甲醇中氯苯溶液標準物質的制備技術研究及不確定度評定

方　正，張鵬輝，潘　義，張蘇敏，白　花，楊嘉偉，趙楊蘭，蘇　丹

（中國測試技術研究院，四川 成都 610021）

甲醇中氯苯溶液標準物質的制備技術研究及不確定度評定

方正，張鵬輝，潘義，張蘇敏，白花，楊嘉偉，趙楊蘭，蘇丹

（中國測試技術研究院，四川 成都 610021）

建立甲醇中氯苯溶液標準物質的研制及不確定度評定方法。使用氣相色譜（GC）和液相色譜（HPLC）兩種不同方法精確測定氯苯主成分含量，電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）和卡爾·費休水分儀（KF）測定無機雜質和水分含量，并最終通過質量平衡法對氯苯純度進行準確定值。采用重量-容量法制備特性量值為10.0μg/mL的甲醇中氯苯溶液標準物質，其主要用于污染物中氯苯的成分分析、環境評價以及相應分析方法的確認等，制備的標準物質均勻性和穩定性良好，定值結果的相對擴展不確定度為U=3%（k=2），有效期限24個月，通過與同類國家標準樣品甲醇中氯苯GSB 07-1220——2000量值比對，驗證制備方法定值結果的準確性。

氯苯；標準物質；特性量值；不確定度

0　引言

氯苯類化合物（chlorobenzenes，CBs）是一類非常重要的化工原料和中間體，在化工、紡織、電子、農藥、醫藥和制造等行業應用廣泛，CBs通常具有較強的氣味，理化性質穩定，不易分解，在水中溶解度小，可溶于醇、醚、苯等多種有機溶劑。此外，CBs還具有強烈刺激作用，對人體的皮膚、結膜和呼吸器官產生刺激，并可引起急性或慢性神經障礙，因而具有較高的毒性。在以CBs為原料的企業所排放的廢水中，常可檢測出高濃度氯苯類化合物［1］，水中CBs已成為許多國家尤其是發達國家環保監測的重點。氯苯作為CBs中結構最簡單、使用最廣泛的一種物質，是一種具有苦杏仁味的無色液體，在化學工業中用作有機合成和溶劑。氯苯不僅會對人體神經系統、皮膚等產生危害，還會對地表水和地下水造成污染［2-7］。因此我國對水體中氯苯的含量做了明確規定和限制。我國灌溉水使用標準GB 22573——2008中氯苯的最高允許含量為0.3 mg/L［8］。目前，氯苯的檢測標準有GB/T 11938——1989《水源水中氯苯系化合物衛生檢驗標準方法 氣相色譜法》［9］和HJ 621——2011《水質 氯苯類化合物的測定 氣相色譜法》［10］。國內已有相應的氯苯溶液標準物質，其量值范圍均在100～1000μg/mL，而10.0μg/mL的氯苯溶液標準物質還未曾研制。因此，為滿足水質環境監測的迫切需求，采用重量-容量法研制了甲醇中氯苯溶液標準物質。

1　實驗部分

1.1主要儀器與試劑

7890B型氣相色譜儀（美國 Agilent公司）；7890B-5977A型氣相色譜-質譜聯用儀 （美國Agilent公司）；1100型高效液相色譜儀（美國Agilent公司）；NexION 300X型電感耦合等離子體質譜儀 （美國 PE公司）；931卡爾·費休水分測定儀 （瑞士Metrohm公司）；CPA225D型電子天平（德國Sartorius公司）；容量瓶、移液管（A級，德國Brand公司）。

甲醇（色譜純，德國Merck公司）；氯苯（色譜純，美國SIGMA-ALDRICH公司）；甲醇中氯苯溶液標準物質（1000μg/mL，環境保護部標準樣品研究所）。

1.2實驗方法

1.2.1原料的定性和純度分析

采用氣相色譜-質譜聯用儀對氯苯進行定性分析，將得到的圖譜分別與氣相色譜-質譜標準圖譜比較。

采用質量平衡法［11-15］測定氯苯的純度PM，計算公式為

式中：XMoi——水分的含量；

XEle——無機元素的含量；

PGC-HPLC——氣相色譜和高效液相色譜兩種方法測得樣品純度的平均值。

1.2.2標準物質的制備

采用逐級稀釋法制備氯苯溶液標準物質的目標濃度，根據原料實際純度、天平稱量質量和容器定容體積，先制備1 000 μg/mL的甲醇中氯苯儲備液，隨后移取10 mL該儲備液，稀釋定容至1 000 mL容量瓶中，制備成10.0μg/mL的甲醇中氯苯溶液標準物質。隨后灌封于潔凈的2.0mL棕色玻璃安瓿瓶中，每瓶1.0mL。除去灌裝過程的損失，共制備約800瓶，低溫避光保存。

1.2.3原料測定方法和條件

氣相色譜-質譜分析條件

色譜柱：DB-624（60 m×320 μm，1.8 μm）；進樣口溫度：220℃；檢測器溫度：250℃；色譜柱流量：3mL/min；升溫條件：35℃保持6 min，以5℃/min升至180℃，保持3min；分流比：5∶1；進樣量：1.0μL。

