氣相色譜法測定飲用水中六氯苯的不確定度評定

◎ 李大偉，浦 陽，許紅睿，張利明，李 建

（蘇州市疾病預(yù)防控制中心，江蘇 蘇州 215004）

六氯苯（Hexachlorobenzene，HCB）能長期殘留并蓄積在生物體內(nèi)，具有高毒性，是主要的環(huán)境污染性有機(jī)物之一。工業(yè)生產(chǎn)和噴灑農(nóng)藥時(shí)都會產(chǎn)生六氯苯，從而產(chǎn)生含氯苯類污染性有機(jī)物的工農(nóng)業(yè)廢水，隨著時(shí)間的推移都會慢慢遷移至水體中。六氯苯在水中的濃度一般很低，但在某些工業(yè)區(qū)和使用過六氯苯的農(nóng)田附近河流、湖泊中，其濃度處于nμg·L-1～nmg·L-1級[1-2]。

近年來，隨著社會各界對食品安全和環(huán)境衛(wèi)生問題的重視，故有必要對飲用水中的六氯苯含量進(jìn)行測定，采用氣相色譜法對飲用水中的六氯苯進(jìn)行測定，不確定度評定非常重要。不確定度是表示合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，能衡量檢測結(jié)果是否準(zhǔn)確[3]。

蔡梟等[4]在不確定度評定過程中的儀器引入不確定度部分，參照了校準(zhǔn)證書中的相對擴(kuò)展不確定度，筆者認(rèn)為不太合理，氣相色譜儀校準(zhǔn)證書上的相對擴(kuò)展不確定度是對電子捕獲檢測器（Electron Capture Detector，ECD）的檢測限所評定的一個(gè)相對擴(kuò)展不確定度。邵先濤等[5]在不確定度評定過程中的儀器引入不確定度部分，以儀器的定量重復(fù)性按均勻分布，筆者認(rèn)為也同樣有不妥之處。

本文中筆者參照J(rèn)JF 1059.1—2012[6]、JJG 700—2016[7]運(yùn)用A類不確定度評定法，對氣相色譜儀的定量作不確定度評定，作為儀器引入的不確定度，再與其他不確定度分量進(jìn)行合成，為實(shí)驗(yàn)誤差的規(guī)避和溯源提供了參照依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

Agilent 7890A氣相色譜儀，帶7683B型自動進(jìn)樣器，配備電子捕獲檢測器（安捷倫）；Agilent 19091J-413毛細(xì)管色譜柱（30 m×320 μm，0.25 μm）；TTL-DC氮吹儀（北京美華儀）；Milli-Q超純水儀（MILLIPORE公司）；KD濃縮器；分液漏斗若干；移液管若干；容量瓶若干。

甲醇、石油醚，色譜純（默克）；無水Na2SO4，分析純；H2SO4，優(yōu)級純；氯化鈉，分析純；異辛烷，分析純。六氯苯-異辛烷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，證書編號GBW(E)130246，中國計(jì)量科學(xué)研究院。

1.2 水樣的萃取

參照GB/T 5750.8—2006，取250 mL水樣，最終濃縮至1.0 mL，待測。

1.3 儀器條件

進(jìn)樣量：1 μL；進(jìn)樣口溫度：150 ℃；分流比：10∶1；升溫程序：130 ℃保持2.4 min，以80 ℃·min-1，升到160 ℃，保持8 min，再以80 ℃·min-1升至220 ℃，保持1 min；ECD檢測器溫度：250 ℃；尾吹流量（氮?dú)猓?0 mL·min-1；柱流速：2.0 mL·min-1。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

參照GB/T 5750.8—2006，將六氯苯-異辛烷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稀釋成2 μg·L-1、5 μg·L-1、10 μg·L-1、20 μg·L-1和30 μg·L-1，待進(jìn)氣相色譜儀，以峰面積—含量繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，見圖1～圖2。

圖1 30 μg·L-1六氯苯標(biāo)準(zhǔn)圖譜圖

圖2 六氯苯標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

1.5 水樣的測定

按照1.3中的儀器條件，在標(biāo)準(zhǔn)系列點(diǎn)測定后，對1.2中的水樣進(jìn)行測定。

1.6 測量的數(shù)學(xué)模型

建立水樣中六氯苯測量模型為

式中：Y為水樣中六氯苯的峰面積；a為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率；b為標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距；X為標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，μg·L-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 不確定度的主要來源

縱觀整個(gè)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算過程，本實(shí)驗(yàn)的不確定度主要來源于A標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（溶液）、B標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋、C標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合、D樣品前處理、E樣品的重復(fù)測量及F儀器（氣相色譜儀）6個(gè)方面。

2.2 不確定度評定

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書，其Urel=3%，k=2。因此，標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋引入的不確定度

溶液稀釋時(shí)，最低質(zhì)量濃度溶液的相對不確定度最大。因此，只評估最低質(zhì)量濃度溶液的不確定度分量[9]。本實(shí)驗(yàn)中，2 μg·L-1為最低濃度，其稀釋過程為：1 mL移液管吸取1 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液（10000 μg·L-1）至100 mL容量瓶定容，變成100 μg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液，再吸取上述溶液（用2 mL移液管）2 mL至100 mL容量瓶定容。

