結果的不確定度。分析了整個測量過程中不確定度的影響因素，從待測成分的峰面積、線性方面進行對比分析，研究了儀器的實際狀況對檢測結果的影響［1－2］，提出了將分析誤差降低至最小的方法。

2 實驗部分

2.1 儀器和試劑

ICS－3000型離子色譜儀（陰陽雙系統，美國戴安），含AS自動進樣器、AM管理器，EG淋洗液發生器（KOH，MSA），SP單泵＋DP四單元泵。

ICS 2500型離子色譜儀（美國戴安，陰離子）：AS50自動進樣器，LC30柱溫箱，GP50四元梯度泵，CD25A電導檢測器，EG淋洗液發生器（KOH）；

DX－600型離子色譜儀（美國戴安，陽離子）：AS50自動進樣器，LC30柱溫箱，GP50四元梯度泵，CD25A電導檢測器，EG淋洗液發生器（MSA），Chromeleon 6.7色譜軟件；超純水機（Millipore）。

所有陰、陽離子標準儲備溶液購自國家標準物質中心；實驗均使用電阻率大于18.2MΩ·cm的超純水。

2.2 色譜條件

陰離子色譜柱為IonPac AS11－HC（4mm× 250mm）分析柱，IonPac AG11－HC（4mm× 50mm）保護柱，柱溫30℃，淋洗液為氫氧化鉀溶液（17mmol／L），由淋洗液自動發生器（EG－KOH）產生，流速1.0mL／min，抑制器為ASRS 300（4mm）連續自再生陰離子抑制器，定量環為500μL。

陽離子色譜柱為IonPac CS12A（4mm× 250mm）分析柱，IonPac CG12A（4mm×50mm）保護柱，柱溫為30℃，淋洗液為甲烷磺酸（MSA，20mmol／L），由淋洗液自動發生器（EG－MSA）產生，流速1.0mL／min，抑制器為CSRS 300（4mm）連續自再生陽離子抑制器，定量環為200μL。

2.3 樣品制備

分別制備了陰離子樣品1＃、陽離子樣品2＃，各離子濃度均為1mg／L。

3 結果與討論

3.1 淋洗液發生器（EG）的選擇

在陰離子分析過程中，以碳酸鹽或氫氧化物淋洗液最為常見［1］。氫氧根的淋洗強度比碳酸根小得多，且經過抑制器后，高電導率的氫氧根轉變為水，背景電導大大降低，大大提高了信噪比，提高了靈敏度，更適合于梯度淋洗。采用淋洗液發生裝置可以有效避免強堿性的氫氧化鈉吸收空氣中的CO2，能在線產生無污染的淋洗液，提高了檢測的重現性。

3.2 色譜柱的選擇

為了準確定量其中痕量組分的含量，宜采用大體積進樣（如500μL）［2］，選擇高容量的色譜柱。實驗選用IonPac AS11－HC高容量陰離子交換分離柱，20min之內即可實現樣品中陰離子的分離分析；選用IonPac CS12A高容量陽離子交換分離柱，15min之內即可完成樣品中陽離子的分離分析。

3.3 進樣體積的選擇

為提高待測成分的響應值，降低基線噪音對定量結果的影響，最簡單的方法是采用大體積定量環，增加樣品進樣體積。為此，在分析陰陽離子樣品時，分別采用500、200μL的定量環。

3.4 重現性、線性范圍及相關系數

將樣品1＃和樣品2＃分別在ICS3000、ICS2500和DX600離子色譜儀上平行進樣5次，其峰面積相對標準偏差（RSD）均小于5%。在選定色譜條件下，根據樣品中各離子濃度的粗測結果，配制標準工作曲線，并分別在ICS3000、ICS2500和DX600上進行測試，結果見表1。

表1 5種離子的線性范圍及線性相關系數Table 1 Linear ranges and correlation coefficients for five ions

3.5 實際樣品的測定結果

陰離子樣品和陽離子樣品在不同儀器上的測定結果如表2所示。

表2 樣品實測值Table 2 Testing results of samples ／（mg·L－1）

4 不確定度的評定

式中Ci—樣品中某離子的濃度，mg／L；

Ai—樣品中某離子的峰面積，μS·min；

C0—標樣中某離子的濃度，mg／L；

A0—標樣中某離子的峰面積，μS·min。

樣品檢測結果的不確定度主要來源有：標準溶液濃度產生的不確定度、樣品重復測定產生的不確定度、標準曲線線性擬合產生的不確定度、溫度變化產生的不確定度。

4.1 各離子標準溶液濃度產生的相對不確定度u1

各離子標準溶液濃度產生的相對不確定度u1主要有各離子原標準溶液產生的相對不確定度urel（c）、配制各離子標準溶液產生的相對不確定度urel（v）、重復測定標準樣品產生的相對不確定度urep（c0）。

4.1.1 各離子標準溶液原溶液的相對標準不確定度urel（c）

表3 原標準溶液產生的相對不確定度urel（c）Table 3 The relative uncertainty for the original standard solution urel（c）

4.1.2 配制各離子標準溶液產生的相對不確定度

4.1.3 重復測定標準樣品產生的相對不確定度urep（c0）

各離子標樣重復測定引起的相對不確定度如表4、5。

表4 陰離子標準樣品重復測定引起的不確定度urep（c0）Table 4 The uncertainty brought on by the repeating measurement for the anion standard urep（c0）

表5 陽離子標準樣品重復測定引起的不確定度urep（c0）Table 5 The uncertainty brought on by the repeating measurement for the cation standard urep（c0） ／（mg·L－1）

