林 祎， 姚國英

(杭州蕭山供水有限公司，浙江 杭州311203)

石油類是地表水環(huán)境質(zhì)量中監(jiān)測有機(jī)污染物的一個(gè)重要指標(biāo)，由各種烴類混合而成，主要包括烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴，部分烴類具有極強(qiáng)的致癌性。石油類污染對水生環(huán)境破壞力極強(qiáng)，當(dāng)水中石油類含量達(dá)到0.1 ～0.4 mg/L 時(shí)，有可能在水面形成油膜，使水體與大氣之間的氣體交換無法順利進(jìn)行，導(dǎo)致水體缺氧，進(jìn)而危害水生生物的生存并使部分有機(jī)污染物無法進(jìn)行有氧降解;當(dāng)含量超過3 mg/L時(shí)，會(huì)嚴(yán)重阻礙水體的自凈過程，使水質(zhì)急劇惡化，最終影響到人類的正常生活［1］。筆者依據(jù)《水質(zhì) 石油類的測定 紫外分光光度法》(HJ 970—2018)［2］，對地表水中石油類含量進(jìn)行測定，對影響最終結(jié)果的各個(gè)不確定度分量進(jìn)行研究分析，以提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度。

1 材料與方法

1.1 主要儀器和試劑

UV-1800PC 紫外可見分光光度計(jì)，配2 cm 比色池。

石油成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)值為(1000 ±22)mg/L;正己烷，色譜純。

移液器(100 ～1 000 μL，1 ～10 mL)、容量瓶(50和25 mL)、量筒(500 和25 mL)。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

用10 mL 移液器準(zhǔn)確移取5.00 mL 石油類標(biāo)準(zhǔn)溶液至50 mL 容量瓶中，以正己烷為溶劑定容，配置成濃度為100 mg/L 的石油類標(biāo)準(zhǔn)使用液。再取6個(gè)25 mL 的容量瓶，用1 和10 mL 的移液器分別移入0，0.25，0.50，1.00，2.00 和4.00 mL 的石油類標(biāo)準(zhǔn)使用液，以正己烷為溶劑稀釋至標(biāo)線，充分搖勻。在225 nm 波長下，以正己烷為參比溶液，使用2 cm的石英比色皿，在紫外可見分光光度計(jì)上測定吸光值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線［2］。

1.3 樣品的測定

將經(jīng)過1.5 mL 鹽酸溶液酸化的水樣約500 mL全部轉(zhuǎn)移至自動(dòng)萃取裝置的1 000 mL 分液漏斗中，加入25.0 mL 正己烷于分液漏斗中。自動(dòng)萃取10～15 次，靜置使其分層，將下層水相小心轉(zhuǎn)移至1 000 mL 量筒中，對樣品體積進(jìn)行測量并記錄。將上層萃取液轉(zhuǎn)移至裝有厚約10 mm 無水硫酸鈉的玻璃漏斗內(nèi)脫水，后將萃取液轉(zhuǎn)移至硅酸鎂吸附柱內(nèi)過濾，棄去前2 ～3 mL 濾液。將萃取液移入2 cm 石英比色皿中，在225 nm 波長下，以正己烷作參比溶液，測定吸光值［2］。

1.4 不確定度的評(píng)價(jià)方法

1.4.1 評(píng)定方法

參照不確定度評(píng)定的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，分別計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)溶液及其配制、標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的擬合、樣品前處理以及樣品重復(fù)性測定這4 個(gè)方面所引入的A類和B 類不確定度，最終求得該方法的擴(kuò)展不確定度［3］。

1.4.2 建立數(shù)學(xué)模型

根據(jù)被測量與輸入量的關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型［4］:

式中:C 為水樣中石油類濃度，mg/L;Q 為正己烷萃取液中的石油類濃度，mg/L;V1為正己烷萃取液的體積，mL;V2為水樣的體積，mL。

2 相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

2.1 配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)引入

2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液引入

用于繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為1 000 mg/L，最大允許誤差為±22 mg/L，采用矩形均勻分布，取，則石油類標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

2.1.2 稀釋定容過程中引入

計(jì)量容器的校準(zhǔn)和溫度會(huì)引入相對不確定度，標(biāo)準(zhǔn)溶液在稀釋過程中引入的不確定度主要來源于所用的移液器、容量瓶等計(jì)量容器［4］。

① 50 mL 容量瓶

50 mL 容量瓶的最大允許誤差為±0.05 mL［6］，采用矩形均勻分布，取則其相對不確定度:

設(shè)溫度波動(dòng)為±3 ℃，查得正己烷膨脹系數(shù)為1.36 ×10-3℃，采用矩形均勻分布，取，則溫度變化對50 mL 容量瓶所引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度［7］:

因此，配制標(biāo)準(zhǔn)溶液過程中50 mL 容量瓶所引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

② 25 mL 容量瓶

查得25 mL 容量瓶的最大允許誤差為±0.03 mL［6］，采用矩形均勻分布，取其相對不確定度:

溫度變化對25 mL 容量瓶引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

因此，配制標(biāo)準(zhǔn)溶液過程中25 mL 容量瓶所引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

