孫百華，畢占嶺，高成苗

(山東龍信監(jiān)測科技有限公司，山東 煙臺(tái) 265700)

水中總磷含量的測定是我國環(huán)境監(jiān)測項(xiàng)目中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，但在日常測定過程中由于測量誤差、標(biāo)準(zhǔn)溶液、儀器誤差等對其檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生了影響。本文根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11893-1989《水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》[1]，采用鉬酸銨分光光度法對某公司生活污水排放口的污水樣品進(jìn)行了測試，并根據(jù)CNAS-GL006化學(xué)分析中不確定度的評估指南[2]，及JJF 1059.1-2012測量不確定度評定與表示 技術(shù)規(guī)范[3]對測定過程中的不確定來源進(jìn)行了分析、評定，有利于更好的指導(dǎo)今后的測試工作，提高測試結(jié)果的可信度與準(zhǔn)確性。

1 測量方法

1.1 檢測方法及原理

檢測方法：GB/T 11893-1989水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法[1]。

原理：在中性條件下用過硫酸鉀使試樣消解，將所含磷全部氧化為正磷酸鹽。在酸性介質(zhì)中正磷酸鹽與鉬酸銨反應(yīng)在銻鹽存在下生成磷鉬雜多酸后，立即被抗壞血酸還原，生成藍(lán)色的絡(luò)合物。通過測定在700 nm波長的吸光度，空白樣品調(diào)節(jié)零點(diǎn)，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上求出磷含量。

1.2 建立數(shù)學(xué)模型

根據(jù)GB/T 11893-1989鉬酸銨分光光度法測定水質(zhì)中總磷含量的數(shù)學(xué)模型可寫為式(1)：

(1)

式中：C——試樣中總磷的質(zhì)量濃度，mg/L

m——試樣溶液測得總磷含量，μg

V——測定用試樣溶液體積，mL

曲線擬合的回歸方程為式(2)：

y=a+bx

(2)

式中：y——溶液的吸光度

x——曲線查得的總磷質(zhì)量，同式(1)中m

a——回歸方程截距

b——回歸方程斜率

1.3 測量儀器及試劑

紫外可見分光光度計(jì)T6新世紀(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)；立式壓力蒸汽滅菌器YXQ-50SII；比色管(25 mL，A級、50 mL，A級)；單標(biāo)線容量瓶(100 mL，A級、250 mL，A級、500 mL，A級)；單標(biāo)線吸量管(10 mL，A級、15.0 mL，A級)；分度吸量管(1 mL，A級、2 mL，A級、5 mL，A級、10 mL，A級)、50 mL具塞滴定管；磷酸鹽磷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)102820(生態(tài)環(huán)境部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所)標(biāo)準(zhǔn)值500 mg/L，相對擴(kuò)展不確定度1%，k=2。

過硫酸鉀，分析純、硫酸，分析純、鉬酸銨，分析純、抗壞血酸，分析純。

1.4 測量對象

某公司生活污水排放口的污水樣品。

1.5 試驗(yàn)環(huán)境條件

試驗(yàn)過程在(25±2)℃的恒溫實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.6 試驗(yàn)過程

(1)取5 mL水樣于50 mL從酸缸取的比色管中，加4.00 mL過硫酸鉀溶液加塞，紗布包緊，置于高壓滅菌鍋，120 ℃消解30 min，取出放冷，用水稀釋至標(biāo)線。

(2)加1.00 mL抗壞血酸溶液，混勻，3 s后加2.00 mL鉬酸鹽溶液，放置15 min后，測定吸光值。

2 測量不確定度的主要來源

在同一試驗(yàn)條件下，污水樣品中總磷含量測量結(jié)果不確定度主要來源如表1所示。

表1 污水中總磷含量測量結(jié)果不確定度來源Table 1 Sources of uncertainty of measurement results of total phosphorus content in sewage

3 各類標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定

3.1 配制梯度標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對不確定度μrel(1)

3.1.1 磷酸鹽磷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的不確定度μ1(標(biāo))

根據(jù)磷酸鹽磷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書上的信息得到，標(biāo)準(zhǔn)值為500 mg/L，相對擴(kuò)展不確定度為1%，k=2。則磷酸鹽磷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：μ1 rel(標(biāo))=1%/2=0.5%=0.005。

3.1.2 磷酸鹽磷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稀釋引入的不確定度μ1(稀釋)

磷酸鹽磷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)經(jīng)過2次稀釋后，得到2 μg/mL的磷標(biāo)準(zhǔn)工作液。第一步，將標(biāo)準(zhǔn)值為500 mg/L的磷酸鹽磷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稀釋10倍，該稀釋過程使用了分度吸量管(10 mL，A級)和容量瓶(100 mL，A級)；第二步，將第一步稀釋后的溶液再稀釋25倍，該稀釋過程使用了分度吸量管(10 mL，A級)和容量瓶(250 mL，A級)。因整個(gè)試驗(yàn)過程均在恒溫實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，忽略因溫度差引入的不確定度[4]。

(1)第一次稀釋引入的不確定度μ1(稀釋1)

以上2項(xiàng)合成得出第一次稀釋引入的相對不確定度：

(2)第二次稀釋引入的不確定度μ1(稀釋2)

以上2項(xiàng)合成得出第二次稀釋引入的相對不確定度：

(3)合并磷酸鹽磷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)經(jīng)過2次稀釋的各分量得出μ1rel(稀釋)

3.1.3 配置梯度磷標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度μ1(梯度)

