李萌，張娜，言思敏

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院，上海 201114）

鉻在自然界中的分布很廣，常見價態(tài)有二價、三價、四價和六價。鉻鹽的主要價態(tài)有三價和六價。其中，三價鉻是人體維持生命的必需元素，在糖、脂肪、蛋白質(zhì)的代謝中起重要作用[1]。六價鉻主要是工業(yè)化產(chǎn)物，來源于制革、化工、冶金、紡織等行業(yè)，有較強的氧化性和遷移性，難以降解，且具有強致癌性，其致癌性已被國際癌癥研究機構(gòu)及美國政府工業(yè)衛(wèi)生學家協(xié)會確認[2?5]。工業(yè)生產(chǎn)中形成的廢水、廢氣、廢渣如處理不當則會對環(huán)境造成持久性污染，對從業(yè)人員造成職業(yè)損傷。因此，六價鉻含量檢測的準確性對于發(fā)展綠色低碳經(jīng)濟體系，保障人民生產(chǎn)生活的健康發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。

目前，六價鉻的實驗室檢測方法主要有分光光度法、離子色譜法、連續(xù)流動分析法、離子色譜與電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用法(IC-ICP-MS)、火焰原子吸收光譜法[6?9]等。二苯碳酰二肼分光光度法和色譜法是較為常用的六價鉻檢測方法，在國家標準GB/T 22807—2019《皮革和毛皮 化學試驗 六價鉻含量的測定：分光光度法》、GB/T 28019—2011《飾品 六價鉻的測定 二苯碳酰二肼分光光度法》、GB/T 38287—2019《塑料材料中六價鉻含量的測定》和GB/T 38402—2019《皮革和毛皮 化學試驗 六價鉻含量的測定：色譜法》[10?13]中均有規(guī)定。近年來，柱后衍生-離子色譜法被廣泛應(yīng)用。樣品先經(jīng)色譜柱分離，再通過柱后衍生方式與衍生試劑反應(yīng)生成有色絡(luò)合物，能有效避免樣品本底顏色和濁度干擾，特異性較強，可用于痕量六價鉻的測定[14?16]。

超痕量六價鉻分析儀是進行六價鉻含量測定的專用儀器，具有雙離子色譜泵系統(tǒng)，可有效降低輸液脈沖和檢出限，其獨特的TLD檢測器和長光程流通池也可有效提高檢測靈敏度和抗干擾能力，廣泛應(yīng)用于皮革、食品、水質(zhì)、固廢等領(lǐng)域。不同于色譜直接測定法，該儀器采用柱后衍生-離子色譜法搭配六價鉻專用分析柱，對六價鉻進行定性定量分析。

目前，我國尚未有針對超痕量六價鉻分析儀的檢定規(guī)程或校準規(guī)范，已有的計量技術(shù)規(guī)范JJG 823—2014《離子色譜儀檢定規(guī)程》[17]提出了用NO2-離子溶液進行紫外可見檢測器性能檢定的方法和技術(shù)指標，JJG 705—2014《液相色譜儀檢定規(guī)程》[18]提出了用萘-甲醇溶液進行紫外-可見光檢測器和二極管陣列檢測器性能檢定的方法和技術(shù)指標。而超痕量六價鉻分析儀是針對六價鉻含量測定的專用儀器，其測量目標和測量方法中選用的標準物質(zhì)、色譜柱及流動相等與離子色譜儀和液相色譜儀的檢定均不同，且其獨特的TLD 檢測器和長光程流通池，以及通過放大檢測信號而帶來的檢測器相關(guān)性能的改變，使其檢測器相關(guān)技術(shù)指標與離子色譜儀和液相色譜儀均不同，以上兩個計量技術(shù)規(guī)范不完全適用于超痕量六價鉻分析儀的計量校準。但以上兩個規(guī)范中關(guān)于色譜泵和檢測器的通用檢定方法可作為本校準方法的參考。

