皮革禁用偶氮染料測試不確定度的分析與評定

趙振偉，何穎瑜，楊鋒波，馬偉娟（1.廣州質量監督檢測研究院，廣東廣州510860；2.國家皮革制品質量監督檢驗中心（廣州），廣東廣州510860）

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皮革禁用偶氮染料測試不確定度的分析與評定

趙振偉1，2，何穎瑜1，2，楊鋒波1，2，馬偉娟1，2
（1.廣州質量監督檢測研究院，廣東廣州510860；2.國家皮革制品質量監督檢驗中心（廣州），廣東廣州510860）

摘要：本文對皮革禁用偶氮染料測試過程中不確定度影響因素進行分析，建立皮革中禁用偶氮染料（高效液相色譜法）測試過程中不確定度的評定數學模型。結果表明：以高效液相色譜法測定皮革中禁用偶氮染料的含量時，不確定度主要來源為標準溶液配制過程、樣品的稱量過程、實驗回收率和樣品定容過程。以一塊黑色皮革陽性樣品為實驗對象，其聯苯胺檢測結果為33.68 mg/kg，合成不確定度為0.59 mg/kg，擴展不確定度為1.18 mg/kg。

關鍵詞：禁用偶氮染料；高效液相色譜法；不確定度

1　前言

偶氮染料是印染工藝中應用最廣泛的一類合成染料，常用于皮革的著色。但是在特殊條件下這一類染料能裂解產生多種致癌芳香胺，其經過活化后改變DNA結構，從而引起病變和誘發癌癥。歐盟已明文禁止皮革使用在還原條件下裂解產生23種致癌芳香胺的偶氮染料。

本文以 CNAS-GL06:2006為依據，評定/分析皮革中禁用芳香胺的檢測過程中存在的不確定度。遵照標準GB/T19942-2005《皮革和毛皮化學實驗禁用偶氮染料的測定》處理樣品，采用高效液相色譜法進行定量，對測試結果的各影響因素進行分析，從而評估檢測過程中對皮革中禁用芳香胺染料含量的不確定度。并以最常檢出的聯苯胺為例，計算出該方法的不確定度和擴展不確定度。

2　實驗材料和方法

2.1實驗材料及儀器

黑色皮革陽性樣品；正己烷，色譜純；叔丁基甲醚，色譜純；甲醇，色譜純；連二亞硫酸鈉，分析純；氫氧化鈉，分析純；磷酸二氫胺，分析純；磷酸氫二鈉，分析純；硅藻土柱（Agela Cleanert）；聯苯胺標準品（Dr.Ehrenstorfer）；W aters高效液相色譜儀e2695（2998檢測器）；Phenomenex Luna C18柱（250×4.6 mm）；Mettler Toledo分析天平（XS205DU）；海康分析天平（JA203N）；KASEN水浴振蕩器（TC-100C）；超聲波浴；金葉牌旋轉蒸發儀（SY-2000）；氮吹儀。

2.2實驗過程

2.2.1實驗步驟

圖1　不確定度因果圖

稱取樣品1 g（精確到0.001 g），經正己烷脫脂揮發干后，加入17 mL預熱的檸檬酸鹽緩沖溶液恒溫70℃萃取25 min，加入1.5 mL連二亞硫酸鈉溶液后繼續70℃恒溫10 min，再加入1.5 mL連二亞硫酸鈉溶液70℃恒溫10 min，取出后盡快冷卻至室溫。萃取液經硅藻土吸收15 min后，用叔丁基甲醚分別加10 mL、10 mL、20 mL和40 mL洗脫，收集洗脫液到100 mL圓底燒瓶，于真空旋轉蒸發儀上濃縮至約1 mL，用緩慢氮氣流吹干。用甲醇定容至2 mL，過濾后用高效液相色譜儀進行分析［1］。

