安俊芳, 項厚生, 顧小芳, 孫保海

(江蘇國測檢測技術有限公司, 江蘇 昆山 215300)

二噁英類污染物具有極強的毒性, 沙淋、 馬錢子堿、 氰化鉀的毒性跟二噁英類污染物中2,3,7,8-TCDD 的毒性相比簡直就不值一提, 分別是他們的兩倍, 五百倍, 和一千倍甚至更多, 當之無愧是世界上毒性最強的污染物。 微量長期吸收可致癌、 致殘等頑癥[1]。 據(jù)研究表明, 當吸入這種危險的毒物后,輕者會, 出現(xiàn)減重, 胸腺退化等導致免疫系統(tǒng)出現(xiàn)問題, 肝臟也會出現(xiàn)問題還有毛囊炎、 疾首、 喪失聽力、 皮膚出現(xiàn)問題、強致癌性的情況, 重者甚至會導致人體某些組織出現(xiàn)過度增生或發(fā)育不全的情況, 還會導致致畸性和內分泌激素紊亂導致人類生殖機能的扭曲, 這種微量的二噁英除了具有神經毒素外,特別是對兒童的智力發(fā)育有很大的影響, 很大可能性會影響到兒童的認知能力, 對人類的后代產生重大的影響[2]。 因此各國政府紛紛采用不同的控制技術加強對二噁英類污染物進行控制。 二噁英類物質監(jiān)控的前提是能夠有一套準確、 客觀、 公正的分析技術。 國內外的各級政府為了應對二噁英的監(jiān)測難點,紛紛制定了一系列的檢測標準。 我國政府在這背景下, 花費了大量的時間以及人力、 財力去研究的土壤以及沉積物中二噁英類的測定, 并制定發(fā)布了 《HJ 77.4-2008 土壤和沉積物 二噁英類的測定同位素稀釋高分辨氣相色譜-高分辨質譜法》[1]的標準, 規(guī)范了各行各業(yè)對于土壤中二噁英的檢測技術。

本文依據(jù)HJ 77.4-2008 的檢測標準, 并根據(jù) 《化學分析中不確定度的評估指南》 (CNAS-GL06: 2006)[3]以及 《分析測量中不確定度評定與表示》 (JJF1059.1-2012)[4],

對土壤中二噁英類的測定過程進行不確定度評估, 并最終計算擴展不確定度, 為檢測結果提供了質量保障。

1 檢測步驟說明

1.1 樣品與試劑

土壤樣品: 某客戶送檢樣品; 濃硫酸(優(yōu)級純)和無水硫酸鈉(優(yōu)級純): 南京試劑; 正己烷、 甲苯、 二氯甲烷、 丙酮、 甲醇: 均為美國JT baker 農殘級試劑; 多組分硅膠成品手填柱:貨號295-41651, 日本wako; 活性炭分散硅膠: 貨號01875-96,規(guī)格50 g/瓶, 日本關東化學; EPA1613-LCS、 EPA1613-ISS 和校正標準溶液EPA1613-CS1-CS5: 加拿大WELLINGTON 公司。

1.2 儀 器

DFS 高分辨氣相色譜-高分辨質譜儀, 美國Thermofisher;旋轉蒸發(fā)儀, 日本EYELA; EFAA-DC24-RT 氮吹儀, 上海安譜; FA1004 電子天平, 力辰科技; GH-900DTD 超聲清洗儀,北京國環(huán)高科。

1.3 前處理步驟

稱取10 份土壤樣品, 每份約10 g(精確到0.0001 g), 加入提取內標EPA-1613 LCS, 在索式提取器中進行提取, 再通過旋轉蒸發(fā)儀濃縮、 多層硅膠柱和活性炭柱凈化, 并氮吹濃縮至插有內插管的進樣瓶中, 終體積約20 μL, 加入進樣內標EPA-1613 ISS, 渦旋混勻, 再上機高分辨磁質譜進行檢測[1]。

2 測量測不確定度來源之要因分析

在檢測中導致試驗樣品偏差的因素有很多, 但最主要的因素主要是樣品的偏差(即送測樣品的差別)和實驗程序操作的偏差。 即實驗室中的大多數(shù)樣品都是提交檢驗的, 而實驗室只負責檢驗的結果, 因此抽樣偏差的不確定度, 即樣本對象的偏差, 可以忽略, 檢測過程中的偏差, 送測產品的預處理, 分析高分辨磁質譜/高分辨氣相色譜(HRMS/HRGC), 這些都是實驗室的不確定度因素。 單單這兩個因素就包括了兩種不同的因素, 下圖表一中詳細的列出了導致樣品檢測結果不確定性的影響因素。

