紫外法測定水中石油類不確定度評定的研究

李開權 陳佩蘭 方澤勇

摘? 要：根據化學分析項目建立數學模型，對紫外法測定水中石油類不確定度來源（水樣重復性、校準曲線擬合、溶液配制等）進行識別和分析，進而對所有不確定度進行評定、匯總、合成。

關鍵詞：紫外法;石油類;不確定度

中圖分類號：X832 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）33-0127-03

Abstract： According to the chemical analysis project， the mathematical model was established to identify and analyze the sources of uncertainty （water sample repeatability， calibration curve fitting， solution preparation， etc.） for the determination of petroleum in water by UV method. Then all the uncertainties are evaluated， summarized and synthesized.?Keywords： UV method; petroleum; uncertainty

1 概述

隨著社會高度的工業化發展，地球的資源日益枯竭，人類生存的環境空間不斷惡化，地球上可利用資源越來越少，保護環境、保護地球資源，實行節能減排已經刻不容緩。人類物質文明的進步，更加需求、更加向往美好的生活，綠水青山就是金山銀山。

工業化進程導致的水質污染事故增多，污染水體中帶進石油類物質越來越多，水體惡化。水體石油類污染源魁首主要是工業廢水和生活廢水，石油類含有各種烴的混合物，分散于水體中的油經常被微生物氧化分解、消耗水中的溶解氧，使水體惡化。另外油中還含有毒性大的芳烴類[1]，對人與自然環境影響都比較大。因此，水中的石油類是監測水體中有機污染物重要指標之一，是水質質量監測數據的重要部分。

由于測量人員、測量設備儀器、測量環境各個因素之間存在差異，導致測量結果存在測量誤差，對被測量值（結果）不能肯定的程度，這就是不確定度。不確定度是對測定結果正確度的可疑程度，它反映了實驗室分析中通常理解的誤差值的范圍或區間，不確定度是客觀存在的，是測量結果的一個質量指標之一，只不過其越小，被測量的結果離真值越近、測量水平越高而已。不確定度的評定是實驗室日常開展的一項重要工作，其結果直接反映了一個環境監測站的檢測水平。根據國家標準 GB/T 27025-2008（ISO/IEC 17025）[2]的相關要求，實驗室應評定其檢測結果的不確定度，并給出相關不確定度報告。本實驗依據標準《JJF1059.1-2012測量不確定度評定與表示》[3]，對水中石油類含量的檢測結果進行了不確定度評定的深入探討，找出影響不確定度的因素，并對不確定度進行評估，規范檢驗過程中的測量不確定度的評價和表示，為檢測結果報告的合理性提供科學依據。

2 方法操作流程

2.1 檢測依據

水質 石油類的測定 紫外分光光度法（試行）HJ 970-2018

2.2 測量儀器及器皿

2.2.1 紫外可見分光光度計（UV-9600）。

2.2.2 單標線吸管（10mL;5mL）。

2.2.3 容量瓶（50mL、25mL）。

2.2.4 刻度線吸管（5mL）。

2.3 實驗步驟

2.3.1 標準曲線的建立

按照實驗室建立標準曲線的操作辦法：準確移取體積（mL）0、0.50、1.00、2.00、4.00石油標準使用液（100mg/L）于6個25mL容量瓶中，用正己烷稀釋至標線，搖勻。標準系列濃度（mg/L）分別為0、1.00、2.00、4.00、8.00和16.0。在波長225nm處，使用2cm石英比色皿，用正己烷作參比，測定吸光度。以石油類濃度（mg/L）為橫坐標，以相應的吸光度值為縱坐標，建立標準曲線。

2.3.2 試驗樣品的測定

按照建立標準曲線相同的實驗步驟進行試驗樣品的測定。

2.3.3 空白樣的測定

按照測定試驗樣品時的相同步驟進行空白樣的測定。

2.3.4 數學模型

在本實驗中：ρ-試驗樣品水中石油類的質量濃度，mg/L;

A-試驗樣品的吸光度值;

A0-空樣品的吸光度值;

a-標準曲線的截距;

V1-實驗萃取液體積，mL;

b-本實驗的標準曲線的斜率;

V-試驗水樣體積，mL。

3 不確定度評定

3.1 不確定度的來源

3.1.1 A類評定

（1）測量重復性引入的標準不確定度。

（2）建立標準曲線引入的不確定度。

3.1.2 B類評定

（1）標準溶液產生的不確定度。

（2）單標線吸管（10mL、5mL）的示值誤差產生的不確定度。

（3）刻度線吸管（5mL）的示值誤差產生的不確定度。

（4）容量瓶的示值誤差（50mL、25mL）產生的不確定度。

3.2 不確定度評定過程

3.2.1 A類不確定度

（1）測量重復性引入的不確定度

事先對正己烷中石油類標樣（標準值為：43.6mg/L）進行了6次重復試驗，測量結果見表1。

水樣中石油類測定由2次測量的平均值給出，故重復性所以測量重復性引入的相對標準不確定度為：urelA=s（xi）/■/43.6=1.06*10-2。

（2）建立標準曲線引入的不確定度

本實驗應用紫外法分光光度法測定試樣水中石油類，標準曲線測定結果見表2。

設y對x的回歸直線方程為：y=a+bx;

