分光光度法測(cè)定水質(zhì)中亞硝酸鹽含量不確定度評(píng)定

胡浩光，劉少彬，謝翠美，郭楚儀，姚婉儀

(東莞市動(dòng)物疫病預(yù)防控制中心，廣東 東莞 523002)

不確定度是測(cè)量結(jié)果有關(guān)的各個(gè)參數(shù)，表征被測(cè)量值的分散性[1]和測(cè)試結(jié)果可靠性的重要依據(jù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》[2]，對(duì)不確定度的評(píng)定，做出了具體的要求，檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)按自身的工作特點(diǎn)，制定相關(guān)的測(cè)定不確定度程序，適用于本實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)工作，在有必要時(shí)給出不確定度。當(dāng)不確定度影響規(guī)格限量的符合性或與檢測(cè)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí)，應(yīng)給出測(cè)量不確定度[3]。測(cè)量不確定度評(píng)定，是驗(yàn)證量值溯源和檢測(cè)校準(zhǔn)方法是否符合《檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)側(cè)》要求主要因素[4]。而且對(duì)測(cè)試結(jié)果有重要影響，提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度。本文通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)亞硝酸鹽檢測(cè)結(jié)果有影響的不確定度分量進(jìn)行分析，找出影響不確定度的主要因素。

1 材料與方法

1.1 標(biāo)準(zhǔn)品與試劑

水中亞硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(100 mg/L，GBW(E)080223)，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院；試驗(yàn)用水為超純水，東莞市怡豐貿(mào)易有限公司；鹽酸萘乙二胺(AR)，天津市大茂化學(xué)試劑廠；磺胺(AR)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；鹽酸(GR)，廣州化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

Cary 100 Conc紫外分光光度計(jì)，美國(guó)瓦里安公司；TE612-L電子天平(感量0.01)，賽多利斯公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

移取1.00 mL亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液(100.0 mg/L)于100 mL容量瓶中，用純水定容至標(biāo)線，混勻，得到亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)使用液(1.00 mg/L)。向50 mL具塞比色管中分別加入亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)使用液0、0.10、0.20、0.30、0.40、0.60、1.00 mL，用純水稀釋至50 mL。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線

分別向7個(gè)50 mL具塞比色管加入1.0 mL磺胺溶液(10 g/L)，搖勻，靜止5 min。再加入1.0 mL鹽酸萘乙二胺溶液(1.0 g/L)，搖勻，靜止10 min。在543 nm波長(zhǎng)測(cè)定吸光度，用5 cm比色皿，用純水作參比，測(cè)其吸光值。以吸光值為縱坐標(biāo)和濃度為橫坐標(biāo)，進(jìn)行曲線擬合，得出方程y=0.0171x+0.0008，線性范圍：0～100 μg/L。

1.3.3 樣品的測(cè)定

用50 mL 單標(biāo)吸量管移取50 mL水樣(使用前經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過(guò)濾)于50 mL比色管中，向水樣中分別加入1.0 mL磺胺溶液(10 g/L)，搖勻后，靜止5 min。再加入1.0 mL鹽酸萘乙二胺溶液(1.0 g/L)，搖勻，靜止10 min。于543 nm波長(zhǎng)，用5 cm比色皿。用純水作參比，測(cè)其吸光值。

2 數(shù)學(xué)模型和不確定度的來(lái)源

2.1 定量數(shù)學(xué)模型

根據(jù)分光光度法的檢測(cè)原理，樣品中NO2-N的濃度計(jì)算公式見(jiàn)式(1):

(1)

式(1)中C(NO2-N)為水樣中NO2-N的濃度，μg/L；An為水樣中NO2-N的吸光值；α為標(biāo)準(zhǔn)曲線中的截距；b為標(biāo)準(zhǔn)曲線中的斜率。

2.2 不確定度的來(lái)源

從數(shù)學(xué)模型分析和測(cè)量過(guò)程中可以看出，水中NO2-N測(cè)量的不確定度來(lái)源主要有：①標(biāo)準(zhǔn)溶液自身urel(q)和配制過(guò)程urel(p)；②樣品取樣urel(y)和重復(fù)性測(cè)量urel(l)；③校準(zhǔn)曲線擬合urel(q)；④分析儀器(紫外分光光度計(jì))urel(f)和吸光度值量化誤差urel(x)。

3 測(cè)量不確定度評(píng)定

樣品NO2-N含量合成相對(duì)不確定度urel的計(jì)算公式見(jiàn)式(2):

(2)

3.1 NO2-N標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度urel(b)

NO2-N標(biāo)準(zhǔn)溶液(中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院)，濃度為100 mg/L，證書(shū)號(hào)：GBW(E)080223，證書(shū)中擴(kuò)展不確定度為2%，按正態(tài)分布k=2計(jì)算，此評(píng)定方法屬于B類(lèi)評(píng)定。

NO2-N標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

NO2-N標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

3.2 NO2-N標(biāo)準(zhǔn)溶液配制中引入的不確定度urel(p)

標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法: 吸取1.0 mL NO2-N標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 mg/L)于100 mL容量瓶，用純水定容，搖勻，溶液濃度為1000 μg/L。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，稀釋產(chǎn)生的不確定度，標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋過(guò)程中，影響的3個(gè)方面為：量器的估讀誤差、溶液溫度變化、體積允差。

3.2.1 稀釋時(shí)移液槍和量器體積允差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(f)

urel21(f100)=0.0577 mL/100 mL=0.000577

urel21(f1)=0.0002858 mL/1 mL=0.000286

1000 μL移液槍和量器體積校準(zhǔn)所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.2.2 溶液溫度變化引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(d)