筆者根據(jù)超痕量六價鉻分析儀的工作原理、出廠指標及相關(guān)計量技術(shù)規(guī)范，建立一種適合于超痕量六價鉻分析儀的校準方法，以便滿足超痕量六價鉻分析儀的校準需求。

1 超痕量六價鉻分析儀組成及工作原理

超痕量六價鉻分析儀主要由輸液系統(tǒng)、自動進樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、反應(yīng)管、檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。其基本工作原理是利用六價鉻的強氧化性，樣品經(jīng)自動進樣器注入，在流動相的作用下由色譜柱洗脫分離后，與衍生試劑二苯碳酰二肼在酸性條件下反應(yīng)形成紫紅色絡(luò)合物，根據(jù)檢測其在540 nm處的光吸收對樣品中的六價鉻進行定性、定量分析。

圖1 超痕量六價鉻分析儀基本結(jié)構(gòu)示意圖

2 主要計量特性

根據(jù)超痕量六價鉻分析儀的工作原理、結(jié)構(gòu)組成，通過咨詢生產(chǎn)廠家和實際校準經(jīng)驗，參考離子色譜儀檢定規(guī)程，確定泵流量設(shè)定值誤差和穩(wěn)定性、基線噪聲和漂移、最小檢測濃度、定性和定量重復性作為超痕量六價鉻分析儀的常規(guī)校準項目。超痕量六價鉻分析儀不具備柱溫箱模塊，軟件運行時會自動校正六價鉻的特征波長，且人工進行波長校準時，一般需拆去儀器中的濾光片，在紫外可見分光光度計上進行校準，現(xiàn)場可操作性不強，因此常規(guī)校準時不需對其柱溫箱性能和波長準確性進行評價。

對每一項計量特性確定其技術(shù)指標，泵流量設(shè)定值誤差和穩(wěn)定性、定性和定量重復性參照離子色譜儀檢定規(guī)程[17]給出?；€噪聲和漂移、最小檢測濃度根據(jù)其500 mm長光程流通池相對于10 mm標準流通池引起的噪聲漂移的倍數(shù)增加和檢出限的有效降低，以及出廠指標和多次驗證數(shù)據(jù)綜合給出，以滿足計量性能的控制要求。超痕量六價鉻分析儀主要計量特性見表1。

表1 超痕量六價鉻分析儀計量特性

3 校準條件

3.1 主要儀器與試劑

六價鉻單元素溶液標準物質(zhì)：100 μg/mL，標準物質(zhì)編號為GBW (E) 080257，相對擴展不確定度Urel=0.8%(k=2)，使用時用高純水稀釋成所需質(zhì)量濃度。也可選用重鉻酸鉀純度標準物質(zhì)。

電子天平：最大稱量不小于100 g，分辨力不大于1 mg。

數(shù)字溫度計：測量范圍為0～50 ℃，分辨力不大于0.1 ℃。

電子秒表：分辨力不大于0.1 s。

容量瓶、移液管：須經(jīng)計量校準或檢定，且能滿足相關(guān)計量技術(shù)規(guī)范的技術(shù)要求。

二苯碳酰二肼：分析純。甲醇、硝酸銨、硫酸：色譜純。實驗用水為高純水。

3.2 環(huán)境條件

室內(nèi)環(huán)境溫度：20～30 ℃；相對濕度：不大于85%，室內(nèi)應(yīng)清潔無塵，通風良好。

4 校準方法

4.1 泵流量設(shè)定值誤差和穩(wěn)定性

將儀器各部分連接好，以純水為流動相，色譜泵流量設(shè)為1.2 mL/min，啟動儀器，待壓力穩(wěn)定后，用電子天平稱得潔凈容量瓶重量W1，在流動相出口處收集流動相，同時用秒表計時，收集5 min，在分析天平上稱重得W2，按公式(1)計算流量實測值Fm。其中，ρ值由JJG 705—2014[18]附錄C.1 不同溫度下純水的密度表查得。重復測量3 次，按公式(2)和公式(3)分別計算泵流量設(shè)定值誤差Ss和穩(wěn)定性SR：