接口溫度250℃；離子源溫度：230℃；四級桿溫度：150℃。

液相色譜分析條件

色譜柱：Agilent ZORBAX SB C18（150mm×4.6mm，5 μm）；流動相：水/乙腈（45/55）；流量：1.0mL/min；進樣量：10.0μL；檢測波長：260nm。

1.2.4均勻性檢驗

依據JJF 1006——1994《一級標準物質技術規范》的規定，在不同批次樣品的前、中、后期，分別隨機抽取5個單元進行均勻性檢驗。以單因素方差分析對測定結果進行分析統計，從而判斷樣品的均勻性程度。若檢驗結果F＜F0.05（ν1，ν2），則說明樣品均勻性良好［16-17］。

1.2.5穩定性檢驗

按照JJF 1343——2012《標準物質定值的通用原則及統計學原理》的要求，用回歸曲線法進行穩定性監測結果的判斷［18-19］，以穩定性檢驗結果作濃度對時間的擬合直線。

1.2.6不確定度評定

考慮到標準物質制備過程的各影響因素，則其相對合成不確定度的計算公式為

式中：uP，rel——制備過程引入的相對標準不確定度；

uH，rel——均勻性引入的相對標準不確定度；

uS，rel——穩定性引入的相對標準不確定度。

取包含因子k=2，置信概率約為95%，則擴展不確定度為

1.2.7標準物質的比對驗證

隨機抽取研制的樣品溶液與同類國家標準樣品甲醇中氯苯GSB 07-1220——2000進行比對分析。若En≤1，則比對結果滿足要求。

式中：x0——比對標準物質測定值；

x——研制標準物質測定值；

U0——比對標準物質測定值的擴展不確定度；

U——研制標準物質測定值的擴展不確定度。

2　結果與討論

2.1原料定性和純度分析結果

2.1.1原料的定性分析

將測得的氯苯氣相色譜-質譜圖與其標準圖譜比較，結果表明，測得氯苯的質荷比（m/z：112.56）與其理論質荷比（m/z：112.56）一致，可以確證化合物組成，如圖1所示。

2.1.2原料的主成分含量分析結果

采用氣相色譜（GC）和高效液相色譜（HPLC）兩種方法測定氯苯主成分含量，重復測量6次，以6次測量平均值作為該方法測得樣品的主成分含量結果，分析結果見表1和表2。

圖1　氯苯的實際分析質譜圖與標準質譜圖

結果表明，兩種方法測定結果的相對標準偏差為0.012%，定值結果非常接近，為等準確度測量。因此，氯苯主成分含量結果為兩種方法測量結果的平均值，即：

表1　氣相色譜法測定氯苯主成分含量結果

表2　高效液相色譜法測定氯苯主成分含量結果

2.1.3水分和無機雜質含量分析結果

采用卡爾·費休水分儀（KF）測定原料中水分含量，測量6次，取平均值為測定結果，測得水分含量為0.023%；采用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）測定原料中金屬離子含量，檢測結果表明：扣除本底甲醇的影響，原料中金屬元素總含量小于0.0002%，可忽略不計。

由上述分析結果可知，采用質量平衡法測得氯苯的純度PM為99.92%。

2.2均勻性檢驗結果

均勻性檢驗結果和統計數據見表3和表4，結果表明，F檢驗值小于F臨界值，甲醇中氯苯溶液標準物質均勻性符合要求。

表3　甲醇中氯苯溶液標準物質均勻性檢驗結果 μg/mL

2.3穩定性檢驗結果

穩定性檢驗結果和統計數據見表5和表6，結果表明，|b1|＜t0.95，n-2×s（b1），說明穩定性檢驗結果直線的斜率不顯著，在24個月內，該樣品具有良好的穩定性。

表4　均勻性研究統計結果

表5　甲醇中氯苯溶液標準物質穩定性檢驗結果

表6　穩定性研究統計結果

2.4不確定度評定

根據甲醇中氯苯溶液標準物質制備過程中的影響因素，對定值結果的不確定度進行了評定［13-14］。

2.4.1制備過程引入的不確定度

甲醇中氯苯溶液標準物質制備過程引入的不確定度主要包括：1）純度定值引入的不確定度；2）天平稱量引入的不確定度；3）容量量器引入的不確定度。

1）純度定值引入的相對標準不確定度

根據表1和表2的結果，采用兩種方法測定氯苯主成分含量的相對標準偏差分別為0.012%和0.003%，則其引入的相對標準不確定度為uGC，rel=0.012%和uHPLC，rel=0.003%。兩種方法主成分含量測定引入的相對標準不確定度為

卡爾·費休水分儀測定氯苯中水分含量，6次測量結果的標準偏差為0.008%，則水分測量引入的標準不確定度uMoi=0.008%。由于氯苯中金屬元素含量小于0.0002%，對純度測量的不確定度影響很小，可忽略不計。因此，水分和無機雜質測量引入的標準不確定度為

