王懌婷 張明明

北京市自來水集團(tuán)水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心，中國·北京 100192

1 引言

多環(huán)芳烴（PAHs）是一類全球污染物[1]，具有致癌、致畸和致突變效應(yīng)，對(duì)人體健康有較大危害[2]。PAHs廣泛分布于環(huán)境中，是水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的重要項(xiàng)目之一。常見的多環(huán)芳烴類物質(zhì)包括萘、熒蒽、苯并[a]芘、苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽和茚并[1，2，3-cd]芘等。多環(huán)芳烴類物質(zhì)的分析方法主要有薄層色譜法、氣相色譜法、高效液相色譜法和氣相色譜一質(zhì)譜法等[3-6]。其中，高效液相色譜法，是目前最為常用的分析方法。測(cè)量不確定度是與測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的一個(gè)參數(shù)[7]，可以反映測(cè)量誤差存在時(shí)對(duì)所測(cè)量值不能肯定的程度，是檢驗(yàn)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的重要指標(biāo)，也是測(cè)量質(zhì)量的重要指標(biāo)[8]。論文以多環(huán)芳烴類中的萘為例，利用高效液相色譜法測(cè)定樣品中萘含量，并對(duì)其測(cè)定過程和結(jié)果進(jìn)行不確定度分析與評(píng)定，得出合成及擴(kuò)展不確定度。

2 實(shí)驗(yàn)過程

2.1 方法依據(jù)

該實(shí)驗(yàn)方法依據(jù)CJ/T 141—2018 城鎮(zhèn)供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法6.29中萘的測(cè)定方法，即利用液相色譜法測(cè)定城鎮(zhèn)供水及其水源水中的萘。

2.2 儀器與試劑

高效液相色譜儀（Waters2695），熒光檢測(cè)器（2475），色譜柱為SUPELCOSIL LC-PAH（15cm×4.6mm，5μm）。甲醇（色譜純），萘標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為1000μg/mL，由環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所提供，編號(hào)為GSB07-2430-2008。實(shí)驗(yàn)用水為Milli-Q超純水。

2.3 儀器條件

柱溫30℃，流動(dòng)相的甲醇80%，水20%，等度洗脫，流速1.0mL/min，熒光檢測(cè)器參數(shù)（γex：270nm；γem：323nm），進(jìn)樣量10μL。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

取萘標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSB07-2430—2008）100μL，用甲醇定容到10mL容量瓶中，得到濃度為10mg/L的標(biāo)準(zhǔn)使用液。將該標(biāo)準(zhǔn)使用液用甲醇稀釋成濃度為10μg/L、20μg/L、40μg/L、60μg/L、80μg/L、100μg/L的萘標(biāo)準(zhǔn)系列。上機(jī)測(cè)定，以濃度為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)繪制曲線。

2.5 樣品測(cè)定

本實(shí)驗(yàn)所測(cè)對(duì)象為萘的考核樣品，取該樣品100μL，用甲醇定容到10mL容量瓶中，上機(jī)測(cè)定并經(jīng)曲線查得待測(cè)樣中萘的濃度。

3 數(shù)學(xué)模型建立及不確定度來源分析

3.1 數(shù)學(xué)模型

以待測(cè)樣品萘的峰面積，從回歸方程中查得待測(cè)樣中萘的濃度（μg/L），萘的標(biāo)準(zhǔn)系列回歸方程為：

y＝a+bx

式中，y為萘的峰面積；x為萘的濃度（μg/L）；a為截距；b為斜率。

3.2 不確定度來源分析

通過對(duì)萘的測(cè)定過程和數(shù)學(xué)模型分析得出，高效液相色譜法測(cè)定樣品中萘的不確定度主要來源于標(biāo)準(zhǔn)品純度、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程、樣品取樣過程、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、樣品測(cè)量重復(fù)性和儀器定量誤差等方面，見圖1。

圖1 萘的不確定度來源分析

4 不確定度評(píng)定

4.1 不確定度各分量的分析與計(jì)算

4.1.1 由標(biāo)準(zhǔn)樣品引入的不確定度u（1）

萘標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是由環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所提供，編號(hào)為GSB07-2430-2008，批號(hào)441403，濃度為1000μg/mL，其相對(duì)擴(kuò)展不確定度為3%，屬于B類評(píng)定，按正態(tài)分布k＝2，可得以下數(shù)據(jù)。

萘標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

萘標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

urel（1）＝15/1000＝0.015

4.1.2 由標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度u（2）

從萘標(biāo)準(zhǔn)溶液及標(biāo)準(zhǔn)系列配制過程分析，其不確定度來源主要是10mL容量瓶、100μL微量進(jìn)樣器以及溫度差異引起的不確定度。