取7支50 mL的比色管并編號，按順序分別加入已配備的2 μg/mL的磷標(biāo)準(zhǔn)工作液0 mL、0.5 mL、1.0 mL、3.0 mL、5.0 mL、10.0 mL、15.0 mL，并依次加水定容至25.0 mL，再向每支比色管中分別加入4.0 mL濃度為50 g/L的過硫酸鉀溶液，將具塞刻度管的蓋塞緊后，用紗布將玻璃塞扎緊，放在大燒杯中置于立式壓力蒸汽滅菌器中加熱，待壓力達(dá)1.1 kg/cm2，相應(yīng)溫度為120 ℃時(shí)，保持30 min后停止加熱，待壓力表讀數(shù)降至零后，取出放冷。然后用水稀釋至50 mL。

7支比色管磷含量分別為0 μg、1.00 μg、2.00 μg、6.00 μg、10.00 μg、20.00 μg、30.00 μg的梯度溶液。

查常用玻璃量器檢定規(guī)程 JJG 196-2006，分別移取2 μg/mL的磷標(biāo)準(zhǔn)工作液0.5 mL、1.0 mL、3.0 mL、5.0 mL、10.0 mL、15.0 mL所用吸量管的最大允許誤差為如表2所示。

表2 吸量管最大允許誤差Table 2 Maximum allowable error of pipette

同理，可以計(jì)算出配置磷含量分別為2.00 μg、6.00 μg、10.00 μg、20.00 μg、30.00 μg的梯度標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為：0.00463、0.00482、0.00290、0.00118、0.000989。計(jì)算時(shí)取最大相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度，即μ1rel(梯度)=0.00924。

3.1.4 合并以上各項(xiàng)，則配制梯度標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對不確定度μrel(1)

μrel(1)

=0.0107

3.2 樣品重復(fù)測量引入的不確定度μrel(2)

對試樣溶液吸光度y重復(fù)測定10次，并扣除空白試驗(yàn)的吸光度A0后，從工作曲線上查得磷含量，其中測定用試樣溶液的體積V=10 mL，試樣溶液的測定數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 試樣重復(fù)測定總磷含量的結(jié)果(n=10)Table 3 Results of total phosphorus content in sample repeated determination (n=10)

樣品重復(fù)測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度采用A類方法評定，應(yīng)用貝賽爾公式計(jì)算試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

所以日常檢測中由重復(fù)性測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

μrel(2)=0.0066/2.42=0.0027

3.3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線擬合引入的不確定度μrel(3)

(1)分別測定磷含量為0 μg、1.00 μg、2.00 μg、6.00 μg、10.00 μg、20.00 μg、30.00 μg各梯度濃度溶液的吸光度各2次，結(jié)果如表4所示。

表4 各磷含量下的吸光度Table 4 Absorbance under different phosphorus content

擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.0239x-0.0004的標(biāo)準(zhǔn)偏差：

式中：n——標(biāo)準(zhǔn)曲線上各梯度濃度溶液的測量次數(shù)：n=7×2=14

yi——實(shí)測扣除空白試驗(yàn)的吸光度

a+bxi——按曲線計(jì)算出的每個(gè)量值的吸光度

(3)標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合對被測溶液產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度按下式計(jì)算：

=0.080 μg

式中：P——被測試液的測量次數(shù)，P=10

b——標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率，b=0.0239

n——標(biāo)準(zhǔn)曲線上各梯度濃度溶液的測量次數(shù)，

n=7×2=14

x——被測溶液的總磷含量，x=m=24.21 μg

相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

μrel(3)=0.080/24.21=0.0033

3.4 移取試樣體積引入的不確定度μrel(4)

3.5 試樣消解定容引入的不確定度μrel(5)

3.6 分光光度計(jì)精密度引入的不確定度μrel(6)

由紫外可見分光光度計(jì)T6新世紀(jì)的校準(zhǔn)證書可知，儀器的擴(kuò)展不確定度為0.6%，k=2，則分光光度計(jì)引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

μrel(6)=0.6%/2=0.0030

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于各不確定度分量彼此獨(dú)立，互不相關(guān)，則污水中的總磷含量檢測結(jié)果的合成相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

=1.20%

已知測得污水樣品中總磷含量的平均值C=2.42 mg/L，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

μ(C)=C×μrel=2.42 mg/L×1.20%=0.029 mg/L

5 擴(kuò)展不確定度及其表示

根據(jù)JJF 1059.1-2012測量不確定度評定與表示 技術(shù)規(guī)范，取95%的置信區(qū)間，置信因子k=2，則鉬酸銨分光光度法對污水樣品中的總磷含量檢測結(jié)果的擴(kuò)展不確定度：

U=k×μ(C)=2×0.029mg/L=0.06 mg/L

某公司生活污水排放口的污水樣品中總磷含量為：

C=(2.42±0.06)mg/L，k=2。

6 結(jié) 論

綜上所述，測量不確定度反映了測量結(jié)果的不確定程度，不確定度越小表明測量結(jié)果的精確度和可信度越高。從分光光度法測定污水樣品中總磷含量檢測結(jié)果的不確定度的整個(gè)評定過程可以看出，配制梯度標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度占較大比例，其次為標(biāo)準(zhǔn)工作曲線擬合以及樣品的重復(fù)性測定引入的不確定度。因此，在日常檢測過程中可以通過提高操作者的操作水平、熟練程度，以及使用精密度等級更高的玻璃儀器等方法降低以上影響因素對不確定度的貢獻(xiàn)，從而提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度和可信度。