2.2.2計算公式

樣品中芳香胺的含量通過試樣溶液芳香胺組分與標準溶液比較后的峰面積進行計算：

式中：W——試樣中芳香胺的含量，單位為mg/kg；

Aop——試樣芳香胺的峰響應值；

Cref——校準溶液中芳香胺的質量濃度，單位為μg/mL；

V——最終定容體積，單位為mL；

Aref——校準溶液芳香胺的峰響應值；

m——試樣質量，單位為g。

3　結果與討論

3.1不確定度來源的識別

根據實驗步驟和計算公式，識別出下列不確定度的來源，具體見圖1。

3.2不確定度來源分析

3.2.1樣品稱量過程產生的不確定度

樣品稱量過程不確定來源于天平校準產生的不確定度和讀數的分辨率產生的不確定度。

3.2.2樣品定容過程產生的不確定度

樣品定容過程不確定度來源于分度吸量管校準產生的不確定度和溫度變化對體積的不確定度。

3.3.3配置標準儲備溶液產生的不確定度

標準儲備溶液產生的不確定度來源于標準品的純度、標準品的稱量過程和標準品的定容過程三個方面產生的不確定度。

3.3.4標準工作溶液配制過程產生的不確定度

標準工作溶液配置過程不確定來源于標準儲備液移取體積產生的不確定度和標準工作溶液定容產生的不確定度。

3.3.5高效液相色譜儀定量產生的不確定度

試驗結果是采用高效液相色譜儀定量，儀器的狀態是動態的，定量的準確性高低直接影響試驗結果，儀器的不確定來源主要經過計量得出［2］。

3.3.6回收率產生的不確定度

皮革禁用偶氮染料項目試驗過程相當復雜，過程中對萃取溫度、萃取時間、還原過程、SPE柱凈化過程和濃縮過程均會對最終結果回收率造成較大影響，回收率的高低直接影響試驗結果的準確性，回收率也是不確定度的一個主要來源。

3.3不確定度分量的評定

3.3.1樣品稱量過程產生的不確定度u（m）

電子天平稱量產生的不確定主要有天平校準產生的不確定度u（mj）和分辨率產生的不確定度u（mf）

3.3.1.1天平校準產生的不確定度u（mj）

稱量使用分辨率為0.001 g的電子天平，校準證書給出的MPE（最大允許誤差）為± 0.005。樣品質量的稱量分皮重（mgross）和毛重（mtare）兩次，按矩形分布計算，天平校準產生的不確定度：

3.3.1.2天平分辨率產生的不確定度u（mf）

稱量所用的電子天平分辨率為0.001 g，按矩形分布計算，分辨率產生的不確定度：

3.3.1.3稱量產生標準不確定度合成

由此可知，稱量的不確定度主要來源于天平校準。

3.3.2樣品定容過程產生的不確定度u（V）

3.3.2.1分度吸量管校準產生的不確定度u（Vj）

濃縮液定容時使用2 mL A級分度吸量管，其檢定證書給出不確定度為0.0020 mL，k=2，近似為三角形分布，分度吸量管校準產生的標準不確定度

3.3.2.2溫度變化對體積的不確定度u（Vt）

分度吸量管校準溫度為20℃，實驗環境溫度為（20±5）℃，溫度變化假定平均分布，甲醇的膨脹系數為1.19×10-3，則溫度變化引起的體積變化范圍為（± 5）×2×1.19×10-3=±0.0119

假定滿足矩形分布，則溫度對體積的不確定度

3.3.2.3定容產生標準不確定度合成

由式（3-6）可知，樣品定容產生的不確定度主要來源于實驗室溫度的變化。

3.3.3配置標準儲備溶液產生的不確定度u（cst）

3.3.3.1標準品純度產生的不確定度u（cp）

聯苯胺標準品證書標明純度為（98.2±1.0）%，假定矩形分布，則標準品純度產生的不確定度

表1　聯苯胺回收率

3.3.3.2標準品稱量產生的不確定度u（cm）

使用分辨率為0.01 mg的電子天平稱量3.00 mg聯苯胺，根據校準證書，該天平MPE（最大允許誤差）為±0.05 mg，則稱量產生的不確定度（根據3.2.1得知，稱量產生的不確定度主要來源于校準不確定度）：u（cm）=

3.3.3.3標準儲備液定容體積產生的不確定度u（cv）

儲備液定容使用10 mL A級單標線容量瓶，檢定證書給出的MPE（最大允許誤差）為± 0.020 mL，校準溫度為20℃，實驗環境溫度為（20±5）℃，溫度引起的不確定度參照3.2.2.2計算，則定容時產生的不確定u（cv）

3.3.3.4合成標準儲備液濃度的不確定度u（cst）

由此可知，標準儲備溶液產生的不確定度主要來源于標準物質的稱量。

3.3.4標準溶液配制過程產生的不確定度u（cref）

3.3.4.1標準儲備液移取體積產生的不確定度u（Vb1）

使用1 mL A級分度吸量管移取儲備液，檢定證書上給出不確定度為0.0020 mL，k=2，檢定溫度為20℃，環境溫度為（20± 5）℃。溫度引起的不確定度參照3.2.2.2計算，則移取體積產生的不確定度

3.3.4.2標準工作液定容體積產生的不確定度u（Vb2）

使用10 mL A級容量瓶，檢定證書給出的MPE（最大允許誤差）為±0.020 mL，校準溫度為20℃，實驗環境溫度為（20± 5）℃，溫度引起的不確定度參照3.2.2.2計算，則定容體積產生的不確定度

