气相色谱法测定地下水中六六六结果的不确定度评定_李松.pdf

2008 年 8 月 August 2008 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 27，No． 4 295 ～298 收稿日期 2007- 09- 17; 修订日期 2008- 01- 16 基金项目 国土资源部地质大调查项目资助 200120190107 －05 ; 地质调查工作项目 地下水有机污染物分析 技术研究项目资助 121201063460 ; 国家地质实验测试中心基本科研项目资助 2008CSJ02 作者简介 李松 1978 － ， 男， 北京市人， 工程师， 分析化学专业。E- mail ccagvip163． com。 文章编号 0254 －5357 2008 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 檪檪 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 檪檪 殏 殏 殏 殏 04 －0295 －04地下水有机污染物分析测试技术专栏 气相色谱法测定地下水中六六六结果的不确定度评定 李松，饶竹 国家地质实验测试中心，北京100037 摘要 依照 测量不确定度评定与表示 ， 对气相色谱法测定地下水中六六六 HCH 四种单 体结果进行了不确定度评定。分析了测量过程中引入的不确定度来源， 包括提取液体积的量取、 样品提取溶液的定容体积、 分析仪器的进样量、 标准系列溶液的测量以及仪器重复测定等分量引 入不确定度及其各参数的采集和计算方法， 最后合成标准不确定度， 通过乘以 95 概率下的扩 展因子 2， 获得测量结果的扩展不确定度。 关键词 不确定度评定; 六六六; 气相色谱法; 地下水 中图分类号 O213． 1; O657． 71; S482． 32文献标识码 B Uncertainty uation of Measurement Results for the Determination of HCH in Groundwater Samples by Gas Chromatography LI Song，RAO Zhu National Research Center for Geoanalysis，Beijing100037，China Abstract Based on ＜uation and Expression of Uncertainty in Measurement ＞， the measurement results of HCH in groundwater samples by gas chromatography GC were collected and the measurement uncertainty was uated． The sources of uncertainty produced in analysis process were discussed and the sampling volume for HCH extraction， volume fixing for HCH- extracted sample solution，sample volume introduced in GC instrument，measurement of the calibration standard solutions and the repetitive measurements of the instrument，etc． were considered as the main sources of the measurement uncertainty．The uncertainty expression parameters and mathematical models for calculating each parameter were also proposed． And the expanded uncertainty was obtained from synthesize standard uncertainty multiplied by expanded factor of 2 under the confidence level of 95． Key words uncertainty uation; hexachlorocyclohexane HCH ; gas chromatography; groundwater 不确定度是与测量结果相关联的参数， 表征合 理地赋予被测量的分散性。