稀釋標(biāo)準(zhǔn)溶液溫度引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

urel(d)=u22(d100)/100 mL=0.0242 mL/100 mL=0.000242

3.2.3 容量瓶估讀誤差引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(s)

urel(s)=0.015 mL/100 mL=0.00015

由上述三方面不確定度分量得：

3.3 移取樣品過(guò)程中引入的不確定度urel(y)

3.3.1 移取樣品體積允差引入的不確定度u31(V)

（2）流動(dòng)性：將粉末通過(guò)下孔徑為5 mm的玻璃漏斗，從10 cm的高度緩慢、均勻地落入平板上，形成圓錐體。測(cè)量圓錐體的高度（h）和基底的半徑（r），按公式計(jì)算休止角（θ，tanθ＝h/r）。

urel31(V)=urel31(V)/V=0.0289 mL/50 mL=0.000578

3.3.2 樣品溶液溫度變化引入的不確定度u32(V)

u32(V)=2.1×10-4/℃×2 ℃×50 mL/k=0.0121 mL

urel32(V)=u32(V)/V=0.0121 mL/50 mL=0.000242

3.3.3 單標(biāo)吸量管50 mL估讀誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u33(V)

吸量管刻度讀數(shù)，由于變動(dòng)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，包含測(cè)量結(jié)果重復(fù)性。當(dāng)評(píng)定測(cè)量重復(fù)性分量后，吸量管的估讀誤差，引入的不確定度不再評(píng)定。

以上不確定度分量合成，取樣引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.4 校準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度urel(q)

用1000 μg/L的NO2-N標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線，見(jiàn)表1。由表1 計(jì)算得：a=0.0008，b=0.0171，r=0.99998，表明x與y呈線性關(guān)系。回歸直線方程為：y=0.0171x+0.0008。

表1 NO2-N標(biāo)準(zhǔn)曲線

標(biāo)準(zhǔn)曲線的剩余標(biāo)準(zhǔn)差為：

式中：n為曲線上的點(diǎn)數(shù)(n=7)；a+bxi為回歸曲線計(jì)算的理論值。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.5 樣品重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度urel(l)

用A類(lèi)評(píng)定方法來(lái)評(píng)定，測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度，見(jiàn)表2。

表2 樣品中NO2-N的測(cè)定值

實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

樣品重復(fù)性測(cè)量，引入平均標(biāo)準(zhǔn)的不確定度：

樣品11次重復(fù)性測(cè)量，引入相對(duì)平均標(biāo)準(zhǔn)的不確定度：

3.6 分析儀器(紫外分光光度計(jì)) 引入的不確定度urel(f)

紫外分光光度計(jì)CARY 100 Conc的不確定度為0.5%，K=2，則分析儀器引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

3.7 吸光度值的量化誤差引入的不確定度urel(x)

其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

4 不確定度的合成

4.1 合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

=0.010730

4.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

可得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.3 擴(kuò)展不確定度

擴(kuò)展不確定度包含因子k=2(約95% 置信概率)，則擴(kuò)展不確定度為：

U=kuc(c)=2×0.76 μg/L=1.52 μg/L

5 不確定度評(píng)定報(bào)告

奈乙二胺分光光度法對(duì)水中亞硝酸鹽的測(cè)量，結(jié)果為：(71.2±1.52) μg/L,k=2。

6 結(jié) 論

測(cè)量不確定度的評(píng)定是檢測(cè)工作中，不可缺少的技術(shù)核心，是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可和計(jì)量認(rèn)證的必要條件，不確定度的途徑各式各樣，惟有基于測(cè)量結(jié)果不確定度內(nèi)涵，可以有效辯別各種途徑因素[5]。測(cè)量不確定度按評(píng)定方法主要分A、B兩種類(lèi)別[6]。A類(lèi)評(píng)定是用觀測(cè)列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的分析方法，是傳統(tǒng)的隨機(jī)誤差；B類(lèi)評(píng)定是用不同于對(duì)觀測(cè)列，不相應(yīng)于傳統(tǒng)的系統(tǒng)誤差。其表示方式有3種：標(biāo)準(zhǔn)不確定度、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度，擴(kuò)展不確定度較為廣泛，它是指合理賦予被測(cè)量之值，分布的大部分可望含于此區(qū)間，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度擴(kuò)展了k倍[7]。測(cè)量不確定度是對(duì)測(cè)量水平和結(jié)果準(zhǔn)確性的科學(xué)表達(dá)，用合理的校準(zhǔn)方法，分析影響檢測(cè)結(jié)果的主要因素，進(jìn)一步了解被測(cè)物質(zhì)真值所在的范圍，當(dāng)檢測(cè)值在檢出限附近時(shí)，對(duì)不確定度的分析，更具有實(shí)際意義。

本文主要的兩個(gè)不確定度分量，是標(biāo)準(zhǔn)溶液和校正曲線擬合引入的不確定度。在NO2-N檢測(cè)過(guò)程中，為了降低不確定度，提高實(shí)驗(yàn)的精確度，可以采取以下辦法：①選擇有資質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溶液機(jī)構(gòu)，并在實(shí)驗(yàn)操作稀釋過(guò)程中，使用已檢定/校準(zhǔn)的玻璃器皿，嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書(shū)操作；②適當(dāng)增加標(biāo)準(zhǔn)曲線的點(diǎn)數(shù)，降低校準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度；③使用靈敏度高、穩(wěn)定性好的儀器；④測(cè)量重復(fù)性方面，增加重復(fù)測(cè)量次數(shù)來(lái)降低平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，提高自身的操作技能。