3.3.4.3合成標準工作液濃度的不確定度

由此可知，標準工作液產生的不確定度主要來源于儲備液的濃度和儲備液移取的體積。

3.3.5高效液相色譜儀定量產生的不確定度u（A）

使用Waters的e2695進行定量，該儀器檢定證書顯示定量重復性誤差為1.7%。則儀器定

量產生的不確定度：

3.3.6回收率產生的不確定度u（rˉ）

取一塊黑色皮革陽性樣品分為六份，分別加入1 mL 29.46 μg/mL聯苯胺標準溶液進行回收率實驗，計算回收率，回收率見表1。

回收率產生的標準不確定度采用平均值的標準偏差，根據表1中的數據可得：

在95%置信度下，自由度為5的t0.95（5）≈2.571

因此，回收率與1之間有顯著性差異，公式（2-1）需要加入回收率校正因子計算，校正因子（）為1.19，即：

對平均回收率進行顯著性檢驗，在95%置信度下，當t值大于或等于自由度雙邊臨界值tcrit時，回收率與1之間有顯著性差異，要引入校正因子。當t值小于自由度雙邊臨界值tcrit時，回收率與1之間無顯著性差異，可以不做回收率校正。

對于顯著的系統影響必須進行校正，這是通用要求［3］。

3.4不確定度分量的合成與擴展不確定度

3.4.1不確定度分量的合成u（W）

根據式（3-17）建立皮革中禁用偶氮染料（高效液相色譜法）測試過程中不確定度的評定數學模型，合成相對標準不確定度的計算公式為：

3.4.2擴展不確定度

取包含因子k=2，則擴展不確定度U=k×u（W）=2u（W）

3.4.3以聯苯胺陽性樣品為例計算

以一個含有聯苯胺的黑色皮革陽性樣品為例，樣品中聯苯胺峰面積為972921，聯苯胺標樣峰面積為2028000，代入式（3-17）計算樣品中聯苯胺的含量：

（1）相對標準不確定度

代入式（3-18）計算樣品中聯苯胺相對標準不確定度u（W）聯苯胺

（2）擴展不確定度

3.5結論

1）結合實驗過程及不確定度分量結果可知，不確定度的主要來源為標準溶液配制過程、樣品的稱量過程、實驗回收率和樣品定容過程。

2）本文計算不確定度選取的黑色皮革陽性樣品中聯苯胺的含量不確定度報告為：

W聯苯胺=（33.64±1.18）mg/kg（k=2）

3）國標GB/T 19942-2005中的計算公式沒有提及校正因子，但在實際實驗中要進行顯著性差異檢驗，考慮公式中是否帶入校正因子，否則會引起結果與真值的偏離。

4）本次評估中，高效液相色譜儀所引起的不確定度對總的不確定度貢獻可以忽略，若儀器使用不當或缺少維護，儀器所引起的不確定度或會成為貢獻最大的量。所以，當實驗條件發生變化，需要重新進行不確定度評估，以保證數值的準確可靠性。

參考文獻：

［1］中國國家標準化管理委員會、中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，GB/T 19942-2005皮革和毛皮化學實驗禁用偶氮染料的測定［S］.北京：中國標準出版社，2006.

［2］中國合格評定國家認可委員會，CNAS-GL06:2006化學分析中不確定度的評估指南［S］.北京.中國計量出版社，2006.

［3］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，JJF 1059.1-2012測量不確定度評定與表示［S］.北京：中國計量出版社，2012.

中圖分類號：TS 57

文獻標識碼：A

文章編號：1671-1602（2016）07-0050-05

第一作者簡介：趙振偉（1990-），男，大學本科，助理工程師；主要從事皮革、紡織品化學項目檢測。聯系電話：13824477378 E-mail：zhaozw41@163.com。

Analysis and Uncertainty Evaluation for the Determination of Banned Azo Dyes in Leather

ZHAO Zhen-wei1，2，HE Ying-yu1，2，YANG Feng-bo1，2，MA Wei-juan1，2
（1.Guangzhou Quality Supervision and Testing Institute，Guangzhou 510860，China；2.National Leather Products Quality Supervision and Inspection Center（Guangzhou），Guangzhou 510860，China）

Abstract:The mathematical model of uncertainty was established by analyzing uncertainty factors during testing banned azo dyes in leather（HPLC method）.The results showed that The uncertainty was mainly caused by the preparation process of standard solution，the sample weighting process，the recovery rate of the test and the constant volume process during the test.A piece of black eather was tested.The content of Benzidine in the sample is 33.68 mg/kg，the relative standard uncertainty is 0.59 mg/kg，the expanded uncertainty is 1.18 mg/kg.

Key words:banned azo dyes；HPLC；uncertainty