表1 影響檢測結果不確定度的因素Table 1 Factors affecting the uncertainty of test results

3 試驗與不確定度評估數(shù)學模式

(1)根據(jù)HJ77.4-2008 中利用同位素稀釋內標法計算二噁英質量濃度的公式, 得出以下數(shù)學模型:

式中: C——送測樣品中二噁英的質量的濃度, ng/kg

qn——送測樣品中的檢出量, ng

qb——在送測樣品的空白中檢出的量, ng

M——送測樣品的樣本重量, ng

A1i——送測樣品的檢測對象物質在色譜上的峰值范圍為1

A2l——送測樣品的檢測對象物質在色譜上的峰值范圍為2

A1li——送測樣品中空白的檢測對象物質在色譜上的峰值范圍為1

A2li——送測樣品中空白的檢測對象物質在色譜上的峰值范圍為2

A1b——送測樣品中的內標在色譜上峰值范圍為1

A2b——送測樣品中的內標在色譜上峰值范圍為2

A1lb——送測樣品中的空白的內標在色譜上峰值范圍為1

A2lb——送測樣品中的空白的內標在色譜上峰值范圍為2

Qi——送測樣品中添加量的內標物, ng

Qb——送測樣品中空白的添加量內標物, ng

(2)當我們檢測二噁英時, 可以利用同位素稀釋高分辨磁質譜法, 當利用這種方法時, 應測定同一化合物的兩個離子碎片, 以便進行定性和定量的分析, 在這兩個碎片之間有一個固定的離子豐度比。

式中: A1s——物質標準液的測定對象物質在色譜上峰值范圍為1

A2s——物質標準液的測定對象物質在色譜上峰值范圍為2

A1ls——物質標準液的內標物質在色譜上峰值范圍為1

A2ls——物質標準液的內標物質在色譜上峰值范圍為2

Cs——物質標準液的對象物質被檢測出的質量濃度

Cls——物質標準液內標物質被檢測出的質量濃度

(3)為了評價二噁英檢測結果的不確定度, 應選擇評價的主要因素, 并擴展上述公式一以評估主要樣品質量濃度參數(shù)的不確定度。 由于二噁英送測原料的含量非常復雜, 在經過實驗室的質量控制下對結果的影響幾乎可以忽略不記, 于是報告中并不用對試驗空白進行詳細的討論。 如上所示, 可推算出下列的簡化的公式:

又由于Qi=Csi× m (其中Csi: 添加到樣品中內標物的質量濃度; m: 添加內標的量)得:

(4)排序后可以很清楚的發(fā)現(xiàn), 需要同時計算送檢樣品當中的 Cls、 Cs、 Csi、 a、 a0、 m 和 M 的不確定度才能求得送檢樣品的C?的質量及濃度不確定度U (C?), 待評定的一些重要的不確定度因素如表2 所示。

表2 需要評估的主要不確定度因素Table 2 Major uncertainties to be evaluated

由此, 計算相對合成標準不確定度的公式如下:

4 試驗不確定度評估結果說明

4.1 樣品稱量的不確定度

樣品稱取質量為10.0025 g, 根據(jù)天平校準結果Δy=0.2 mg(證書編號: 713059727-001, 昆山市計量測試所), 包含因子k=2。 不確定度為:

相對標準不確定度為:

4.2 內標溶液質量濃度的不確定度

根據(jù)標準溶液的證書描述, 誤差值為±5%, 應用矩形分布來處理該B 類不確定度, 得:

4.3 內標添加量的不確定度

在本次測試檢驗中, 5 μL 為添加提取內標的數(shù)值, 且選取的微量注射器的數(shù)值是25 μL。 U1(m)為A 類不確定度, 要經過計算得出, 而B 類不確定度U2(m), 在查找產品證書過程中便能得出。 但兩者分別代表著的實際添加量和微量注射器刻度共同組成U(m)。

要求出實際添加量的不確定度, 我們可以通過利用n-Nonane 溶液和微量注射器, 重復十次以下步驟: 每次從 n-Nonane 溶液中吸出5 μL 溶液, 然后放入氣相色譜的瓶子里,并每次進行稱重。 用下表3 內的數(shù)值來計算實際添加內標量的不確定度。