它是考察一种测量方 法能力优劣的指征， 是对检测数据进行客观真实的 表述。由于全国地下水调查的需要， 及时总结与评 定分析结果的不确定度， 对实验室分析数据的汇总 整合具有科学的评价意义。 本文利用正己烷液 － 液萃取地下水中 12 种半 挥发性有机污染物组分， 以气相色谱 － 电子捕获检 测器 GC － ECD 、 高效液相色谱 － 紫外 － 荧光检 测器 HPLC － UV － FLD 分别检测特征化合物， 参 照 测量不确定度评定与表示 等相关文献 ［1 －9 ］， 对水样萃取过程中提取液体积的量取、 样品提取溶 液的定容、 标准系列溶液的测量、 分析仪器的进样 量以及仪器重复测定等不确定度来源进行评定与 表述。全国地下水调查评价项目中， 半挥发性必测 组分有总六六六、 α － 六六六、 β － 六六六、 γ － 六六 592 ChaoXing 六、 δ － 六六六、 总滴滴涕、 p， p － DDE、 p， p － DDD、 o， p － DDT、 p， p － DDT、 六氯苯、 苯并［ a］ 芘等。六 六六是部分地下水样品有检出的半挥发污染物主 要组分， 因此， 本文以 HCH 四种单体测量结果的不 确定度评定为例介绍计算过程， 其他组分可依此方 法进行类似计算。 1实验部分 1． 1仪器与主要试剂 GC －2010 气相色谱仪 － 电子捕获检测器 GC － ECD， 日本岛津公司 。六六六 HCH 农药标准 溶液 国家标准物质研究中心 ; 正己烷 农残级 ; 无水Na2SO4、 NaCl 均为优级纯 北京化工厂 ， 600 ℃马弗炉中灼烧4 h 后备用; 1 L 棕色样品瓶 美国 SUPELCO 公司 ， 内衬有聚四氟乙烯膜的螺旋盖。 1． 2气相色谱分析条件 Rtx－ CLⅡ毛细管色谱柱 30 m 0． 32 mm， 膜厚 0． 25 μm 。仪器分析条件参见文献［ 10］ 。 1． 3分析流程 1 L 水样转入预先加入 30 g NaCl 的 1 L 分液 漏斗中， 用50 mL 正己烷萃取5 ～10 min， 将正己烷 层转入 250 mL 锥形瓶中， 再向水相中分别加入 25 mL 正己烷进行第 2 次、 第 3 次萃取， 步骤同上， 合 并 3 次有机相。向有机相中加入少量无水Na2SO4， 稍稍振摇放置 20 ～ 30 min 后过滤， 以除去有机相 中的水分。35℃下旋转蒸发浓缩至 5 ～ 10 mL， 转 移至 25 mL KD 浓缩瓶中， 氮气浓缩并用正己烷 定容至 1． 00 mL， GC － ECD 测定。 地下水样品中 HCH 组分测试流程见图 1。 图 1地下水样中 HCH 组分气相色谱测试流程 Fig． 1Procedure for the determination of HCH in groundwater sample by gas chromatography 1． 4测定结果的数学模型 配制 HCH 标准溶液系列进行 GC － ECD 测 定， 经线性回归得到各自的线性方程。采用与标准 组分保留时间相比较的方式对待测组分进行定性 分析; 外标法对待测组分进行定量分析。计算水中 HCH 含量的公式为 ρ c V VS Rec 式中， ρ地下水样品中 HCH 的质量浓度 ng/L ; c提取液定容溶液中的浓度 ng/mL ; V样品提 取液的定容体积 mL ; VS地下水的取样量 L ; Rec回收率校正因子。 2不确定度来源的识别与量化 根据分析过程的描述， 地下水中 HCH 测定结果 不确定度的来源可以从以下方面进行评定 图2 。 图 2地下水中 HCH 测定的不确定度来源 Fig． 2Uncertainty sources for the determination of HCH in groundwater 2． 1样品采集瓶体积引入的不确定度 样品采集瓶为 1 L 硅烷化均匀的棕色样品瓶， 厂商提供的误差为 5．00 mL， 以矩形分布槡3 计算 样品采集瓶体积引入的不确定度 B 类评定 为 u V1 槡 5． 00/ 3 2． 89 mL urel V1 u V1 /V1100 0． 29 2． 2提取液总体积引入的不确定度 用 50 mL 量筒分 3 次 50． 0、 25． 0、 25． 0 mL 量取 V2． 1正己烷， 50 mL 量筒满刻度最大误差为 0． 