①由10mL容量瓶和100μL微量進(jìn)樣器的體積校準(zhǔn)引入的不確定度u（a）。

實(shí)驗(yàn)過程所使用的容量瓶及微量進(jìn)樣器均經(jīng)過檢定校準(zhǔn)，通過查閱校準(zhǔn)證書，10mL容量瓶的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u（10）＝0.003mL，微量進(jìn)樣器最大進(jìn)樣量為100.0 μl，通過查閱證書，該進(jìn)樣器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（100）＝0.11μL，則：

urel（10）＝0.003/10＝0.0003

urel（100）＝0.11/100.0＝0.0011

在配制過程中，該容量瓶和微量進(jìn)樣器分別各使用7次，則：

②由溫度差異引入的不確定度u（b）。

容量瓶和微量注射器已在20℃校準(zhǔn)，而實(shí)驗(yàn)室的溫度在（20±3）℃之間變化。配制過程使用的稀釋定容溶劑為甲醇，甲醇的膨脹系數(shù)為按矩形分布考慮，由溫度效應(yīng)產(chǎn)生不確定度為：

則由標(biāo)準(zhǔn)溶液配制過程溫度變化引入的相對(duì)不確定度為：

將上述不確定度分量合成，由此得出標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的相對(duì)不確定度urel（2）：

4.1.3 樣品取樣及制備過程引入的不確定度u（3）

依據(jù)1.5樣品測(cè)定過程，萘考核樣品的取樣及制備環(huán)節(jié)不確定度來源主要是100μL微量進(jìn)樣器和10mL容量瓶（同4.1.2中標(biāo)準(zhǔn)溶液配制中使用）以及溫度變化等，制備待測(cè)樣品過程經(jīng)3次平行，則：

①由10mL容量瓶和100μL微量進(jìn)樣器的體積校準(zhǔn)引入的不確定度u（c）。

②由溫度差異引入的不確定度u（d）（同4.1.2）。

由此得出樣品取樣及制備過程引入的相對(duì)不確定度urel（3）：

4.1.4 曲線擬合引入的不確定度u（4）

對(duì)6個(gè)濃度梯度的萘標(biāo)準(zhǔn)溶液分別重復(fù)測(cè)定2次，測(cè)定結(jié)果見表1。

表1 萘標(biāo)準(zhǔn)溶液的含量及相應(yīng)的峰面積

續(xù)表

根據(jù)表1結(jié)果，采用最小二乘法擬合，得標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為Y＝61083x－41169，R＝0.9993。其中，截距a＝-41169，斜率b＝61083，見圖2。

圖2 萘標(biāo)準(zhǔn)曲線線性圖

萘標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合的不確定度為u（4）：

其中，S為擬合曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏差（S＝45545）；b為斜率；p為樣品測(cè)量的次數(shù)（p＝7）；n＝12；C為從曲線上查出樣品濃度（C＝30.9 μg/L）；Ci為標(biāo)準(zhǔn)溶液中萘的各個(gè)濃度值（μg/L）；為標(biāo)準(zhǔn)溶液中萘的平均值。

則由萘標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合產(chǎn)生的相對(duì)不確定度為：

urel（4）＝0.407μg/L/30.9μg/L＝0.014

4.1.5 測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度u（5）

實(shí)驗(yàn)過程中，萘待測(cè)樣品經(jīng)7次平行測(cè)定，得到的峰面積計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差S，是隨機(jī)測(cè)量，屬A類評(píng)定，測(cè)定結(jié)果見表2。

由表2數(shù)據(jù)可知，測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度u（5）為：

表2 萘樣品重復(fù)性測(cè)量結(jié)果

4.1.6 儀器誤差引入的不確定度u（6）

實(shí)驗(yàn)中使用的高效液相色譜儀其響應(yīng)值讀數(shù)的最小變化為1，按均勻分布變化，屬B類評(píng)定，則由儀器響應(yīng)值讀數(shù)誤差引入的不確定度為：

4.2 各不確定度分量的合成

對(duì)上述各不確定度分量進(jìn)行分析匯總，見表3。

表3 萘不確定度各分量匯總表

則樣品中萘測(cè)量的相對(duì)合成不確定度為：

4.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

u=0.024430.9μg/L=0.76μg/L。

4.4 擴(kuò)展不確定度

U=0.76μg/L2=1.6μg/L（取k=2）。

4.5 結(jié)果表示

樣品中萘測(cè)量的結(jié)果表示為：C=（30.9±1.6）μg/L。

5 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)以多環(huán)芳烴類中的萘為例，利用高效液相色譜法測(cè)定樣品中萘含量，并對(duì)測(cè)定過程中引入的各不確定度分量進(jìn)行分析計(jì)算，給出了萘測(cè)量的不確定度評(píng)定結(jié)果。在評(píng)定過程中，各不確定度分量對(duì)合成不確定度結(jié)果的影響按主次依次為標(biāo)準(zhǔn)樣品引入的不確定度、曲線擬合引入的不確定度、測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的不確定度、樣品取樣及制備過程引入的不確定度和儀器誤差引入的不確定度。在今后的測(cè)量分析中，應(yīng)著重在標(biāo)準(zhǔn)樣品的選擇、曲線制備過程、重復(fù)性測(cè)量等方面提高精密度和準(zhǔn)確性，可通過提高標(biāo)準(zhǔn)品純度、選擇精密度更高的量器、增加平行性測(cè)量以及更加規(guī)范化的操作步驟等措施，以降低測(cè)量結(jié)果的不確定度，進(jìn)一步提高檢測(cè)水平。