表3 微量注射器添加量實驗結果Table 3 Experimental results of microsyringe dosage

測量次數(shù)n=10, 因為測量儀器穩(wěn)定且測量過程可控, 測量平均值的標準偏差為:

所以, 實際添加量的相對標準不確定度U1rel(m)為:

對于微量注射器刻度的不確定度U2((m), 廠家規(guī)格說明認為, 與標準值相比, 不超于百分之一的偏差是被允許的, 且其分布形式為矩形分布。 則:

綜上, 內標添加量的相對不確定度Urel(m)為:

4.4 樣品峰檢測的不確定度

對與樣品封檢測的不確定度來說, 起到影響作用最大的,是內標化合物和目標化合物峰面積兩數(shù)相比所得的值。 通過使用儀器數(shù)據(jù)工作站, 剖析經過十次不間斷測量的一件樣品, 可以研究出內標化合物和目標化合物的峰面積兩者相比的數(shù)值(參照下面的表四)。 與其它化合物相比, 被二、 三、 七、 八位氯替代的十七種二噁英擁有更大的毒性, 因此通常對其展開測量研究。 而同位素內標法是一種有效的定量方法, 有利于剖析二噁英。 由于存在潛在的干擾, 在樣品中沒有添加OCDF 的同位素標記物內標, 用OCDD 的13C12標記定量內標定量,13C-1,2,3,7,8,9-HxCDD 因作為回收率內標, 所以用13C-1,2,3,6,7,8-HxCDD進行定量, 其余的化合物均為一一對應的同位素內標關系。

表4 目標化合物與內標化合物峰面積比值( Ai1+Ai2 Asi1+Asi2)Table 4 Peak area ratio of target compound to internal standard compound序號 化合物名稱 第一次 第二次 第三次 第四次 第五次 第六次 第七次 第八次 第九次 第十次1 2,3,7,8-T4CDF 0.0241 0.0239 0.0242 0.0239 0.0246 0.0241 0.0238 0.0244 0.0239 0.0239 1,2,3,7,8-P5CDF 0.0266 0.0266 0.0267 0.0264 0.0266 0.0264 0.0268 0.0267 0.0266 0.0262 3 2,3,4,7,8-P5CDF 0.0282 0.0286 0.0284 0.0283 0.0283 0.0279 0.0282 0.0284 0.0282 0.0285 2 1,2,3,4,7,8-H6CDF 0.0340 0.0338 0.0338 0.0337 0.0344 0.0341 0.0333 0.0340 0.0336 0.0347 5 1,2,3,6,7,8-H6CDF 0.0268 0.0272 0.0265 0.0272 0.0273 0.0267 0.0267 0.0266 0.0269 0.0275 4 2,3,4,6,7,8-H6CDF 0.0255 0.0257 0.0261 0.0257 0.0256 0.0261 0.0258 0.0256 0.0260 0.0255 7 1,2,3,7,8,9-H6CDF 0.0024 0.0023 0.0025 0.0024 0.0023 0.0026 0.0026 0.0021 0.0021 0.0026 8 1,2,3,4,6,7,8-H7CDF 0.0731 0.0736 0.0736 0.0755 0.0743 0.0722 0.0739 0.0754 0.0727 0.0735 9 1,2,3,4,7,8,9-H7CDF 0.0076 0.0075 0.0074 0.0078 0.0075 0.0080 0.0076 0.0073 0.0075 0.0075 10 O8CDF 0.0325 0.0330 0.0325 0.0327 0.0317 0.0320 0.0325 0.0327 0.0322 0.0324 11 2,3,7,8-T4CDD 0.0036 0.0035 0.0035 0.0035 0.0030 0.0033 0.0033 0.0032 0.0033 0.0032 12 1,2,3,7,8-P5CDD 0.0089 0.0094 0.0090 0.0090 0.0091 0.0093 0.0094 0.0089 0.0093 0.0092 13 1,2,3,4,7,8-H6CDD 0.0069 0.0068 0.0069 0.0069 0.0067 0.0066 0.0071 0.0069 0.0068 0.0068 14 1,2,3,6,7,8-H6CDD 0.0130 0.0132 0.0129 0.0132 0.0133 0.0133 0.0128 0.0129 0.0135 0.0132 15 1,2,3,7,8,9-H6CDD 0.0105 0.0101 0.0103 0.0103 0.0099 0.0103 0.0104 0.0102 0.0102 0.0102 16 1,2,3,4,6,7,8-H7CDD 0.1193 0.1178 0.1186 0.1185 0.1191 0.1191 0.1203 0.1200 0.1188 0.1184 17 O8CDD 0.6132 0.6151 0.6148 0.6182 0.6163 0.611 0.6182 0.6102 0.6151 0.6141 6

