吹掃捕集-氣質聯用法測定水中甲基叔丁基醚的不確定度評定

李瑞仙，李凱學，劉婧晶

（國土資源部蘭州礦產監督檢測中心，甘肅 蘭州 730050）

上世紀90年代我國開始使用甲基叔丁基醚(MTBE)代替四乙基鉛作為汽油添加劑，以提高汽油的辛烷值從而增加汽油含氧量，使汽油燃燒更完全，達到減少汽車有害物質排放的目的[1-2]。由于MTBE的水溶性高和半衰期長,以及其在土壤中的吸附性差等特點造成了MTBE在土壤中能很快滲透進入地下水中,極易對水體造成污染，故而建立準確、快速的水質中MTBE的檢測方法具有很重要的意義，MTBE的測定暫時沒有通用的國標方法，根據文獻資料，常用的測定方法有靜態頂空氣相色譜法[3]、液液微萃取氣相色譜法[4]、固相微萃取氣相色譜質譜法[5]、吹掃捕集氣相色譜質譜法[6]等。液液微萃取和固相微萃取法分析過程中都需要樣品前處理，造成樣品富集時間較長，容易引入污染或造成目標化合物損失；靜態頂空氣相色譜質譜法和吹掃捕集氣相色譜質譜法，都是現行的比較先進的測定方法，分析步驟簡單，采用直接進樣法，樣品無前處理過程，不易造成損失，而使用吹掃捕集對低微含量樣品具有更好的富集性，分析結果穩定性。本方法使用自動吹掃捕集裝置氣相色譜質譜內標法測定水中的MTBE，方法檢出限低（檢出限為0.05μg/L），線性范圍寬、重復性好，適合海水、地下水及地表水中的MTBE的測定。污水樣品經過合理稀釋后，也可用此方法測定。

不確定度是與測量結果相關聯的參數，表征合理地賦予被測量的分散性[7]。為了確保實驗室分析測試的數據準確、可靠，就要及時總結與評定分析結果的不確定度。因此本文依據《測量不確定度評定與表示》[9]及《化學分析中不確定度的評估指南》[10]，對吹掃捕集氣相質譜法測定水樣中MTBE的測定結果進行了不確定度評定，為正確評價和使用檢測數據提供了依據。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

使用帶聚四氟乙烯瓶蓋的棕色VOC專用采樣瓶采樣，密封，2～5℃冷藏。將樣品放入吹掃捕集自動進樣器，準確吸取5.0mL水樣（儀器自動加入內標物），水樣中MTBE經高純氦氣吹掃后吸附于捕集管中，迅速加熱捕集管并以高純氦氣反吹，被熱脫附吹來的MTBE經氣相色譜分離后，用質譜檢測器檢測。通過與MTBE標準溶液的保留時間和質譜圖比較定性，內標法定量。

1.2 主要儀器及分析條件

吹掃裝置：TELEDYNE TEKMAR；吹掃流量：40mL/min；吹掃溫度：40℃；吹掃時間：11min，解析溫度：250℃，其他儀器條件默認設定值。

氣相色譜：安捷倫氣相色譜5977，色譜柱：DB-624（30m×0.25mm×1.4μm），進樣口溫度：200℃，分流比：20∶1，色譜柱溫度：35℃，保持1.0min，以10℃每分鐘升溫至90℃，保持2min，再以40℃每分鐘升溫至200℃；載氣：氦氣。

質譜儀：安捷倫質譜儀9000，接口溫度：280℃，離子源EI，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，SIM方式采集，溶劑延遲4min，定量離子：MTBE的m/z為73，氟苯的m/z為96；定性離子根據離子豐度而定。

1.3 樣品采集和分析

使用40mL棕色 VOC專用采樣瓶采樣，2～5℃ 冷藏，根據美國 EPA 524.2方法[11]要求，樣品采集后冷藏保存期限為14d。分析時，水樣經吹掃捕集儀自動準確吸取 5.0mL水樣進入吹掃管，另一條管路中自動為吹掃管加入濃度為1.0ug/mL內標溶液5.0μL，用高純氦氣吹脫而后加熱解吸，氣相色譜程序升溫分量，質譜法測定，內標法進行定量。

2 分析結果的數學模型和不確定度來源：

2.1 數學模型

2.2 不確定度來源分析

依據分析方法全過程和數學模型分析，吹掃捕集氣相色譜質譜法測定水質中MTBE濃度的測定不確定度分量主要有配制曲線點的過程的不確定度Urel（V）、吹掃自動進樣器取樣過程引入的不確定度Urel（VZ）、內標物的加入過程引入的不確定度Urel（Vis）、樣品重復測定引入的不確定度Urel（S）、最小二乘法擬合工作曲線引入的不確定度Urel（Cx） 和分析方法中回收率引入的不確定度Urel（R） 等幾個方面，根據不確定度傳播律，當各不確定度分量之間互不相關時，得到其合成不確定度為：

