電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鋁箔中的鉛含量

彌海鵬 王亞森 蘇中華 馬兵兵 周西林 鄧 雄

(1.重慶市計量質量檢測研究院，重慶 401123；2.國家鋁鎂合金及制品質量監督檢驗中心，重慶 408403)

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電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鋁箔中的鉛含量

彌海鵬1王亞森1蘇中華2馬兵兵2周西林2鄧 雄2

(1.重慶市計量質量檢測研究院，重慶 401123；2.國家鋁鎂合金及制品質量監督檢驗中心，重慶 408403)

采用電感耦合等離子體原子發射光譜法測定了鋁箔基材中的Pb含量，應用最小二乘法線性擬合工作曲線，相關系數為0.9991(f=3)，斜率和截距的標準偏差依次為3.0618、3.1523。并選擇鋁合金標準樣品進行方法準確性和精密度驗證試驗，結果令人滿意。隨后通過建立不確定度評定的數學模型、分析不確定度來源和不確定分量間的相關性并計算不確定度分量得到測量結果的擴展不確定度。

電感耦合等離子體原子發射光譜法 測量不確定度 鋁箔 鉛

ISO/IEC Guide 98-3:2003中，將測量不確定度(Measurement Uncertainty )定義為“表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結果相聯系的參數”。測量不確定度從某種程度上講是對測量結果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度，是實驗室進行質量控制的一項必須工作，也是實驗室保證獲取信息可靠性和提高測量準確度的重要手段[1-4]。特別是國家質檢機構改革后，必然會有大量的第三方檢測機構涌入市場，勢必面臨激烈的競爭，檢測結果報告不僅僅只需要的是一個數據，也需要報告測量結果不確定度。目前，已有部分化學分析工作者對測量結果的不確定度的評定進行了研究和探索[5，6]。然而，采用儀器方法測定物質中的元素含量，基本上都需要擬合工作曲線，即系列標準溶液濃度與對應測定強度之間的關系，因此在計算合成標準不確定度時要考慮不確定分量間的相關性，而這點往往在不確定度評定時沒有被明確地提出來，即默認各輸入量之間不相關。另外，同一實驗者在同一儀器進行同一類型的分析，隨著實驗者實驗次數的不斷增加和長期的經驗積累，實驗者自身會形成比較穩定的自身系統誤差，而實驗儀器由于外界環境條件、儀器自身軟等眾多隨機變量的影響，相對于實驗者來說，穩定性要差一些，換句話說，標準溶液濃度的不確定度比對應測定強度的不確定度要小得多。本實驗采用電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)測定鋁箔中的鉛含量，同時采用線性最小二乘法擬合工作曲線，在測量不確定度評定過程中進行了合理的取舍，以避免未考慮系列標準溶液濃度與對應測定強度的相關性而出現不合理的評定，對實驗室逐步建立不確定評定體系，確保測試結果的準確性，以及在一定的置信水平上把握實驗室數據的可靠性有重要的現實意義。

1 試驗部分

1.1 試劑與儀器

OPTIMA 7300V電感耦合等離子體原子發射光譜儀(PerkinElmer)(參數設置見表1)，BSA224S-CW分析天平(Sartorius)，GWA-UN5-10超純水機(北京普析通用儀器有限責任公司，電導率為18.2MΩ·cm)。

鹽酸、過氧化氫(GR，重慶川東化工(集團)有限公司)；Pb單元素標準溶液(1000mg/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)。E215b鋁合金標準樣品(Pb：0.019%，西南鋁業(集團)有限責任公司)。

表1 OPTIMA 7300V電感耦合等離子體原子發射光譜儀參數設置

儀器參數設定值氬氣0.7MPa等離子體流量15L/min輔助氣體流量0.2L/min霧化器0.8L/min工作功率1300W泵速1.50mL/min讀數延遲時間60s重復測定次數3次

1.2 試液準備

樣品溶液準備：準確稱取0.2000g鋁箔樣品于干燥潔凈的燒杯中，加入25mL鹽酸溶液(v∶v=1∶1)，蓋上表面皿，待劇烈反應后，加入2mL過氧化氫，待試樣完全溶解后，在電熱板上加熱至冒大氣泡，冷去至室溫。將試液轉移至100mL容量瓶，用洗瓶洗滌燒杯內壁2～3次，洗滌液一同轉移至容量瓶，定容搖勻，待上機分析。同時稱取與試樣相同量的高純鋁和E215b鋁合金標準樣品，隨同試樣做空白試驗和方法準確性驗證試驗。

系列標準溶液的配制：將1000mg/L Pb單元素標準溶液儲備液逐級稀釋至10mg/L，分別移取0.0、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0mL于100mL容量瓶中，加入超純水至刻度線，定容搖勻，獲得濃度依次為0.0、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0mg/L系列標準溶液。

將上述空白試液、系列標準溶液、樣品溶液以及方法準確性驗證試液在波長220.353nm處進行上機測定，繪制工作曲線并計算試樣中的Pb含量。

2 結果與討論

2.1 干擾校正

本實驗選擇兩點背景校正技術消除背景干擾。另外，采用MSF多組分譜圖擬合技術消除譜線干擾，在檢查光譜模式中，查看光譜的異常情況，并據此進行修改，如更新峰波長，更改背景校準點，從而識別并消除干擾信號。

2.2 工作曲線

系列標準溶液3次測定強度值見表2，采用最小二乘法線性擬合得到工作曲線，相關信息詳見表3。線性相關系數為0.9991(f=3)，斜率和截距的標準偏差依次為3.0618、3.1523，表明工作曲線線性較好，可以滿足樣品測定的要求。