根據公式：u1＝標樣中各離子的合成相對標準不確定度為表6、7所示。

表6 陰離子標樣濃度產生的合成相對標準不確定度u1Table 6 The combined relative uncertainty brought on by the concentration of the anion standard solution u1

表7 陽離子標樣濃度產生的合成相對標準不確定度u1Table 7 The combined relative uncertainty brought on by the concentration of the canion standard solution u1

4.2 樣品重復測定產生的不確定度u2

對兩個樣品分別在兩臺儀器上進行了5次重復測定，在不同儀器上測定，各離子的相對不確定度u2如表8、9。

表8 陰離子樣品重復測定引起的不確定度u2Table 8 The uncertainty brought on by the repeating measurement for the anions u2

表9 陽離子樣品重復測定引起的不確定度u2Table 9 The uncertainty brought on by the repeating measurement for the cations u2

4.3 標準曲線線性擬合產生的相對不確定度

用線性最小二乘法擬合各離子在不同儀器上的標準曲線Y＝a＋bX［5］。實驗中分別對5個濃度的NO3－和SO42－混合標樣進行5次重復測定，對5個濃度的Na＋、K＋、Ca2＋混合標樣進行5次重復測定。對2個樣品進行了5次重復測定。

表10 標準曲線的相對不確定度u3Table 10 The relative uncertainties of the standard curves u3

4.4 由溫度變化引起進樣時的不確定度u4

在進樣時，溫度的變化會引起進樣體積的不準確［6］，假設室溫變化為±4℃，水在20℃時的膨脹系數為2.1×10－4，進樣體積為500μL，假設k＝。根據Urel（V）＝則由于溫度變化引起的相對不確定度為4＝4.84×10－4

4.5 合成相對不確定度［7］uc

各離子在各儀器上的合成不確定度如表11、12所示。

表11 陰離子的合成相對標準不確定度ucTable 11 The combined relative uncertainty for the anions uc

表12 陽離子的合成相對標準不確定度ucTable 12 The combined relative uncertainty for the cations uc

通過不確定度的評定，兩個樣品中各離子的不確定度主要是由標準溶液的重復測定和標準曲線的擬合帶來的。

4.6 擴展不確定度

取P＝95%，Kp＝2，則相對擴展不確定度Urel＝Kpuc，則兩個樣品的擴展不確定度見表13、14。

表13 陰離子的相對擴展不確定度Urel

Table 13 The relative expanded uncertainty for the anionsUrel

離子名稱 NO3－ SO42－儀器型號ICS3000 DX2500 ICS3000 DX2500 Urel／% 5.42 9.42 4.70 9.52

表14 陽離子的相對擴展不確定度離子Urel

Table 14 The relative expanded uncertainty for the cationsUrel

離子名稱 Na＋ K＋ Ca2＋儀器型號DX600ICS3000DX600ICS3000DX600ICS3000 Urel／% 6.82 5.22 7.12 6.26 10.02 6.52

5 結論

研究了不同離子色譜儀對相同樣品的測試結果比對。結果顯示，因儀器所處狀態不同，噪音水平不同，同一試樣在不同儀器上的響應值存在一定的差異。在儀器分析過程中，最小檢測信號必須信噪比大于3，否則不能有效識別，為此，我們可以對樣品采取增大進樣體積、減少稀釋倍數或更換靈敏度更高的檢測器等方法提高待測成分的響應值，提高信噪比，即可將分析系統噪音的影響降至最低，從而保證檢測結果在不同條件下、不同儀器間仍然趨于一致。

［1］牟世芬，劉克納，曉靜.離子色譜方法及應用［M］.北京：化學工業出版社，2005：14.

［2］劉肖，汪瓊，施超歐，等.大體積直接進樣離子色譜法檢測四甲基氫氧化銨中的痕量陽離子［J］.離子交換與吸附，2007，24（6）：559－563.

［3］李玉武，狄一安，孫海容，等.用經驗模型評估環境樣品測量不確定度［J］.中國無機分析化學，2012，2（1）：1－8.

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Comparison of Uncertainties of Ion Chromatography Instruments

WANG Xiaoxiang1，WANG Wenjia2，CUI Xiaoqing1，LIU Juan2，SHI Chaoou2＊

（1.StateKeyLaboratoryofCryosphericSciences，ColdandAridRegionsEnvironmentalandEngineeringInstitute，ChineseAcademySciences，Lanzhou730000，China；2.AnalysisandTestingCenter，EastChinaUniversityof ScienceandTechnology，Shanghai200237，China）

There is smaller amount of manual operation needed for an instrumental analysis with increasing instrumental automation level.So the influence of an instrumental status on the quality of testing results becomes bigger than ever before.In this work，the same sample was tested using different instruments under same chromatographic condition.Then the factors that create uncertainties in a whole determination process，which include concentration of standard solution，repeatability of measurement，linear fitting of the standard curve，and temperature variation，etc.，were investigated and the results between different IC instruments were compared.

comparison of different instruments；uncertainty；ion chromatography

O657.7＋5；TH833

A

2095－1035（2012）03－0082－05

10.3969／j.issn.2095－1035.2012.03.026

2012－07－05

2012－08－06

國家自然科學基金（41071046）；中國科學院寒區旱區環境與工程研究所人才基金（51Y251B01）；冰凍圈科學國家重點實驗室自主課題（SKLCS－ZZ－2012－01－05）。

王曉香，女，實驗師，主要從事冰雪痕量化學分析與研究。E－mail：wangxiaoxiang71＠sina.com

＊通訊作者：施超歐，男，高級工程師，主要從事離子色譜、液相色譜的方法開發。