50 mL， 按矩形分布计算， 量筒误差引入的不 确定度 B 类评定 为 u V2． 1 槡 0． 50/ 3 0． 29 mL urel V2． 1 u V2． 1 50． 0 槡 3 100 1． 00 为方便计算， 公式中以槡3为计算因子得到量筒 量取 3 次引入的相对不确定度为 1． 00。 量取 V2分散性引入的不确定度， 参照经验估 计该误差为 0． 10 mL， 以矩形分布计算量筒量取 分散性引入的不确定度 A 类评定 为 u V2． 2 槡 0． 10/ 3 0． 058 mL urel V2． 2 u V2． 2 50． 0 100 0． 12 提取液总体积引入的相对不确定度为 urel V2 u2 rel V2． 1 u 2 rel V2． 2 槡 1． 01 692 第 4 期 岩矿测试 http ∥ykcs． i3t． com． cn/ 2008 年 ChaoXing 在萃取过程中正己烷提取液 最后浓缩至 1． 00 mL 的使用量对水中有机污染物的萃取率影响不 大， 所以提取液总体积引入的不确定度可忽略不计。 2． 3提取液定容体积引入的不确定度 实验中正己烷提取液经浓缩后， 转移至 KD 浓缩瓶中定容。厂商提供的 1． 00 mL KD 浓缩 瓶误差为 0． 02 mL， 以矩形分布计算定容引入的 不确定度 B 类评定 为 u V3 槡 0． 02/ 3 0． 012 mL urel V3 u V3 /V3100 1． 15 2． 4标准溶液制备引入的不确定度 HCH 农 药 组 分 标 准 溶 液 浓 度 均 为 50． 0 μg/mL， 其 标 准 溶 液 证 书 中 提 供 的 不 确 定 度 ［ urel ρ std ］ 均为 2． 00。储备液由 25 μL 微量注 射器 允许误差为 0． 2 μL 移取 20 μL， 用正己烷 定容至 1． 00 mL， 稀释成 1． 00 μg/mL 标准溶液， 其 不确定度以矩形分布计算 B 类评定 为 u V移std 槡 0． 2/ 3 0． 12 μL urel V移std u V移std /V移std100 0． 58 标准溶液定容体积引入的不确定度同提取液 定容体积引入的不确定度， 即 urel V定std urel V3 1． 15 标准溶液稀释过程引入的相对标准不确定度为 urel dilstd u2 rel V移std u 2 rel V定std 槡 1．29 实验用标准系列溶液的制备过程为多级稀释， 由 于二级以上标准储备液的制备过程引入的不确定度 相对较小， 文中将该部分分量引入的不确定度忽略。 2．5标准曲线回归和样品稀释过程引入的不确定度 为了校准气相色谱仪， 配制 HCH 标准系列溶 液进行 GC － ECD 测定， 以建立各组分校正曲线， 经线性回归得到各自的线性方程 见表 1 。 表 1 HCH 标准系列线性方程① Table 1The linear equations of HCH standards HCH 单体 5．00 ng/mL A1A2 10．0 ng/mL A1A2 20．0 ng/mL A1A2 α －六六六 25310．75 25910．7546217．445891．4115581．7 120798．6 β －六六六 17821．718021．731556．731004．969893．9 70010．3 γ －六六六 26510．45 27210．4549225．450021．7117872．2 113280．5 δ －六六六 26891．926071．945900．845134．1115329．1 121324．6 HCH 单体 40．0 ng/mL A1A2 60．0 ng/mL A1A2 A bρ a α －六六六 262710．1 258947．9 390761．5 387626．6A 6759．9ρ －14540 β －六六六 141136．4 148876．5 208283．4 214452．5 A 3579．1ρ －1529．7 γ －六六六 258247．0 261032．4 382540．0 379982．7A 6593．0ρ －11418 δ －六六六 256383．1 250346．6 383495．5 388645．2A 6658．4ρ －13823 ① 表中 A1、 A2代表气相色谱仪测量的峰面积; ρ 为标准溶液的 质量浓度， 单位为 ng/mL。 