以上六部分不確定度來源即為吹掃捕集氣相質譜法測定水中MTBE濃度的不確定度分量的主要來源。因采樣誤差因素過多，且不屬于方法測定范疇，本文暫不做討論。

3 評定各分量不確定度：

3.1 配制曲線點過程引入的不確定度Urel（V）

本方法使用的標準溶液由北京壇墨公司生產MTBE，質量濃度為3000μg/mL，用100μL的微量移液器取標準溶液30.0μL放入1mL進樣小瓶中，用甲醇定容至900μL，此標準使用液（1）的質量濃度為100μg/mL。再用10μL微量進樣針取質量濃度為100μg/mL的標準使用液（1） 10.0μL放入1mL進樣小瓶，用甲醇定容至1.0mL，此標準使用液 (2)的質量濃度為1μg/mL。分別用100μL和500μL的微量移液器的準確量取標準使用液 (2)各 25μL、 50μL、 100μL、 250μL、 500μL、1000μL至盛有適量超純水的50mL容量瓶,用超純水定容，則配制好的曲線點分別為 0.5μg/L、1.0μg/L、2.0μg/L、5.0μg/L、10.0μg/L、20.0μg/L。將配制好的各濃度點快速倒入40mL專用吹掃棕色玻璃瓶內，放置在吹掃捕集自動進樣器上，儀器自動進樣5.0mL，并自動加入內標溶液。此過程中所使用的標準溶液、容量瓶、微量進樣器等引入的不確定度分別計算如下：

3.1.1 使用標準溶液的不確定度

實驗過程中使用的是北京壇墨公司提供的MTBE標準溶液，其相對不確定度為±2%，從而計算標準溶液引入的不確定度為： U（Cx） =0.0200。

3.1.2 量器使用過程引入的測量不確定度

1）100μL的微量移液器移取標準溶液引入的不確定度UreL（100.0）（V1），使用微量移液器的過程中，不確定度引入主要有兩個方面，一是由器皿校正，二是由環境溫度變化。當用100μL微量進樣器移取 30.0μL MTBE標準溶液時，根據YY0088-92《微量進樣器檢定規程》[11]，微量進樣器允許誤差為 ±3%；MTBE標準溶液以二硫化碳為溶劑，其體積膨脹系數1.19×10-3/℃，實驗室的溫度變化范圍為±2℃，體積校正按三角分布計算，則，溫度按矩形分布計算，K=，采用B類評定，其受體積校正和溫度影響而引入的不確定度為：

2） 500μL的微量移液器移取標準溶液引入的不確定度Urel（500.0）（V1），當用500μL微量進樣器移取500.0μLMTBE標準使用液（2） 時，根據YY0088-92《微量進樣器檢定規程》，此微量進樣器允許誤差為±2%；所用溶劑為水，其體積膨脹系數為1.80×10-3/℃，實驗室的溫度變化在±2℃，體積校正按三角分布計算，則，溫度影響按矩形分布計算，，采用B類評定，其受校正和溫度影響而引入的不確定度為：

3）10μL的微量移液器移取引入的不確定度Urel（10.0）（V1），由100μL微量進樣器計算過程可見，實驗室溫度變化引入的不確定度對微量進樣器總不確定度貢獻較小，因此，在使用10.0μL微量進樣器過程中，引入的不確定度將只考慮體積校準，忽略實驗室溫度變化。根據YY0088-92《微量進樣器檢定規程》，10μL微量進樣器允許誤差為±4%，體積校正按三角分布計算，則溫度影響按矩形分布計算，，采用B類評定，則10μL微量進樣器量取10μL溶液引入的不確定度為：

4）1mL進樣小瓶引入的不確定度Urel(1.0)（V2），在使用1mL進樣小瓶配制標準溶液（1）的過程中，根據JJG196-2006《常用玻璃量器檢定規程》[12]，1mL（A級） 容量瓶容量誤差為 ±0.010 mL，配制標準使用溶液過程以甲醇為溶劑，甲醇體積膨脹系數1.19×10-3/℃，實驗室的溫度變化在±2℃，體積校正按三角分布計算，則，溫度影響按矩形分布計算，，采用B類評定，則不確定度為：

5）50mL容量瓶引入的不確定度Urel（50.0）（V3），使用50mL容量瓶配制校正曲線各濃度點，根據JJG196-2006《常用玻璃量器檢定規程》，50mL（A級） 容量瓶容量誤差為±0.05 mL，以水為溶劑，其體積膨脹系數1.80×10-3/℃，實驗室的溫度變化在±2℃，體積校正按三角分布計算，則K=，溫度影響按矩形分布計算，，采用B類評定，則不確定度為：

3.1.3 綜合計算MTBE標準溶液配制過程引入的不確定度Urel（V）

綜合以上各種因素，MTBE標準溶液配制過程中，綜合不確定度計算為：

3.2 吹掃捕集儀的自動進樣器取樣引入的不確定度Urel（VZ）

樣品測定時，需自動進樣器取樣進入吹掃捕集系統。根據儀器設計，ELEDYNE TEKMAR的自動進樣器，自動樣品取樣精度為 1%（RSD），自動進樣器的內標注入系統的取樣精度為10%（RSD），采用B類評定，按三角形分布計算，則，則取樣不確定度為：0.00578；則內標加入過程不確定度為：U2(VZ)=。根據以上兩個不確定度來源，自動吹掃捕集儀的自動進樣器取樣過程引入的不確定度計算為：

