高效液相色譜法測定磷酸二銨中縮二脲質量分數的不確定度評定

楊艷紅，曹 旭，潘 靜，肖 堯，趙 敏

（赤峰海關綜合技術服務中心，內蒙古 赤峰 024000）

作為傳統含氮和磷的復合肥料，磷酸二銨具有溶解性好、適用范圍廣的特點，特別是對于北方的缺磷耕地，使用效果更佳。而縮二脲作為肥料中的“殺手”，若施用不當或者使用假冒偽劣肥料，可能會造成農作物出苗率低、燒根、爛根等問題。我國《肥料中有毒有害物質的限量要求》（GB 38400—2019）[1]中指出，對于標明總氮含量的無機肥料，需要對其中的縮二脲進行檢測和判定，因此準確測定肥料中縮二脲的質量分數尤其重要。測量不確定度是根據所用到的信息，表征賦予被測量值分散性的非負參數[2]。其表示測量結果的可疑程度，也是評價測量結果質量的參數。本文以復合肥料磷酸二銨為例，對高效液相色譜法（HPLC）測定其中縮二脲的含量建立數學模型，分析各輸入量以及來源，旨在識別引入測量不確定度的主要來源，為提高測量結果的質量提供參考。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

儀器：電子天平（AE 240）：德國賽多麗斯公司，感量為0.0001 g；高效液相色譜儀（Agilent 1100）：美國安捷倫公司，配有紫外檢測器。

試劑：磷酸二氫鉀、磷酸和氫氧化鉀購于國藥集團化學試劑有限公司，均為分析純；甲醇購于Mreda，為色譜純；縮二脲標準溶液購于壇墨質檢科技股份有限公司，濃度為0.800 mg/mL，相對擴展不確定度（k=2）為2%。

1.2 實驗方法

1.2.1 縮二脲標準曲線方程的建立

通過移液器分別吸取不同體積的縮二脲標準溶液（0.800 mg/mL）置于25 mL 的A 級容量瓶中，定容后制得不同濃度的標準工作溶液，依次導入高效液相色譜儀中，測得峰面積。以峰面積分別對應縮二脲濃度繪制標準曲線，進行一次方程擬合后，求得線性回歸方程。

1.2.2 磷酸二銨樣品測定

市售磷酸二銨樣品依據《復混肥料（復合肥料）中縮二脲含量的測定》（GB/T 22924—2008）[3]制備成實驗室試樣后，稱取該試樣約0.5 g 置于25 mL 燒杯中，加入10 mL 流動相，即體積比為95：5 的10 g/L 磷酸二氫鉀溶液（用30 g/L 磷酸溶液或40 g/L 氫氧化鉀溶液調節pH=6.0）和甲醇，超聲10 min，轉移至25 mL 容量瓶中，用流動相稀釋至刻度，搖勻，靜置，用0.45 μm 水相微孔濾膜過濾，得試樣溶液，然后導入高效液相色譜儀進行測定，利用縮二脲標準曲線方程計算試樣溶液中縮二脲的含量。

1.3 數學模型

試樣中縮二脲的質量分數：

式（1）中：w 為縮二脲的質量分數，以%表示；C 為由線性方程計算出的縮二脲的含量，mg/mL；m 為試樣的質量，g；V 為試樣定容體積，mL；R 為回收率。

2 測量不確定度來源及分析

基于以上實驗方法和數學模型，識別了縮二脲測量過程中不確定度的可能來源，見圖1。測量過程中引入的不確定度主要有：（1）測量重復性引入的不確定度；（2）試樣溶液濃度引入的不確定度；（3）試樣溶液體積引入的不確定度；（4）稱取試樣質量引入的不確定度；（5）試樣處理過程中造成的回收率引入的不確定度。

圖1 縮二脲質量分數測量不確定度來源分析

3 測量不確定度的評定

3.1 測量重復性引入的相對不確定度ur(frep)

采用上述實驗方法對同一磷酸二銨樣品進行10 次獨立重復試驗，縮二脲的質量分數測量結果見表1。

表1 縮二脲質量分數重復測量結果

根據貝塞爾公式，單次測量的標準偏差為：

檢測方法指出，測量結果取平行測定結果的算術平均值，因此測量重復性引入的相對標準不確定度是：

3.2 試樣溶液濃度C 引入的相對不確定度ur(C)