对地下水某个待测样品定容溶液进行了二次 测定， 由直线方程求得平均浓度 ρ0， 则 ρ0的标准不 确定度的计算公式 A 类评定 为 u ρ0 sA b 1 p 1 n ρ 0－ 珋 ρ 2 s 槡 cc 式中， sA ∑ n j 1［ Aj － a bρj ］ n 槡 －2 ， 标准溶液峰面积 Aj 的残差的标准偏差; 珋ρ ∑ n j 1ρj /n， 标准溶液平 均浓度; scc ∑ n j 1 ρ j － 珋 ρ 2， 标准溶液浓度的残差的 平方和; n 为标准溶液的测量次数， 本文为 10; p 为 ρ0的测量次数， 本文为 2。 由最小二乘法拟合曲线求得 ρ0时所产生的标 准不确定度 u ρ0 见表 2。 表 2地下水样品中 HCH 测定结果不确定度计算① Table 2Calculation on the determination results of HCH in groundwater sample HCH 单体 吸光度 A1A2 ρ0 ng/mL 珋 ρ / ng/mL sAscc u ρ 0 / ng/mL urel ρ 0 / α- 六六六 210234．4 220746．534．027．05843．78 4165．920．680．020 β- 六六六 86482．789974．325．127．03559．61 4167．89 0．770．031 γ- 六六六 10568．512057．43．4527．06066．02 4166．73 0．790．23 δ- 六六六 8873．18765．33．4027．05670．21 4165．75 0．730．21 ① 表中 A1、 A2代表气相色谱仪测量的峰面积， β － 六六六所对应 的 A1、 A2为样品稀释 5 倍后的色谱峰面积。 由于样品溶液中 β － 六六六组分含量超出标准 曲线范围， 需要进行稀释处理。溶液由 250 μL 微量 注射器 允许误差为 1 移取200 μL， 用正己烷定 容至1．00 mL， 其相对标准不确定度 B 类评定 为 urel V移sam 1．00 样品溶液稀释过程中定容体积引入的不确定 度同提取液定容体积引入的不确定度， 即 urel V定sam urel V3 1． 15 样品溶液稀释过程引入的相对标准不确定度为 urel dilsam u2 rel V移sam u 2 rel V定sam 槡 1．52 2． 6仪器进样量引入的不确定度 HCH 组分采用气相色谱10 μL 微量注射器自动 进样1 μL， 其相对标准偏差 RSD 为 1．00 ， 即 GC 进样体积引入的相对标准不确定度 B 类评定 为 urel Vinj 1． 00 2． 7萃取过程对样品回收率引入的不确定度 萃取过程对样品回收率的影响所产生的不确 定度具体表现为 8 次测量样品回收率平均值的 792 第 4 期李松等 气相色谱法测定地下水中六六六结果的不确定度评定第 27 卷 ChaoXing 标准偏差 s ρRec ［6 ］， 基体加标回收试验中样品溶 液各组分浓度均低于方法的报出限， 其标准不确定 度 A 类评定 为 u ρ珔 R s ρ Rec 槡 3 同时需要对平均回收率 珔 R 进行显著性检验， 以确定 Rec 1/珔R 是否归入农残质量分数的计算 中。显著性检验如下 t 1 －珔R u ρ珔 R 当t 值大于或等于双边临界值 t 95， 24．30 时， 则 珔 R与1 有显著性差异， 说明Rec需要被使用以修正结果; 若t 值小于t 95， 2， 则Rec不需要使用。本文地下水样品 中HCH 农药残留珔R显著性检验结果见表3。 根据 t 值得到 4 种六六六单体均无显著性差 异， 因此 R不需要修正测试结果。 表 3地下水样品中 HCH 测定萃取过程 对回收率影响显著性检验① Table 3Significance test of the effect of extraction procedure on recovery for the determination of HCH in groundwater sample HCH 单体 珔 R/ s ρ Rec / u ρ 珔 R urel ρ 珔 R t 值 显著性差异 α －六六六96．35．152．973．090．012无 β －六六六106．02．831．631．540．037无 γ －六六六93．86．073．503．740．018无 δ －六六六94．45．973．453．650．016无 ① 样品回收率平均值珔R 及标准偏差［s ρRec ］ 参见文献［ 10］ 。 