稀釋過程所用到的1 mL及2 mL移液管，100 mL容量瓶均為A級，其最大允許誤差分別為±0.008 mL、±0.012 mL、±0.10 mL，假設(shè)為均勻分布，其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為，即0.46%、0.35%、0.058%。

溫度對玻璃器皿不確定度的影響：實(shí)驗(yàn)室溫度控制在±5 ℃，假設(shè)溫度均勻分布，水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4/℃，則由溫度引起的玻璃器皿不確定度分量為。因此，移液管 （1 mL、2 mL）和容量瓶（100 mL）引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為0.46%、0.36%、0.084%。

因此，從標(biāo)準(zhǔn)溶液（10000 μg·L-1）稀釋到2 μg·L-1時(shí)引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度

參照文獻(xiàn)[10]，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度計(jì)算公式為

式（2）中：S為標(biāo)準(zhǔn)曲線的剩余標(biāo)準(zhǔn)差；a為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率；p為測定水樣的總次數(shù)（p=6）；n為測定標(biāo)準(zhǔn)溶液的次數(shù)（n=5）；為5個(gè)水平標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的平均值，μg·L-1；為濃縮后水樣中六氯苯的平均濃度，μg·L-1；Ci為各六氯苯標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，μg·L-1。 式（3）中：yi為各標(biāo)準(zhǔn)溶液中六氯苯的峰面積；aXi+b為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求得的六氯苯的峰面積。

代入計(jì)算，得到S=9.8435，再將S代入式（2）中，計(jì)算得到urel(C)=2.03%。

2.2.4 樣品前處理引入的不確定度

本實(shí)驗(yàn)水樣的前處理是參照GB/T 5750.8—2006取水樣，萃取并濃縮。前處理過程引入的不確定度主要來源于玻璃量具。前處理過程涉及的玻璃量具有250 mL量筒、1 mL濃縮管。若量筒誤差按均勻分布，其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為1 mL濃縮管最小容積刻度為0.05 mL，最大允許誤差按照濃縮管最小容積刻度的1/2進(jìn)行估計(jì)，則最大允許誤差為0.025 mL，按均勻分布，其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為。

溫度對玻璃量具不確定度的影響：實(shí)驗(yàn)室溫度控制在±5 ℃，假設(shè)溫度均勻分布，則由溫度引起的玻璃量具不確定度分量為因此，樣品前處理引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.2.5 樣品的重復(fù)測量引入的不確定度

對濃縮后的水樣進(jìn)行6次平行測定，測定結(jié)果見表1，由測量重復(fù)性引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

表1 平行水樣測定結(jié)果表

式中：s為標(biāo)準(zhǔn)偏差，μg·L-1；n為水樣重復(fù)測定的次數(shù)；為濃縮后水樣中六氯苯的平均濃度，μg·L-1。

代入表1中的數(shù)據(jù)，計(jì)算得出

2.2.6 氣相色譜儀引入的不確定度

參照J(rèn)JF 1059.1—2012，對氣相色譜儀引入的不確定度進(jìn)行A類評定。評定公式為其中；評定過程：使用丙體六六六-異辛烷溶液（濃度為0.1 ng·μL-1），參照J(rèn)JG 700—2016中的氣相色譜進(jìn)樣條件，待儀器基線噪音和基線漂移符合JJG 700—2016中的計(jì)量性能要求時(shí)，進(jìn)樣1 μL，連續(xù)測量7次，記錄丙體六六六的峰面積為2898.3、2902.3、2931.8、2945.3、2978.9、 2979.4和3078.2。通過計(jì)算得到因此，urel(F)=23.32/2959.2=0.79%。

2.2.7 合成不確定度及擴(kuò)展不確定度的計(jì)算

綜上所述，若各不確定度之間相互獨(dú)立、互不相關(guān)，按不確定度傳播率，可以求得合成相對不確定度。按公式計(jì)算得到

飲用水中六氯苯的測定結(jié)果為12.22/250=0.0489 μg·L-1，uc=0.0489×4.3%=0.0021 μg·L-1；取包含因子k=2，則擴(kuò)展不確定度為U=k×uc=0.0042 μg·L-1。

因此，本實(shí)驗(yàn)的測量結(jié)果可表示為（0.0489± 0.0042）μg·L-1，k=2。

3 結(jié)論

本文對由儀器引入的不確定度進(jìn)行了重新評定并與其他不確定度分量進(jìn)行了合成，最終得出飲用水中六氯苯含量為（0.0489±0.0042）μg·L-1，k=2。筆者對實(shí)驗(yàn)中引入的各個(gè)不確定度分量進(jìn)行了量化，可以看出標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度和水樣的重復(fù)測量引入的不確定度較大，為更好地規(guī)避這兩方面的誤差，可以在氣相色譜儀（ECD檢測器）充分穩(wěn)定后，待基線噪音和基線漂移達(dá)到要求時(shí)，增加水樣的平行測定次數(shù)，同時(shí)也要增加標(biāo)準(zhǔn)系列的測定次數(shù)。總之，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，還可以從使用不確定度比較低的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、在溶液稀釋和樣品前處理時(shí)使用準(zhǔn)確度等級較高的玻璃量具兩方面入手。