姚響林，劉丹丹，熊 芬，胡 曼，馮槐宇

(1. 東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心 非金屬材料室，湖北 武漢 430058；2. 國(guó)家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(襄陽)，湖北 襄陽 441004)

在車內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)氣體所含的組分中，甲醛是一種無色、有刺激性氣味的氣體. 甲醛對(duì)人體健康的影響包括嗅覺異常、刺激、過敏、肺功能異常、肝功能異常，還可損害細(xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)，2006年被確定為1類致癌物.

車內(nèi)常見非金屬材料，例如PU泡沫、再生棉、織物和真皮等原材料的揮發(fā)物中均能檢測(cè)到甲醛. 本文以車內(nèi)安全帶鎖扣毛氈材料為例，對(duì)材料中甲醛含量的不確定度進(jìn)行了測(cè)量和評(píng)定[1-2]，以期為評(píng)定測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù).

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

高效液相色譜儀(Agilent 1260)，帶可變波長(zhǎng)檢測(cè)器(VWD)(美國(guó)安捷倫公司).

標(biāo)準(zhǔn)品：13種醛酮-DNPH組分混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(其中甲醛-DNPH：40 μg/mL，購(gòu)自SUPELCO；DNPH：中文名2,4-二硝基苯肼，英文名：2,4-dinitrophenyl hydrazine)；DNPH(分析純，國(guó)藥)；高氯酸(GR級(jí)，國(guó)藥)乙腈(色譜純，Merck)；超純水(美國(guó)密理博公司)；試驗(yàn)樣品：安全帶鎖扣毛氈，材質(zhì)：聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET).

1.2 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液制備

E0標(biāo)準(zhǔn)溶液是13種衍生物混合而成的標(biāo)準(zhǔn)溶液，其中甲醛-DNPH質(zhì)量濃度為40 μg/mL. 使用移液槍和容量瓶按照表1的配方要求分別配制標(biāo)準(zhǔn)子溶液E1、E2、E3和E4，并用乙腈稀釋至容量瓶的刻度線.

表1 標(biāo)準(zhǔn)溶液Table 1 Standard solution

1.3 樣品前處理

用5 mL的刻度移液管移取2.25 mL高氯酸溶液，注入25 mL容量瓶中，使用乙腈稀釋至刻度線，搖勻備用. 精確稱取0.123 g的DNPH，置于100 mL容量瓶中，加入乙腈使其溶解并加入上述1.25 mL的高氯酸溶液，使用乙腈稀釋至刻度線，搖勻備用，此溶液為DNPH溶液.

將尺寸大小為60 mm×30 mm、質(zhì)量在0.5～2 g之間的試驗(yàn)樣品懸掛在一個(gè)500 mL廣口瓶中，瓶中裝有50 mL超純水，試驗(yàn)樣品位于超純水的上方. 將瓶子放入60 ℃的烘箱中加熱3 h，然后冷卻至室溫. 從廣口瓶取出懸掛的試驗(yàn)樣品，采用10 mL移液槍從廣口瓶中吸取9 mL樣品溶液于10 mL容量瓶中. 用1 mL移液槍吸取1 mL DNPH溶液加入容量瓶中，使兩者充分混合衍生，此衍生液作為HPLC分析用的試驗(yàn)樣品溶液冷藏保存.

1.4 檢測(cè)

采用高效液相色譜儀對(duì)衍生液進(jìn)行分析，通過衍生物分子對(duì)紫外線的吸收進(jìn)行檢測(cè). DNPH衍生物的含量通過外標(biāo)法進(jìn)行檢測(cè)和分析.

色譜柱：Eclipse XDB-C18 4.6 mm×250 mm, 5 μm Analytical；洗脫模式：梯度洗脫；檢測(cè)器波長(zhǎng)：367 nm；柱溫：40 ℃；進(jìn)樣體積：20 μL；淋洗梯度：0 min 乙腈60% 超純水40% ，10 min 乙腈65% 超純水35%，20 min 乙腈100% 超純水 0，25 min 乙腈100% 超純水0.