由于氯苯純度由質量平衡法確定，所以氯苯純度測量的合成相對標準不確定度為

2）天平稱量引入的相對標準不確定度

根據天平的校準證書，天平稱量結果的擴展不確定度為0.1mg，k=2，加入的樣品質量由兩次稱量質量之差所得，則稱量引入的標準不確定度為

由于在溶質稱量和轉移過程中使用密閉注射器，稱量過程溶質揮發引起的質量變化很小，因此，稱量過程溶質揮發引起的質量變化忽略不計。

氯苯的稱量質量為1.00090g，則天平稱量引入的相對標準不確定度為

3）容量量器引入的相對標準不確定度

在溶液標準物質制備過程中，使用了10 mL A級單標線移液管和1 000 mL A級容量瓶。根據常用玻璃量器檢定規程，10 mL A級單標線移液管和1 000 mL A級容量瓶的最大允許誤差分別為0.02 mL和0.40 mL。按照均勻分布，容量量器引入的相對標準不確定度為

制備過程中使用了10 mL A級單標線移液管1次，1000mL A級容量瓶2次。因此，由容量量器體積誤差引入的合成相對標準不確定度為

4）體積-溫度變化引入的相對標準不確定度

制備甲醇中氯苯溶液標準物質的環境溫度為（20±2）℃，按照溫度波動變化2℃來考慮體積變化對溶液濃度的影響。一般玻璃量器體積膨脹系數為9.9×10-6℃-1，環境溫度變化2℃對其影響可忽略不計。標準物質的溶劑為甲醇，常溫下體積膨脹系數約為0.118×10-2℃-1，因此，由溫度變化2℃引起的溶液體積變化區間為

按均勻分布，則溫度-體積變化引入的標準不確定度為

對上述制備過程引入的相對標準不確定度分量合成，則制備過程引入的相對標準不確定度為

則溫度-體積變化引入的相對標準不確定度為

2.4.2均勻性引入的相對標準不確定度

標準物質均勻性引入的標準不確定度由下式計算：

根據表4的統計結果：s12=0.030，s22=0.022，n=3，得到均勻性引入的標準不確定度為uH=0.052μg/mL，則相對標準不確定度為

2.4.3穩定性引入的相對標準不確定度

穩定性檢驗結果表明，研制的甲醇中氯苯溶液標準物質穩定性檢驗結果的擬合直線斜率不顯著，按照直線無趨勢評定不確定度，則穩定性引入的標準不確定度為

相對標準不確定度為

2.4.4合成相對標準不確定度

氯苯溶液標準物質制備過程中各影響因素引入的相對標準不確定度見表7。

表7　甲醇中氯苯溶液標準物質不確定度分量

取包含因子k=2，置信度水平約95%，甲醇中氯苯溶液標準物質的相對擴展不確定度為

2.5比對和驗證

研制的甲醇中氯苯溶液標準物質與同類國家標準樣品甲醇中氯苯GSB 07-1220——2000進行量值比對，分析結果見表8。

表8　甲醇中氯苯溶液標準物質比對結果

比對結果|En|＜1，表明甲醇中氯苯溶液標準物質定值準確度和不確定度符合要求。

3　結束語

采用重量-容量法制備了特性量值為10.0μg/mL的甲醇中氯苯溶液標準物質，并建立相應的制備和分析方法。研制的標準物質具有良好的均勻性和穩定性，并評定了定值結果的不確定度。通過與國家標準樣品GSB 07-1220——2000量值比對，驗證了定值結果的準確性。標準物質定值結果的相對擴展不確定度為U=3%（k=2），有效期限為24個月。經行業用戶試用，甲醇中氯苯溶液標準物質量值準確可靠、性能穩定，能夠滿足相關行業的使用需求。

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（編輯：徐柳）

Preparation of chlorobenzene certified reference material in methanol and evaluation for uncertainty

FANG Zheng，ZHANG Penghui，PAN Yi，ZHANG Sumin，BAI Hua，YANG Jiawei，ZHAO Yanglan，SU Dan
（National Institute of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China）

The preparation and evaluation for uncertainty methods of chlorobenzene certified reference material（CRM）in methanol were established.The main component content of chlorobenzene was determined by gas chromatography（GC）and high performance liquid chromatography（HPLC），and the contents of inorganic impurities and water were also analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry（ICP-MS）and coulometric Karl Fischer titrator，respectively.Finally，the purity of chlorobenzene was accurately determined by Mass-Balance method.This CRM solution with characteristic value of 10.0 μg/mL that primarily used for the content analysis of chlorobenzene in pollutants，evaluationofenvironmentandvalidationofanalyticalmethodswaspreparedby Weighting-Volumetric method.The developed CRM has good homogeneity and stability with the uncertainty of 3%（k=2）and the validity period of 24 months.Compared with the national reference material of chlorobenzene in methanol（GSB 07-1220——2000），the accuracy of preparing method was confirmed.

chlorobenzene；reference material；characteristic value；uncertainty

A

1674-5124（2016）08-0048-05

10.11857/j.issn.1674-5124.2016.08.010

2016-03-19；

2016-04-21

方正（1963-），男，遼寧沈陽市人，研究員，主要從事標準物質制備方法及化學計量量值溯源體系研究。