異煙酸-吡唑啉酮分光光度法測(cè)定水質(zhì)總氰化物含量的不確定度評(píng)定

梁文鈺

（廣東建研環(huán)境監(jiān)測(cè)股份有限公司，廣東 廣州 510700）

氰化物通常指包含氰根離子的無(wú)機(jī)化合物，可簡(jiǎn)單分為氰化物和絡(luò)合氰化物。氰化物大多屬劇毒、高毒物質(zhì)，隨著社會(huì)工業(yè)化的不斷發(fā)展，工業(yè)原料氰化物和氫氰酸的廣泛使用，產(chǎn)生了大量的有毒含氰廢水，主要包括電鍍廢水、焦?fàn)t和煤氣洗滌水，采礦提煉、金屬表面處理、化學(xué)纖維生產(chǎn)、合成氨、制藥等各種工業(yè)廢水，對(duì)人體、牲畜和植物均有較大的危害[1]。

本文是以異煙酸-吡唑啉酮分光光度法測(cè)定某一水樣中的總氰化物含量，根據(jù)《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》（JJF 1059.1 -2012）分析了本方法在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量不確定度的來(lái)源及貢獻(xiàn)程度，建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算合成不確定度及擴(kuò)展不確定度[2]。

1 測(cè)定方法、實(shí)驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)

1.1 測(cè)定方法及原理

依據(jù)《水質(zhì) 氰化物的測(cè)定 容量法和分光光度法》（HJ 484-2009）中的異煙酸-吡唑啉酮分光光度法[3]。

水樣中的氰化物在中性條件下與氯胺T發(fā)生反應(yīng)生成氯化氰，氯化氰與異煙酸作用后水解生成戊烯二醛，戊烯二醛與吡唑啉酮縮合生成藍(lán)色染料，在一定濃度范圍內(nèi)，其色度與氰化物質(zhì)量濃度成正比。

1.2 主要儀器及試劑

紫外可見分光光度計(jì)(廠家：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司，型號(hào)：T6新世紀(jì))；

水中氰標(biāo)準(zhǔn)溶液（研制單位：壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)：BW20005-50-20，批號(hào)：B2040275，標(biāo)準(zhǔn)值（CN-）：50 mg/L，相對(duì)擴(kuò)展不確定度（k=2）：1%）

1.3 樣品制備

量取200 mL水樣于蒸餾瓶中，加入10 mL EDTA二鈉，再迅速加入10 mL 磷酸，立即蓋好瓶塞，用已加入10 mL濃度為10 g/L氫氧化鈉溶液的100 mL容量瓶接收餾出液，餾出液以3 mL/min速度進(jìn)行加熱蒸餾。當(dāng)容量瓶?jī)?nèi)試樣體積接近100 mL 時(shí)，停止蒸餾，用少量水沖洗餾出液導(dǎo)管并用水稀釋至標(biāo)線。

1.4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

取10 mL 餾出液至25 mL 容量瓶中，加入5 mL 磷酸鹽緩沖液混勻，隨后迅速加入0.2 mL 氯胺 T 溶液并立即蓋好塞子，混勻放置5 min，再加入5 mL 異煙酸-吡唑啉酮溶液混勻，在30 ℃水浴裝置中放置40 min后以試劑空白作為參比在638 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。

1.5 氰化物標(biāo)準(zhǔn)使用液的配制

取一支2.00 mL單標(biāo)線大肚移液管，吸取濃度為50 mg/L的水中氰標(biāo)準(zhǔn)溶液2.00 mL至100 mL容量瓶中，用1%NaOH溶液定容至標(biāo)線，得到濃度為1.00 mg/L的氰化物標(biāo)準(zhǔn)使用液。

1.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

取一組25 mL 的容量瓶8個(gè)，依次加入0.00 mL、0.20 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL、5.00 mL濃度為1 mg/L 的氰化物標(biāo)準(zhǔn)使用液，用1%NaOH定容至刻度，其所對(duì)應(yīng)的氰化物質(zhì)量分別為0.00 μg、0.20 μg、0.50 μg、1.00 μg、2.00 μg、3.00 μg、4.00 μg、5.00 μg。其中0.20 mL、0.50 mL、1.00 mL使用1 mL分度吸量管，2.00 mL使用2 mL分度吸量管，3.00 mL、4.00 mL、5.00 mL使用5 mL分度吸量管，以上所使用的玻璃量器均為A級(jí)。按上述1.4的實(shí)驗(yàn)過(guò)程操作后，對(duì)其吸光度進(jìn)行測(cè)定，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，具體結(jié)果見下表1。

表1 氰化物標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定結(jié)果

以上述數(shù)據(jù)吸光度y為縱坐標(biāo)，氰化物質(zhì)量x（μg）為橫坐標(biāo)，用最小二乘法計(jì)算得出線性回歸方程y=0.123 7x+0.007 2，斜率b值=0.123 7，截距a值=0.007 2，相關(guān)系數(shù)r=0.999 2。