2 建立數(shù)學(xué)模型

試樣中甲醛含量計(jì)算公式為[3]：

(1)

式中：C試樣中甲醛含量，mg/kg;X樣品溶液中甲醛濃度，μg/mL;V樣品溶液的體積，mL;m樣品質(zhì)量，g; Rec樣品處理回收率.

3 不確定度的來源及其量化

對(duì)某汽車安全帶鎖扣毛氈材料取7組平行樣進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如表2所列.

3.1 重復(fù)試驗(yàn)引入的平均值不確定度分析

按A 類進(jìn)行評(píng)定試驗(yàn)重復(fù)性引入的不確定度Ur(x)，采用極差法進(jìn)行評(píng)定，試驗(yàn)次數(shù)為7 次，極差系數(shù)C為2.70. 樣品溶液中甲醛-DNPH重復(fù)測(cè)量引入的不確定度為：

(2)

表2 汽車安全帶鎖扣毛氈材料甲醛含量檢測(cè)結(jié)果Table 2 Test results of formaldehyde contents in automobile safety belt lock and felt material

重復(fù)測(cè)定引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(3)

3.2 樣品溶液中甲醛-DNPH含量測(cè)定引入的不確定度分析Ur(X)

樣品溶液中甲醛-DNPH含量測(cè)定引入的不確定度主要包括標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制所引入的不確定度和標(biāo)準(zhǔn)溶液配制所引入的不確定度.

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的不確定度ur(X1)

按照1.4的色譜條件，對(duì)每個(gè)濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定2次，分析數(shù)據(jù)如表3所列.

設(shè)y(峰面積)對(duì)x(甲醛濃度)的回歸直線方程為y=a+bx，其中，a為標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距，b為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率. 采用Excel自動(dòng)擬合得到擬合函數(shù)：y=639.983 96x，即：a=0，b=639.98，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 95.

表3 甲醛標(biāo)準(zhǔn)曲線系列Table 3 Standard curve series of formaldehyde

由標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量-吸光度擬合的線性函數(shù)求得X1時(shí)所產(chǎn)生的測(cè)量不確定度(即線性最小二乘法校準(zhǔn)的不確定度):

(4)

(5)

則：

=0.005 44

(6)

3.2.2 甲醛-DNPH標(biāo)準(zhǔn)溶液的不確定度

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書，甲醛-DNPH標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)相對(duì)不確定度為4%，k=2，因此甲醛-DNPH標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(7)

標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程中量具校準(zhǔn)引入的不確定度：標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制過程中，首先用1 000 μL移液槍分別移取200、400 μL標(biāo)準(zhǔn)母液至2 mL 容量瓶中，然后用100 μL移液槍分別移取10、50 μL標(biāo)準(zhǔn)母液至10 mL容量瓶中，用到了2、10 mL 容量瓶和100～1 000 μL、10～100 μL移液槍.

由儀器計(jì)量校準(zhǔn)證書得到量具引起的不確定度[4]如表4所列.

表4 標(biāo)準(zhǔn)溶液制備使用的量具引起的不確定度Table 4 Uncertainty caused by standard gauges prepared by standard solution

樣品稀釋過程中引入的不確定度包括容量瓶的允差和溫度引起水體積變化兩個(gè)部分[8]. 按照矩形分布考慮，試驗(yàn)過程中用到的玻璃量具校準(zhǔn)引入的相對(duì)不確定度如表5所列.

表5 玻璃量具校準(zhǔn)引起的不確定度Table 5 Uncertainty caused by calibration of glass gauge

溶液配制過程中,由溫度變化引起的相對(duì)不確定度如表6所列.

由表4、5和6可以計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)溶液配置過程中,量具引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度如式(8)所示.