y為吸光度;x為石油類的濃度（mg/L）;a為曲線的截距;b為標準曲線斜率。

根據標準曲線的數據得到：a=-0.0039;b=0.0472;r=0.9999。

根據貝塞爾公式，將上述相關數據代入其中計算剩余標準差為：

曲線擬合引入的相對標準不確定度：

式中：n-測試標準溶液次數，n=6（擬合總點數，如果6個濃度測3次，應為18次）;P-實際測試時測定樣品的次數，P=2（平行樣即為2）;? -標準系列中石油類的平均濃度，? =5.17mg/L;x′-取標樣中石油類兩次測定的平均濃度;x′=43.6mg/L;b-標準曲線的斜率，b=0.0472。

3.2.2 B類標準不確定度

（1）正己烷中石油類標準儲備液引入的不確定度

已知正己烷中石油類標準溶液1000mg/L，擴展不確定度為5%，按正態分布考慮K=2計算，則石油類標準溶液引入的相對標準不確定度為：urel（c標）=U（標）/k=0.05/2=2.50*10-2

（2）單標線吸管（10mL、5mL）產生的不確定度a.單標線吸管（10mL）產生的不確定度

10mL單標線吸管A級的最大允許誤差為±0.020mL，則區間半寬度a1=0.020mL，服從三角分布，uB1=0.020/ =0.008165mL;相應的相對標準不確定度urel1為：0.008165/10=8.17*10-4b.單標線吸管（5mL）產生的不確定度5mL單標線吸管A級的最大允許誤差為±0.015mL，則區間半寬度a2=0.015mL，服從三角分布，uB2=0.015/ =0.006124mL;相應的相對標準不確定度urel2為：0.008165/5=12.2*10-4

（3）刻度線吸管（5mL）產生的不確定度

5mL刻度吸管A級的最大允許誤差為±0.025mL，則區間半寬度a3=0.025mL，服從三角分布，uB3=0.025/ =0.01021mL;相應的相對標準不確定度urel3為：

0.01021/5=20.4*10-4

（4）容量瓶（50mL、25mL）產生的不確定度a.容量瓶（50mL）產生的不確定度50mL容量瓶A級的最大允許誤差為±0.05mL，則區間半寬度a4=0.05mL，服從三角分布，uB4=0.05/ =0.02041mL;相應的相對標準不確定度urel4為：0.02041/50=4.08*10-4b.容量瓶（25mL）產生的不確定度25mL容量瓶A級的最大允許誤差為±0.03mL，則區間半寬度a5=0.03mL，服從三角分布，uB5=0.03/ =0.01225mL;相應的相對標準不確定度urel5為：0.01225/25=4.90*10-43.2.3 不確定度評定匯總（見表3）

3.2.4 合成不確定度

分析考察不確定度分量urel（A）、urel（m）、urel（c標）、urel1、urel2、urel3、urel4和urel5可知，四者相互獨立，互不相關。因此合成相對標準不確定度urel為：

則合成不確定度為：uc（C）=u×x′=2.84×10-2×43.6=1.24mg/L3.2.5 擴展不確定度評定取包含因子k=2（P≈95%的置信概率），則擴展不確定度為：U=kuc（C）=2×1.24=2.48mg/L

3.2.6 報告不確定度水中石油類最終結果可表達為：C=（43.6±2.48）mg/L（K=2）

4 結束語

在實驗室日常分析測試工作中，評定不確定度已成為其工作的重點內容之一，是檢驗自身工作質量水平的一個重要法寶，它彌補了檢定數據結果在準確度、誤差等參數的不足，同時也是各實驗室計量認證以及復查（復審）的重點工作內容。本實驗是采用紫外法測定水中石油類的不確定度，從不確定度評定情況看，影響最大的是A類不確定度和標準溶液引入的不確定度，主要是由于實驗人員、環境、儀器以及操作的重復性因素以及標準溶液本身的不確定度引起的，因此實驗人員熟練掌握各項操作技術，嚴格按照規定保證實驗儀器設備的環境和穩定，在檢測操作過程中，符合規程，與實際操作步驟一致，減少檢測結果的誤差，提高結果的可靠性，盡量減少不確定度，確保結果的準確。

參考文獻：

[1]陳忠.淺析紅外分光測油法對線性關系影響的因素[J].環境科學與管理，2011，36（1）：115-117.

[2]GB/T 27025-2008/ISO/IEC17025：2005，檢測和校準實驗室能力的通用要求[S].

[3]JJF1059.1-2012，測量不確定度評定與表示[S].國家質量監督檢驗檢疫總局發布，2012-12-03.