3合成标准不确定度 地下水中 HCH 测量结果的不确定度来源很 多， 除上述不确定度分量引入以外， 还有温度效应、 玻璃膨胀系数等因素。由于这些分量引入的不确 定度相对较小， 本文忽略计算。根据各分量得到合 成不确定度为 ucrel 珋ρ u2 rel V1 u 2 rel V3 u 2 rel ρ std u 2 rel dilstd u 2 rel ρ 0 u 2 rel dilsam u 2 rel Vinj u 2 rel［ s ρRec 槡 ］ 式中， urel dilsam 为样品溶液稀释过程引入的相对 标准不确定度， 文中 β － 六六六组分由于浓度较 高， 合成不确定度时应将稀释过程引入的不确定度 分量加和计算， 其他组分可视此分量值为 0。 在没有特殊要求的情况下， 按国际惯例取扩展 因子 k 2， 则扩展不确定度为 Uc k uc 珋ρ ， 其 中 uc 珋ρ ρ0 ucrel 珋 ρ /100。计算得到地下水 样品中各单体六六六的扩展不确定度见表 4。 表 4地下水样品中 HCH 各单体测定结果扩展不确定度 Table 4Expanded uncertainty for the determination sample of HCH in groundwater sample HCH 单体 ucrel 珋 ρ uc 珋 ρ / ngL －1 Uc/ ngL －1 α －六六六5．882．004．00 β －六六六4．295．38①10．76 γ －六六六6．710．230．46 δ －六六六6．620．220．44 ① 测定水样中 β － 六六六时将样品稀释 5 倍， 计算标准不确定度 时应乘以5。 4测量结果及不确定度表示 根据以上数据计算所得， 地下水样品中各单体 HCH 农药残留测定结果见表 5。 5结语 通过对地下水样品中六六六农药残留测定过 程的分析， 测定结果的不确定度主要来源于萃取过 程的精密度、 提取液的定容过程、 标准储备液及其 稀释过程等。本文对地下水样品中 HCH 组分测定 过程各步骤引入不确定度的采集和表述， 可为滴滴 涕、 六氯苯、 苯并［ a］芘等农药残留分析结果扩展 不确定度计算提供借鉴。 表 5地下水样品中 HCH 农药残留各单体测定结果报告 Table 5Analysis report for the determination of HCH in groundwater sample HCH 单体测定结果 扩展不确定度扩展因子 α －六六六34．0 ng/LU 4．0 ng/Lk 2 β －六六六125 ng/LU 11 ng/Lk 2 γ －六六六3．45 ng/LU 0．46 ng/Lk 2 δ －六六六3．40 ng/LU 0．44 ng/Lk 2 6参考文献 ［ 1］JJF 10591999， 测量不确定度评定与表示［ S］ ． ［ 2］吴葆存， 王烨， 王苏明． 电感耦合等离子体光谱法测 定农业地质调查土壤样品中铈的不确定度评定 ［ J］ ． 岩矿测试， 2006， 25 4 365 －368． ［ 3］郭兰典． 商品检测不确定度评定实例［ M］ ． 北京 中国 计量出版社， 2004194 －227． ［ 4］倪育才． 实用测量不确定度评定［ M］ ． 北京 中国计 量出版社， 2004． ［ 5］罗小玲， 刘长勇， 谢勇， 孔庆军． 气相色谱法测定蔬菜 中有机磷农药残留量的测量不确定度评定［J］ ． 石 河子大学学报 自然科学版， 2006， 24 6 736 －739． ［ 6］蒋永祥， 叶丽． 茶叶中多种有机磷农药残留量测定不确 定度的评定［ J］ ． 分析试验室， 2006， 25 12 54 －57． ［ 7］邵华， 刘肃， 钱永忠， 杨锚．气相色谱 －质谱联用法测定乐 果的不确定度评定 ［ J］ ．分析试验室， 2006， 256 84 －87． ［ 8 ］薛刚， 张进， 张均媚， 刘伟娟， 马文宏， 张燕， 王宜生． 气相 色谱法分析中不确定度的评定［ J］ ． 食品研究与开发， 2006， 27 10 109 －110． ［ 9］邓自西． 气相色谱法和高效液相色谱法分析中不确 定度的评定［ J］ ． 色谱， 2004， 22 5 568． ［ 10］ 李松， 饶竹， 宋淑玲． 全国地下水调查中12 种半挥发性 必检组分的测定［ J］ ． 岩矿测试， 2008， 27 2 91 －94． 892 第 4 期 岩矿测试 http ∥ykcs． i3t． com． cn/ 2008 年 ChaoXing