③ 10 mL 移液器

V10=2 mL，使用量程為1 ～10 mL 的移液器(Eppendorf G39584F)，其擴(kuò)展不確定度為0.002 9 mL，k=2(依據(jù)校準(zhǔn)證書)，其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度［8］:

溫度變化對10 mL 移液器引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

得到配制標(biāo)準(zhǔn)溶液過程中10 mL 移液器所引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

④ 1 mL 移液器

V1=0.1 mL，使用量程為0.1 ～1.0 mL 的移液器(Eppendorf G39584F)，其擴(kuò)展不確定度為0.000 6 mL，k=2，其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度［8］:

溫度變化對1 mL 移液器引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

得到配制標(biāo)準(zhǔn)溶液過程中1 mL 移液器所引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

綜合計(jì)算，得到標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

2.2 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線擬合引入

使用濃度為1000 mg/L 的石油類標(biāo)準(zhǔn)溶液，以正己烷為溶劑，分別配制成0，1. 00，2. 00，4. 00，8.00和16.00 mg/L 的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。將上述6 個(gè)濃度的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液分別移入2 cm 石英比色皿中，以正己烷作參比，用可見紫外分光光度計(jì)于225 nm波長下重復(fù)測定3 次，結(jié)果見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)溶液參數(shù)

擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程為 A =0.048 5C-0.009 4，回歸系數(shù)r =0.999 8。樣品平行測定6 次，得到測定濃度C0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

式中:b 為標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率，0.048 5;p 為待測樣品的測定次數(shù)，6;n 為回歸曲線點(diǎn)的總測量次數(shù)，18;C 為待測樣品濃度的平均值，4.25 mg/L;C0為回歸曲線所有點(diǎn)濃度的平均值，mg/L;SR為回歸曲線的剩余標(biāo)準(zhǔn)偏差［7］。

式中:A0i為各標(biāo)準(zhǔn)液的實(shí)際值;a +bC0i為回歸曲線算出的理論值;C0i為標(biāo)準(zhǔn)液的各個(gè)濃度值，mg/L。

將各值帶入公式(2)，求得u(C0)=0. 094 7 mg/L。

計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合時(shí)所引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

2.3 樣品前處理過程引入

2.3.1 萃取和吸附引入

萃取過程中引入的不確定度以加標(biāo)回收率進(jìn)行評(píng)定［9］。在500 mL 純水中加入1 mL 濃度為100 mg/L 的石油類標(biāo)準(zhǔn)使用液，6 次測定后計(jì)算平均加標(biāo)回收率，測定結(jié)果見表2。

表2 回收試驗(yàn)結(jié)果

加標(biāo)回收率被測量可能值區(qū)間的半寬度［3］:

其中，Rmax為回收率最大值，Rmin為回收率最小值。

2.3.2 移液所引入

① 1 mL 移液器

V1=1 mL，使用量程為0.1 ～1.0 mL 的移液器(Eeppendorf G39584F)，其擴(kuò)展不確定度為0.002 9 mL，k=2(依據(jù)校準(zhǔn)證書)，其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度［8］:

溫度變化對1mL移液器引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

使用1 mL 移液器移取標(biāo)準(zhǔn)溶液過程中所引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

② 500 mL 量筒

查得500 mL 量筒的最大允許誤差為±5.0 mL，采用矩形均勻分布，取，其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度［6］:

500 mL 量筒因溫度變化引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

500 mL 量筒在水樣移取過程中所引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

③ 25 mL 量筒

查得25 mL 量筒的最大允差為±0.50 mL，采用矩形均勻分布，取，則其相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度［6］:

25 mL 量筒因溫度變化引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

使用25 mL 量筒移取正己烷過程中引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

計(jì)算得到，樣品前處理過程中涉及到的萃取、吸附、1 mL 移液器與、25 和500 mL 量筒所引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

2.4 吸光值測定時(shí)重復(fù)性引入

對加標(biāo)后濃度為0.2 mg/L 的樣品進(jìn)行萃取，重復(fù)測定6 次的結(jié)果分別為0. 215，0. 212，0. 213，0.211，0.214 和0.210 mg/L。經(jīng)計(jì)算，平均值為

3 不確定度分量的匯總

將各個(gè)不確定度分量進(jìn)行匯總，如表3 所示。0.212 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)偏差SD(重)為0.00193，標(biāo)準(zhǔn)誤差SE(重)為0. 00079，吸光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(重)=SE(重)=0.00079，故實(shí)驗(yàn)中測定的重復(fù)性所能引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為［9］:

表3 各不確定度分量匯總

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度與擴(kuò)展不確定度

因此，實(shí)驗(yàn)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

在95%置信水平下，當(dāng)擴(kuò)展因子k =2 時(shí)，本次實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)展不確定度:

5 結(jié)論

對地表水中石油類濃度的紫外分光光度法測定結(jié)果的不確定度評(píng)定結(jié)果表明，對不確定度貢獻(xiàn)最大的是樣品前處理過程，其次為標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的擬合，而樣品的重復(fù)性測定對不確定度的貢獻(xiàn)相對較小。因此，在使用分光光度法測地表水中的石油類濃度時(shí)，選用較高精度的分液漏斗、移液器和量筒等、使萃取完全以及保證操作環(huán)境溫度穩(wěn)定等措施，可減少因前處理而引入的不確定度，從而提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。