3.2.1 標準儲備溶液引入的相對不確定度

試驗中使用的是商品化的標準儲備溶液，查標準物質證書知：標準值為0.800 mg/mL；Ur(1)=2%，k=2，即ur(1)=0.01。

3.2.2 配制標準工作溶液引入的相對不確定度

縮二脲標準工作溶液是通過移液器吸取不同體積的標準儲備溶液稀釋后制得的。以配制最低濃度0.008 mg/mL 縮二脲標準溶液為例，配制過程中使用了1 個1000 μL 的移液器及1 個A級25 mL 的單標線容量瓶。

已知A 級25 mL 單標線容量瓶容量允差是±0.03 mL[4]，包含因子，相對不確定度為：

由于實驗室溫度和容量瓶標準使用溫度差異引起的不確定度可由溫度范圍和水的膨脹系數估算得出：

因此在配制標準工作溶液中容量瓶引入的相對不確定度為：

由1000 μL 移液器的校準證書查知：Ur(5)=0.3%，k=2，其相對不確定度即為ur(5)=0.0015。

3.2.3 擬合標準曲線引入的相對不確定度

依據實驗方法，對6 個不同濃度的標準工作溶液分別連續2 次測定，以縮二脲濃度（C）為橫坐標，測得的峰面積（y）為縱坐標，繪制標準曲線的線性回歸方程，得，相關系數是0.99944。

線性回歸方程的殘余標準偏差S(y)為：

因此回歸方程引入的不確定度為：

上式中：b 為回歸曲線斜率；p 為測定試樣溶液濃度Cs時的平行次數；n 為測量標準工作溶液的總次數；Ci為標準工作溶液的濃度；C 為標準工作液的平均濃度。

因此，擬合標準曲線引入的相對不確定度為ur(6)=0.07211。

3.2.4 液相色譜儀引入的相對不確定度

根據高效液相色譜儀的校準證書，查得Ur(7)=4.8%，k=2，因此由儀器引入的相對不確定度為ur(7)=0.024。

綜上所述，試樣溶液濃度C 引入的相對不確定度分量[5]為：

3.3 定容試樣溶液體積V 引入的相對不確定度ur(V)

試樣按照實驗方法處理后，定容于25 mL 的A 級單標線容量瓶中，其不確定度主要來源于容量瓶最大允許誤差和環境溫度變化，具體計算過程見3.2.2，因此，試樣溶液體積引入的相對不確定度為ur(V)=ur(4)=0.00079。

3.4 稱取試樣質量m 引入的相對不確定度ur(m)

用天平采取兩次稱量法稱取0.5 g 試樣，查天平校準證書，可知U＝0.3mg，k=2，則試樣質量m引入的相對不確定度為ur(m)==0.0003。

3.5 回收率引入的相對不確定度ur(R)

試樣經前處理后也會存在一定的差異，從而影響檢測結果的準確性[6]。依據實驗方法，于同一磷酸二銨樣品中進行了10 次獨立添加回收實驗，添加過程中使用了1000 μL 的移液器、0.800 mg/mL 的標準儲備溶液和天平（其不確定度見3.2.1、3.2.2 及3.4），在添加水平為0.100%下，回收率數據見表2。

表2 添加回收試驗結果（添加水平為0.100%）

由表2 可知，試驗標準偏差為2.035，因此，回收率引入的相對不確定度為：

3.6 合成標準不確定度的評定

綜合各不確定度分量的評定，結合數學模型（1），計算得磷酸二銨中縮二脲質量分數的合成標準不確定度為：

3.7 擴展不確定度的評定

在包含因子k=2 下，縮二脲質量分數的不確定度為：

3.8 測量結果和不確定度報告

采用高效液相色譜法測定復合肥磷酸二銨中縮二脲的質量分數時，當報告兩次測定結果的平均值時，縮二脲質量分數的測量不確定度表示為：0.10%±0.02%，k=2。

根據以上結果，各不確定度的輸入量見表3。

表3 磷酸二銨中縮二脲質量分數相對不確定度來源和分析

4 結果與討論

通過對高效液相色譜法測定復合肥磷酸二銨中縮二脲質量分數的測量結果不確定度進行評定，可知影響縮二脲質量分數測量結果的主要因素來自于試樣溶液濃度引入的不確定度，而其中標準曲線的擬合所占比重最大，其次是色譜儀的校準。對于前者，可以通過增加標準溶液濃度點數，增加平行測定次數，以及選擇合適的標準曲線工作范圍，使得試樣濃度接近其工作范圍的平均值等方法以減少測量結果的不確定度。此外，也可以通過使用高精密度的高效液相色譜儀以提高測量結果質量。相對而言，其余各輸入量所占比重較少，在實際評定中也可以忽略不計。測量結果不確定度并不是越小越好，在實際工作中，應充分考慮時間、人力以及物力等成本，滿足工作需求即可。