1.7 數(shù)學(xué)模型

水樣中總氰化物質(zhì)量濃度計(jì)算公式為：

式中：ρ：氰化物的質(zhì)量濃度，mg/L；

y：試樣的吸光度；

y0：試劑空白的吸光度；

a：校準(zhǔn)曲線截距，a=0.007 2；

b：校準(zhǔn)曲線斜率，b=0.123 7；

V：預(yù)蒸餾的取樣體積，mL；

V1：餾出液的總體積，mL；

V2：測(cè)定時(shí)所取試料的體積，mL。

1.8 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

按上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，取同一水樣6份進(jìn)行平行測(cè)定，得出表2數(shù)據(jù)。

表2 水樣中總氰化物的測(cè)定結(jié)果

2 不確定度的來(lái)源及分析

2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制引入的相對(duì)不確定度

2.1.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用的水中氰標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度

查閱本實(shí)驗(yàn)使用的水中氰標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書，相對(duì)擴(kuò)展不確定度為1%，k=2，屬正態(tài)分布，則

本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用的玻璃量器主要是容量瓶、移液管及吸量管，這些玻璃量器的不確定度主要由相應(yīng)量器的校準(zhǔn)誤差、實(shí)際使用與校準(zhǔn)時(shí)的溫度差及讀數(shù)重復(fù)性所引入的不確定度組成。校準(zhǔn)誤差引入的不確定度可通過(guò)查閱《常用玻璃量器檢定規(guī)程》（JJG 196-2006）中的容量允差按均勻分布得出[4]：本實(shí)驗(yàn)操作時(shí)溫度與玻璃量器校準(zhǔn)時(shí)的溫度差為±4 ℃，溫度差異引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度按均勻分布得出，水的膨脹系數(shù)（2.1×10-4℃）大大超過(guò)玻璃器具的膨脹系數(shù)（9.75×10-6℃），因此可不考慮玻璃器具體積變化所引入的不確定度；讀數(shù)重復(fù)性引入的不確定度可通過(guò)對(duì)該量器充滿10次并稱量的實(shí)驗(yàn)得出標(biāo)準(zhǔn)偏差，該標(biāo)準(zhǔn)偏差可直接用作標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

以2 mL 單標(biāo)線大肚移液管為例分析：不確定的引入主要包括三個(gè)方面：（1）移液管體積校準(zhǔn)引入的不確定度，考慮容器容量允差±0.010 mL服從均勻分布，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：=0.005 8 mL；（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程移液管中溶液溫度與校正時(shí)的溫度不同，溫差為4 ℃，考慮水的膨脹系數(shù)服從均勻分布，則：=0.001 0mL；（3）重復(fù)讀數(shù)引入的不確定度為0.002 mL；將以上三項(xiàng)合成：

以同樣的方法計(jì)算其他實(shí)驗(yàn)所用容器引入的不確定度，得出表3數(shù)據(jù)。

表3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中玻璃量器引入的不確定度

標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制引入的相對(duì)不確定度主要包括三個(gè)部分：①水中氰標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度；②2 mL單標(biāo)線大肚移液管引入的不確定度UV1；③100 mL容量瓶引入的不確定度UV6。將以上三項(xiàng)合成得：

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立和擬合引入的相對(duì)不確定度

(1)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)0.20 μg、0.50 μg和1.00 μg配制引入的不確定度：不確定度的引入主要包括兩個(gè)部分：①25 mL容量瓶引入的不確定度UV5；②1 mL分度吸量管引入的不確定度UV2。將表3的數(shù)據(jù)代入合成得：

(2)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)2.00 μg配制引入的不確定度；確定度的引入主要包括兩個(gè)部分：①25 mL容量瓶引入的不確定度UV5；②2 mL分度吸量管引入的不確定度UV3。將表3的數(shù)據(jù)代入合成得：

(3)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)3.00 μg、4.00 μg和5.00 μg配制引入的不確定度：不確定度的引入主要包括兩個(gè)部分：①25 mL容量瓶引入的不確定度UV5；②5 mL分度吸量管引入的不確定度UV4。將表3的數(shù)據(jù)代入合成得：

故標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立引入的不確定度為：

將表1的數(shù)據(jù)和線性回歸方程的斜率和截距代入貝塞爾公式，得到實(shí)驗(yàn)的剩余標(biāo)準(zhǔn)差：

標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度為：

2.3 對(duì)同一水樣重復(fù)測(cè)定6次引入的相對(duì)不確定度

p=6，將表2數(shù)據(jù)代入下式計(jì)算，得：

2.4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用的紫外可見分光光度計(jì)引入的相對(duì)不確定度

查實(shí)驗(yàn)過(guò)程使用的紫外可見分光光度計(jì)的檢定證書得，標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.6%，k=，則：

2.4.1 各相對(duì)不確定度分量的影響分析

將以上分析的各相對(duì)不確定度分量繪制成直方圖，由圖1可知，標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立和擬合引入的相對(duì)不確定度貢獻(xiàn)率最高，故在日常實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中應(yīng)引起足夠的重視。本實(shí)驗(yàn)方法使用儀器引入的相對(duì)不確定度貢獻(xiàn)率最低。

圖1 各相對(duì)不確定度分量直方圖

2.4.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

將以上各相對(duì)不確定度分量合成得：

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2.4.3 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2（置信概率近似95%），則擴(kuò)展不確定度為：

3 結(jié)論

測(cè)試水樣中總氰化物質(zhì)量濃度結(jié)果：（0.054 6±0.00 3）mg/L；k=2（置信概率近似95%），本實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果不確定度主要來(lái)源為標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立和擬合引入的不確定度。