3.3 內標物加入過程引入的不確定度Urel（Vis）

本方法使用的內標物為氟苯，由北京壇墨公司生產，其質量濃度為2000μg/mL。取5.0μL該內標標液至盛有適量甲醇的1mL進樣小瓶中，用甲醇定容至1.0mL，此內標使用液濃度為10.0ug/mL。儀器將自動取內標5.0μL加入到5mL水樣中，測定濃度應為10μg/L。

3.3.1 內標物的不確定度

根據廠家提供的標準溶液證書，氟苯標準溶液的不確定度為±2%，則內標標準物的不確定度為Urel（Cis）=0.0200。

3.3.2 量器使用過程引入的測量不確定度

與3.1.2的計算方式相同，氟苯標準溶液稀釋過程使用5.0μL微量進樣器，根據 YY0088-92《微量進樣器檢定規程》，其量取允許誤差為±4%，5.0μL微量進樣器移取5.0μL氟苯標準溶液引入的不確定度為Urel（Vis1）=0.016，1mL進樣小瓶引入的不確定度為Urel（Vis2）=0.0043。

3.3.3 內標溶液配制過程綜合引入的不確定度Urel（Vis）

綜合考慮氟苯標準溶液稀釋過程及氟苯標準本身不確定度，各不確定度互不相關，因此內標溶液配制過程中的綜合不確定度計算為：

3.4 樣品重復測定引入的不確定度Urel（S）

在相同操作條件下，制備7份加標樣品，上機測定，其測定結果為Ci，計算測定結果平均值Cx和重復樣品的標準偏差S（c）。加標樣品測定結果見表1：

表1 加標樣品測定結果及其標準偏差

3.5 最小二乘法擬合工作曲線引入的不確定度Urel（Cx）

根據文獻資料，曲線擬合過程中y值的隨機變化占主導地位，其他因素對曲線不確定度的貢獻很小，暫不做討論。將配制好的6個曲線各濃度點分別測定2次，得到線性回歸方程y=b1*x+b（y為樣品測定濃度，b=0.0075為截距，b1=0.9107為斜率），此線性方程的相關系數為0.9995，內標點的濃度為5μg/L。見表2。

y值的剩余標準偏差為：

表2 最小二乘法擬合標準曲線各點測定值

則根據公式計算曲線擬合引入的標不確定度值為：

在上述公式中，SR為標準曲線的剩余標準偏差；b為標準曲線的斜率；b1為擬合曲線截距；p為實際樣品測定次數，p=7；n為標準曲線的濃度點數，n=12；Cx為試樣中MTBE的相對質量濃度，μg/L；c0i為標準曲線各點質量濃度，μg/L；c0為標準系列標準使用液的質量濃度的平均值，μg/L。

3.6 分析全過程中樣品加標回收率引入的不確定度 Urel（R）

根據文獻資料，方法偏差的不確定度主要由回收率的不確定度組成。因水中MTBE的測定沒有合適的標準物質來驗證方法的準確度，只能通過樣品加標和空白加標回收率來驗證方法的準確度，而暫時還沒有國標方法規定加標回收率范圍，本文實驗通過測定空白水中加入定量標準，計算其加標回收率，不同濃度加標回收率見表3，其范圍為：80.4%～105%。回收率的平均值為90.5%，水中MTBE的平均回收率的不確定度計算過程如下：

表3 樣品加標回收率

4 標準不確定度的合成和擴展不確定度

由檢測方法和數學模型分析，測定水中MTBE的過程中，各不確定度結對比結果見圖1。各不確定度分量之間互不相關，按不確定度傳播規律，得到其合成不確定度：

取包含因子K=2(置信水平為 95%)，則相對擴展不確定度為2Urel(X)=0.109×2=0.218。若某一水樣中MTBE的質量濃度為 3.52μg/L，則擴展不確定度為U=0.218×3.52=0.77μg/L，則檢測結果表示為3.52±0.77μg/L。

圖1 各相對不確定度分量值對比

5 結語

本文建立了吹掃捕集氣相色譜質譜法測定水質中MTBE含量的方法，得出如下結論。

1）在使用吹掃捕集氣相質譜法測定水質中MTBE濃度的過程中，樣品重復測定引入的不確定度最大，標準溶液配制過程、吹掃捕集自動進樣過程、內標加入過程對測定結果的不確定度均有貢獻。2） 在測定水中MTBE濃度的過程中，應嚴格控制標準溶液配制、吹掃捕集自動進樣、內標配制及加入和重復樣品的一致性等因素，使測量不確定度盡可能降低。3）最小二乘法擬合過程引入的不確定度對合成不確定度的貢獻較小，這是內標法測定的優勢，同時，應當保證樣品測定時曲線相關系數在0.999以上，確保曲線擬合引入的不確定度足夠小，使測定結果更加穩定。4）此方法對于考察吹掃捕集氣相質譜法測定水中MTBE方法的評定及質量控制具有積極的參考意義。