表6 溶液配制過程中溫度變化引起的不確定度Table 6 Uncertainty caused by temperature change in preparation of solution

(8)

=0.023 294

(9)

3.3 樣品溶液制備體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

DNPH溶液制備過程中，首先稱取0.123 g DNPH固體，加入1.25 mL 6.1 mol/mL的高氯酸溶液，用乙腈定容至100 mL刻度線，用到了萬分之一精度的天平、10 mL移液槍、25 mL容量瓶和100 mL容量瓶. 取廣口瓶中水溶液9 mL與上述DNPH溶液1 mL反應(yīng)，用乙腈定容至10 mL容量瓶刻度線，即得到待測(cè)樣品. 樣品溶液制備過程中使用的量具校準(zhǔn)引起的不確定度如表7所列.

稱量用萬分之一數(shù)字顯示電子分析天平，其示值誤差：0.000 5 g，則：

(10)

稱量引入的相對(duì)不確定度為：

ur(m1) =u(m1) /m = 2.887×10-4/ 0.123

=2.347×10-3

(11)

表7 樣品溶液制備使用的量具引起的不確定度Table 7 Uncertainty caused by measuring tools used in sample solution preparation

由表5可以計(jì)算出DNPH溶液配置過程中量具校準(zhǔn)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(12)

樣品溶液制備過程中引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

(13)

由以上數(shù)據(jù)可計(jì)算出樣品溶液制備體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

(14)

3.4 樣品質(zhì)量稱量引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

稱量引入的相對(duì)不確定度為：

ur(m) =u(m1)/m=2.887×10-4/0.826 2

=3.494×10-4

(15)

3.5 回收率因子引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

回收率是在樣品處理過程中產(chǎn)生的，主要由樣品均一性、溶液轉(zhuǎn)移、提取效率、制備過程復(fù)雜程度等因素引入[9]. 本試驗(yàn)采用添加甲醛-DNPH標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),4次加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果分別為：98.86%、101.43%、102.21%、103.07%，平均加標(biāo)回收率為101.39%. 根據(jù)貝塞爾公式[10]計(jì)算加標(biāo)回收率引入的相對(duì)不確定度：

=0.824 8%

(16)

4 甲醛測(cè)定結(jié)果的不確定度報(bào)告

4.1 合成相對(duì)不確定度

4.2 擴(kuò)展不確定度

4.3 某毛氈材料中甲醛的測(cè)定結(jié)果

某毛氈材料中甲醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(162.06±9.64) mg/kg.

5 結(jié)論

上述毛氈材料中甲醛測(cè)定相對(duì)不確定度各引入分量占比如圖1所示.

圖1 甲醛測(cè)定相對(duì)不確定度各分量占比Fig. 1 Determination of percentage of each component of relative uncertainty by formaldehyde

根據(jù)每個(gè)分量引起的不確定度計(jì)算結(jié)果，最終的不確定度主要由樣品重復(fù)測(cè)定過程和樣品溶液中甲醛-DNPH含量測(cè)定引入的不確定度引起，占比分別達(dá)25%和61%，對(duì)合成相對(duì)不確定度貢獻(xiàn)較大. 其他分量引起的不確定度與樣品處理過程產(chǎn)生的不確定度相比較小，其中樣品質(zhì)量稱量引入的不確定度可忽略不計(jì).

重復(fù)試驗(yàn)引入的平均值不確定度主要來源于樣品溶液，平行樣樣品溶液的制備過程中每一步操作細(xì)節(jié)需保持一致. 通過重復(fù)試驗(yàn)的平均值不確定度分析，也可以反映出材料的材質(zhì)均勻性.

樣品溶液中甲醛-DNPH含量測(cè)定引入的不確定度主要包括標(biāo)準(zhǔn)溶液的不確定度和標(biāo)準(zhǔn)曲線的不確定度，標(biāo)準(zhǔn)曲線的不確定度大小取決于標(biāo)準(zhǔn)溶液配置誤差的大小，在試驗(yàn)中可以需規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)子溶液配制的操作，提高標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性，減小測(cè)量結(jié)果的不確定度，有利于提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和一致性.

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