式中：Fm——泵流量實測值，mL/min；

W2——容量瓶與流動相的質(zhì)量和，g；

W1——容量瓶的質(zhì)量，g；

ρ——實驗溫度下流動相的密度，g/cm3；

t——流動相的收集時間，min；

Ss——泵流量設(shè)定值誤差，%；

FS——流量設(shè)定值，mL/min；

SR——泵流量穩(wěn)定性，%；

Fmax——3次流量測量值中的最大值，mL/min；

Fmin——3次流量測量值中的最小值，mL/min。

4.2 基線噪聲和漂移

選用六價鉻專用分析柱，以120 mmol/L硝酸銨溶液為流動相，色譜泵流量為1.2 mL/min。儀器開機預(yù)熱，待基線平穩(wěn)后記錄基線30 min，選取基線最大峰-峰值對應(yīng)的信號，基線漂移用30 min 內(nèi)基線偏離起始位置的最大信號值表示。

4.3 最小檢測濃度

選用六價鉻專用分析柱，以120 mmol/L硝酸銨為流動相，色譜泵流量為1.2 mL/min，衍生泵流量為0.7 mL/min，柱后衍生試劑為3.3 mmol/L 二苯碳酰二肼、10%甲醇和0.5 mmol/L H2SO4溶液。由進樣系統(tǒng)注入400 μL的0.1 μg/L六價鉻標準溶液，記錄色譜圖，由色譜峰高和基線噪聲，按公式(4)計算最小檢測質(zhì)量濃度ρL(按400 μL進樣量計算)：

式中：ρL——最小檢測質(zhì)量濃度，μg/L；

Nd——基線噪聲峰峰值；

ρ——六價鉻標準溶液質(zhì)量濃度，μg/L；

V——進樣體積，μL；

H——六價鉻的峰高。

4.4 定性和定量重復性

在4.3條件下，基線穩(wěn)定后由進樣系統(tǒng)注入一定體積的0.2 μg/L六價鉻標準溶液，連續(xù)測量7次，記錄色譜峰的保留時間T和色譜峰面積A，按公式(5)和公式(6)分別計算其相對標準偏差作為定性重復性RT和定量重復性RA。

式中：RT——定性(色譜保留時間)重復性，%；

RA——定量(色譜峰面積)重復性，%；

Ti——第i次測得的保留時間，s；

Ai——第i次測得的色譜峰面積；

n——測量次數(shù)，n=7。

5 校準實例

按照上述校準方法，對廣州譜臨晟科技有限公司Elspe-2型超痕量六價鉻分析儀進行校準，分別得到泵流量設(shè)定值誤差和穩(wěn)定性、基線噪聲和漂移、最小檢測濃度、定性和定量重復性。

5.1 泵流量設(shè)定值誤差和穩(wěn)定性

儀器穩(wěn)定后，按4.1 校準方法對泵流量進行測量，結(jié)果列于表2。實驗溫度為23.1 ℃，根據(jù)JJG 705—2014[18]附錄C.1查表可得，對應(yīng)溫度下的純水密度為0.997 5 g/cm3。

表2 泵流量設(shè)定值誤差和穩(wěn)定性校準數(shù)據(jù)及結(jié)果

5.2 基線噪聲和漂移

儀器開機預(yù)熱，待基線平穩(wěn)后，記錄基線30 min，基線噪聲為6×10-4，30 min 基線漂移為1.0×10-3。

5.3 最小檢測濃度

按4.3 校準方法，由自動進樣系統(tǒng)注入400 μL 0.1 μg/L 六價鉻標準溶液，記錄色譜峰高為4.4×10-3，基線噪聲為6.00×10-4，由公式(4)計算得儀器最小檢測質(zhì)量濃度ρL為0.027 μg/L。

5.4 定性和定量重復性

按4.4 校準方法，基線穩(wěn)定后由進樣系統(tǒng)注入400 μL 0.2 μg/L六價鉻標準溶液，連續(xù)測量7次，記錄色譜峰的保留時間和色譜峰面積，由公式(5)和公式(6)計算定性、定量重復性，結(jié)果列于表3。