表2 系列標準溶液的測定強度

表3 擬合所得工作曲線相關信息

2.3 檢出限計算

檢出限計算采用貝塞爾公式用強度值進行計算，即3倍的10次空白試液強度測定值的標準偏差S=2.732與工作曲線斜率BS的比值，其值為0.04mg/L。

2.4 準確度和精密度

E215b鋁合金標準樣品中Pb含量8次測定結果依次為0.0183%、0.0179%、0.0185%、0.0185%、0.0180%、0.0181%、0.0187%、0.0183%，平均值為0.0183%，與E215b鋁合金標準樣品鑒定(0.019%)含量很接近，表明該方法的準確性很好，其相對標準偏差(RSD)為1.5029%說明方法的精密度也令人滿意。

2.5 樣品測定

將制備好樣品溶液引入電感耦合等離子體原子發射光譜儀進行測定，平行測定8次，測定結果見表4。從測定的原始結果中不難看出，樣品中Pb濃度的相對標準偏差(RSD)為2.8409，滿足定量分析的要求。

表4 樣品中Pb的測定結果

2.6 測量不確定度的評定

2.6.1 數學模型

其中，ω(Pb)：樣品Pb的質量分數(%)；C：樣品中Pb的濃度(mg/L)；V：樣品溶液的體積(mL)；m：樣品的質量(g)。

2.6.2不確定度來源分析和計算2.6.2.1 測量重復性rs

根據貝塞爾公式計算測量重復性的不確定度u(rs)。測定8次，結果見表3，計算得到u(rs)=s=0.0005%。

2.6.2.2 電子天平m

2.6.2.3 溶液體積V

2.6.2.4 鉛的濃度C0

鉛濃度C0的測量不確定度主要是由于工作曲線的不確定度引入的，評定中我們認為橫坐標(濃度C)的不確定度遠小于縱坐標(強度值I)的不確定度，因此，在正常操作的情況下，不確定度來源最顯著的是強度值I的隨機變化，而校準溶液濃度的不確定度足夠小可以忽略。所以由工作曲線引起被測量溶液Pb濃度的標準不確定度可根據公式(2)～(5)計算得到，計算所得鉛濃度C0的測量不確定度u(C0)=0.0117。

(2)

(3)

(4)

(5)

2.6.3合成不確定度

(6)

=0.0409

uc(ω)=0.0188%×0.0409≈0.0008%

2.6.4 擴展不確定度

取包含因子k=2時，計算擴展不確定度：U=2×0.0008%=0.0016%。因此，采用此方法測得鋁箔中的鉛的質量分數可表達為：ω(Pb)=(0.0188±0.0016)%；k=2。

3 結論

采用電感耦合等離子原子發射光譜法測定鋁箔中的鉛含量，所建立的工作曲線以及方法的準確性和精密度驗證試驗均令人滿意。隨后對測量結果的不確定度進行了評定，其中工作曲線擬合所引入的標準不確定度分量對合成標準不確定度的影響較大，這也提示我們在日常的檢驗檢測過程中要密切關注工作曲線可能引入的不確定分量，并經常根據實際情況進行測量結果不確定度評定，以確保實驗室實驗結果的準確性、可靠性和客觀性。

[1] International Organization for Standardization. ISO 8466-1: 1990 Water quality-Calibration and evaluation of analytical methods and estimation of performance characteristics Part 1: Statistical evaluation of the linear calibration function[S].

[2] 中國金屬學會分析測試分會. CSM 01 01 01 04-2006, 電感耦合等離子體發射光譜法測量結果不確定度評定規范[S].

[3] 中國合格評定國家認可委員會. CNAS-GL06: 2006化學分析中不確定度的評估指南.

[4] 國家質量監督檢驗檢疫總局. JJF 1059.1- 2012, 測量不確定度評定與表示[J].

[5] 雙 龍, 文 亭, 石成綱, 等. 電感耦合等離子發射光譜法與原子吸收光譜法測定銅礦石中銅的不確定度評定[J]. 分析儀器, 2016, (1): 48-55.

[6] 楊鳳華. 微波消解-AAS法測定食品中鉛、鎘、鐵、錳、銅和鋅及其不確定度評估[J] 光譜學與光譜分析, 2007, 27(7): 1440-1443.

[7] 國家質量監督檢驗檢疫總局. GB/T 20975.25-2008, 鋁及鋁合金化學分析方法 第25部分：電感耦合等離子體原子發射光譜法[S].

Determination of lead in aluminum foils via inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) .

Mi Haipeng1，Wang Yasen1，Su Zhonghua2，Ma Bingbing2，Zhou Xilin2，Deng Xiong2

(1.ChongqingAcademyofMetrologyandQualityInspection，Chongqing401123，China；2.NationalQualitySupervisionandInspectionCenterforAluminumMagnesiumAlloysandProducts，Chongqing408403，China)

The work curve was fitted using the least squares method with the correlation coefficient 0.9991 (f=3) and the standard deviation(SD) of the slope and intercept was 3.0618, 3.1523. The accuracy and precision of experimental method was satisfactory. The expanded uncertainty of the measurement results was obtained by the established mathematical model of uncertainty evaluation.

ICP-AES；measurement uncertainty；aluminum foils；lead

國家質檢總局科技計劃項項目(2014QK263)，重慶市質監局科技攻關項目(CQZJKY2014029)

彌海鵬，男，1987年出生，工程師，E-mail：yunjie2070@sina.com。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.06.014

2016-04-07