電感耦合等離子發射光譜（ICP—AES）法測定水中鉛的不確定度分析

摘 要：利用電感耦合等離子發射光譜（ICP-AES）測定水中鉛實驗為主線，分析實驗各個環節中隨機誤差對該實驗結果的影響，從而確定影響實驗結果的主要隨機誤差，以期為相同或類似實驗減少誤差提供參考。

關鍵詞：相對不確定度；不確定度；誤差

中圖分類號 O657 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）22-26-03

儀器法測試重金屬元素被廣泛地運用，測量不確定度是對測量結果可能誤差的度量，評判測量結果質量的一個重要參數。筆者旨在通過對實驗室中ICP-AES法測定水中鉛元素過程的分析，找出本次分析測試過程中主要可能引入誤差的步驟，以期為相同或類似實驗減少誤差提供參考。

1 方法與儀器

1.1 方法原理 當氬氣通過等離子體火炬時，經射頻發生器所產生的交變電磁場使其電離、加速并與其他氬原子碰撞。這種鏈鎖反應使更多的氬原子電離，形成原子、離子、電子的粒子混合氣體，即等離子體。等離子體火炬可達6 000～8 000K的高溫，過濾或消解處理過的樣品經進樣器中霧化器被霧化并由氬載氣帶入等離子體火炬中，氣化的樣品分子在等離子體火炬的高溫下被原子化、電離、激發并發射出元素的特征譜線。特征光譜的強弱與樣品中原子濃度有關，與標準溶液進行比較，即可定量測定水樣中鉛元素的含量。

1.2 主要儀器及試劑

1.2.1 主要儀器 電感耦合等離子發射光譜儀（Prodigy ICP）。電感耦合等離子發射光譜儀主要工作參數：射頻功率1.2kW，輔助氣0.2LPM，冷卻氣20LPM，霧化器52PSI，蠕動泵速1.3mL/min，積分時間20s。

1.2.2 試劑 鉛的標準貯備液編號為GSB04-1767-2004，質量濃度為100μg/mL，相對擴展不確定度（包含因子2）1.4%。研制單位為國家有色金屬及電子材料分析測試中心。實驗用水為去離子水，鹽酸、硝酸為優級純。實驗所用容器清洗干凈后，用10%的熱硝酸浸泡后，再用自來水沖洗、去離子水沖洗。

1.3 實驗方法

1.3.1 標準曲線

1.3.1.1 標準曲線繪制 標準溶液為從國家有色金屬及電子材料分析測試中心購入，編號為GSB04-1767-2004，質量濃度為100μg/mL，相對擴展不確定度（包含因子2）1.4%的多金屬混合標準樣品中用1mL刻度吸管（A級）分別準確移取1mL標準貯備液到1000mL、500mL、100mL、50mL容量瓶（A級），用5% HNO3稀釋到標線，配制質量濃度分別為0.1mg/L、0.2mg/L、1.0mg/L、2.0mg/L系列標準溶液。

在儀器充分預熱、吹掃的情況下，調取譜線庫中Pb220.353nm做分析線，進行譜線校準、背景扣除，通過對標準空白溶液及上述系列標準溶液的測定，分別測得一系列響應值，儀器自動繪制出濃度與響應值的標準曲線。

1.3.1.2 標準使用液配制 標準使用液從環境保護部標準樣品研究所購買，編號為GSB07-1183-2000，批號：201221，質量濃度為1.00mg/L，擴展不確定度為0.04mg/L，擴展不確定度（包含因子k=2）。按其證書所述使用方法：臨用前小心打開安瓿，用10mL干燥潔凈移液管從安瓿中準確量取10mL濃樣至250mL容量瓶中，用1%硝酸稀釋定容至刻度，混勻后立即使用。

1.3.2 樣品測試

1.3.2.1 樣品預處理 樣品預處理完全按照《水和廢水分析方法》（第四版增補版）上的要求步驟。

1.3.2.2 樣品測定 樣品的測定方法與測定標準溶液相同，直接用進樣針通過蠕動泵的帶動來達到進樣目的。儀器自動獲得強度值，通過強度值從標準曲線上讀取對應的濃度。

1.3.2.3 擬合后的回歸方程[y=a+bx]，式中：[y]—強度值；[a]—回歸方程截距；[b]—回歸方程斜率；[x]—被測溶液中的待測物質的質量濃度。

2 不確定度的評定

2.1 取樣引入的不確定度 用50mL的量筒量取樣品，這個過程產生的不確定度，包括以下2個部分，在此不考慮溫度變化帶來的不確定度。

（1）量筒體積刻度引入的不確定，通過查閱《常用玻璃量器檢定規程》（JJG196-2006）得知：50mL量筒的容量允差為±0.25mL，按均勻分布，標準不確度為0.14mL。

（2）量筒刻度的估讀誤差，經驗值為0.10mL。按均勻分布，標準不確度為0.058mL。

以上二項合成得到50mL量筒取樣時引入的相對不確定度為：

2.2 樣品消解后定容體積引入的相對不確定度 樣品消解后定容時引入相對不確定度主要是50mL容量瓶定容產生的不確定度，包括以下2個部分，在此不考慮溫度變化帶來的不確定度。

（1）容量瓶體積刻度帶來的不確定度，通過查閱《常用玻璃量器檢定規程》（JJG196-2006）得知：50mL容量瓶的容量允差為±0.05mL，按均勻分布，標準不確度為0.029mL。

（2）容量瓶刻度的估讀誤差，經驗值為0.03mL。按均勻分布，標準不確度為0.017mL。

以上二項合成得到50mL量筒取樣時引入的相對不確定度為：

2.3 消解過程引入的相對不確定度 樣品在消解過程中受消解條件、元素性質等諸多因素的影響，引入的不確定度可通過回收實驗來評定。不考慮由系統引入的不確定度。

2.3.1 回收實驗結果 回收實驗結果見表1。

2.3.2 回收實驗的不確定度 本次回收實驗采用的標準樣品為環境保護部標準樣品研究所購買，編號為GSB07-1183-2000，批號：201220，質量濃度為0.400mg/L，擴展不確定度為0.019mg/L，擴展不確定度（包含因子k=2）。則標準樣品定值引入的標準不確定度為[u（cs）=0.0192=0.009 5]mg/L。

根據回收率計算公式，回收實驗引入的相對標準不確定度：

2.4 樣品重復測試產生的相對不確定度 對同一水樣中鉛進行5次測試，以此來計算樣品重復測試產生的相對不確定度。測試結果見表3。

實際測試水樣中鉛以3次積分，測得樣品的濃度值：

樣品重復性測量相對標準不確定度為：

3 合成不確定度

根據表3中所列數據，計算合成標準不確定度：

4 擴展不確定度

取包含因子k=2（95%置信概率），則擴展不確定度為：[U=kuc（c）=0.006]mg/L

5 結論

（1）ICP-AES法測試水中鉛，測量結果為0.099mg/L，擴展不確定度為0.006mg/L（k=2），也可以表示為：（0.099±0.006）mg/L，k=2。

（2）由表3可得，在不考慮曲線擬合引入的不確定度的情況下，對不確定度貢獻最大的主要的是消解過程中引入的不確定度和樣品重復測試引入的不確定度。

參考文獻

[1]JJG196-2006，常用玻璃量器檢定規程[S].

[2]北京市環境保護監測中心.環境監測測量不確定度評定[M].北京：中國計量出版社，2009.

[3]國家環境保護總局.水與廢水監測分析方法（第四版）.[M].北京：中國環境科學出版社，2002.

（責編：施婷婷）