表3 定性和定量重復性校準數(shù)據(jù)及結(jié)果

綜上所述，Elspe-2型超痕量六價鉻分析儀按本方法計量校準所得泵流量設(shè)定值誤差為0.09%，穩(wěn)定性為0.10%，基線噪聲為6×10-4，30 min 基線漂移為1.0×10-3，最小檢測質(zhì)量濃度為0.027 μg/L，定性重復性為0.5%，定量重復性為1.3%。各校準項目結(jié)果均能滿足建議的計量技術(shù)指標。

5.5 最小檢測濃度測量結(jié)果不確定度評定

5.5.1 數(shù)學模型

式(4)中，Nd、ρ、V和H各分量相互獨立，最小檢測質(zhì)量濃度的相對擴展不確定度Urel由式(7)計算：

5.5.2 輸入量Nd引入的相對標準不確定度urel(Nd)

基線噪聲的不確定度主要來源于檢測器工作穩(wěn)定性和測量峰-峰值時所用卡尺的不確定度(此項影響較小，可忽略)。在儀器正常工作狀態(tài)下，連續(xù)記錄基線60 min，將基線圖譜均勻分為6段，取各段噪聲的最大峰值，采用A類不確定度評定方法，計算單次測量值的相對標準偏差作為輸入量Nd引入的urel(Nd)。

5.5.3 輸入量ρ引入的相對標準不確定度urel(ρ)

標準物質(zhì)質(zhì)量濃度引入的不確定度，主要考慮所用六價鉻單元素溶液標準物質(zhì)引入的不確定度分量，以及溶液逐級稀釋過程中容量瓶和移液管最大允許誤差引入的不確定度分量。采用B類不確定度評定方法計算。六價鉻單元素溶液標準物質(zhì)的相對擴展不確定度由國家標準物質(zhì)證書給出0.8%(k=2)，則urel，1(ρ)=0.4%。溶液由100 μg/mL 經(jīng)2 次稀釋至0.1 μg/L，選用100 mLA 級容量瓶(最大允許誤差為±0.1 mL)和1 mL A 級分度吸量管(最大允許誤差為±0.008 mL)，服從均勻分布，k= 3，100 mL 容量瓶和1 mL 分度吸量管容量允差引入的相對標準不確定度分量分別為0.06%和0.46%，合成得溶液逐級稀釋過程引入的相對標準不確定度urel，2(ρ)=0.66%，按式(8)計算urel(ρ)。

5.5.4 輸入量V引入的相對標準不確定度urel(V)

進樣體積引入的不確定度主要來源于自動進樣器的容量誤差(±1%)引入的不確定度分量，服從均勻分布，采用B類不確定度評定方法計算urel(V)。

5.5.5 輸入量H引入的相對標準不確定度urel(H)

標準溶液色譜峰高的不確定度主要體現(xiàn)于測量重復性，通過多次重復測量，采用A類不確定度評定方法計算單次測量值的相對標準偏差作為輸入量H引入的urel(H)。

5.5.6 合成相對標準不確定度uc，rel

最小檢測質(zhì)量濃度測量結(jié)果各輸入量的不確定度分量及合成相對標準不確定度列于表4。

表4 最小檢測質(zhì)量濃度測量結(jié)果的不確定度分量及合成相對標準不確定度%

5.5.7 擴展不確定度

取置信概率P=95%，k=2，按Urel=k·uc，rel計算得最小檢測質(zhì)量濃度測量結(jié)果的相對擴展不確定度Urel=8%，k=2。

6 結(jié)語

根據(jù)超痕量六價鉻分析儀的結(jié)構(gòu)、工作原理，建立一種超痕量六價鉻分析儀的校準方法，對儀器的泵流量設(shè)定值誤差和穩(wěn)定性、基線噪聲和漂移、最小檢測濃度、定性和定量重復性進行評價。結(jié)果表明，該方法切實可行，可為評價該類儀器的計量性能，設(shè)備使用者內(nèi)部的期間核查、儀器校準提供參考。