首先對表4 中序號1 的2,3,7,8-TCDF 化合物進行不確定度的評估, 10 次獨立的上機檢測, 其面積比值的平均值為:

測量次數(shù)n=10, 因為測量儀器穩(wěn)定且測量過程可控, 測量平均值的標準偏差為:

所以, 2,3,7,8-TCDF 峰檢測的相對標準不確定度Urel(a)為:

同理, 對剩余的16 個化合物峰分別求其Uirel(a), 得出峰面積比的平均值和峰檢測的不確定度Uirel(a)和見表5。

表5 PCDDs/Fs 各峰面積比的平均值與不確定度Table 5 PCDDs/Fs mean value and uncertainty of each peak area ratio

續(xù)表5

4.5 標準溶液峰的不確定度評定

U1(a0)代表著RRF 重復測定的不確定度, 需要在一次又一次的在制作標準曲線溶液樣板的過程中得出。 U2(a0)代表著在可控的偏差度內帶來的不確定度。 兩者都屬于標準溶液峰的不確定度, 并且都要經過評定過程。 在建造標準曲線時, 實驗室選擇了屬于威靈頓公司的EPA-1613 CS1 ~CS5 系列標準物質。并在實驗中將所有的質量濃度反復進行三次打樣, 由于CS1 ~CS 的質量濃度梯度數(shù)量為五, 最后總共得出了十五個數(shù)值(見表6)。

表6 EPA1613-CS1-CS5 標準曲線繪制RRF 值Table 6 EPA1613-CS1-CS5 standard curve RRF

首先對表6 中2,3,7,8-TCDD 化合物進行不確定度的評估,15 次獨立的上機檢測, 其RRF 的平均值為:

允許的變動范圍的偏差為±20%, 因此可認為是矩形分布,采用B 類不確定度評定方法:

因此, 標準溶液峰檢測的相對不確定度:

同理, 對剩余的16 個化合物峰分別求其Uirel(a0), 得出U1irel(a0)和峰檢測的不確定度Uirel(a0)和見表7。

表7 PCDDs/Fs 各峰面積U1irel(a0)與Uirel(a0)Table 7 PCDDs/Fs peak area U1irel(a0) and Uirel(a0)

續(xù)表7

4.6 標準溶液中目標化合物質量濃度的不確定度

從證書中可以得知, 與標準溶液相比, 當出現(xiàn)偏差的數(shù)值在百分之五左右時, 即B 類不確定度。 我們需要使用矩形分布來解決, 得:

4.7 標準溶液中內標質量濃度的不確定度

與4. 6 同理: 計算得:

4.8 不確定度分量匯總表

將上述各個主要因素的不確定度匯總見表8。

表8 測量不確定度匯總表Table 8 Summary table of measurement uncertainty

4.9 標準溶液中內標質量濃度的不確定度

與4. 6 同理: 計算得:

4.10 合成標準不確定度

如果要確定十七類化合物所每個的的合成標準不確定度Uirel(X 拔), 可以通過在公式七上引用表格八的數(shù)值來計算。在此基礎上, 還可以通過十次測量土壤樣板, 獲得下列表格九中的十七類二噁英類化合物的合成標準不確定度Ui(X 拔)。

表9 PCDDs/Fs 的合成標準不確定度Table 9 PCDDs/Fs standard uncertainty of synthesis

合成標準不確定度為:

4.11 擴展不確定度

取置信水平P=95%, 包含因子k=2, 則擴展不確定度

土壤樣品中的二噁英總量:

相對擴展不確定度:

5 結 論

(1)本方法中土壤樣品中二噁英質量濃度測量不確定評估報告可表示為(1.8±0.48) ng/kg, k=2。

(2)評定方法可以用于其他環(huán)境基質中的二噁英類化合物分析方法的不確定度評定, 如飛灰、 沉積物、 水等樣品。