電感耦合等離子體發射光譜測定塑膠跑道中可溶性鉛的不確定度分析

宋 飛

（英格爾檢測技術服務（上海）有限公司，上海 200000）

電感耦合等離子體發射光譜測定塑膠跑道中可溶性鉛的不確定度分析

宋 飛

（英格爾檢測技術服務（上海）有限公司，上海 200000）

采用電感耦合等離子體發射光譜（ICP-OES）測定了合成跑道塑膠面層中可溶性鉛，計算了在測量過程中產生的不確定度，并計算了合成不確定度和擴展不確定度，對產生的不確定度進行了分析討論，為以后的檢測工作提供了一定的理論基礎。

不確定度；ICP-OES；可溶性鉛

近來，一些劣質的塑膠跑道在生產過程中引入了重金屬催干劑-鉛鹽。鉛鹽具有促進跑道凝固、定型的特點，但其會對環境造成永久性污染。兒童皮膚與劣質跑道長期接觸后，身體內部會滲入鉛元素，造成血鉛超標。為了保障人民健康安全，需要對塑膠跑道進行質量檢測，其中可溶性鉛是一項重要指標，需要進行準確可靠的分析。

本文中采用電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-OES），參照國家標準GB/T 14833-2011給出的前處理方法，對合成跑道塑膠面層中可溶性鉛的測量不確定度進行了分析。目前，對可溶性鉛的不確定度評定，多為原子吸收法，而ICP-OES測定法的不確定度鮮有報道，因此本文采用ICP-OES測定合成跑道塑膠面層中可溶性鉛，為今后的檢測研究工作提供了理論和實踐支持。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP-OES）；磁力攪拌器；酸度計，精確度為±0.2pH單位；電子天平，精確到0.1mg。

鹽酸35%～37%，優級純；硝酸：65%～68%，優級純；鉛標準溶液：1 000mg/L。除非另有說明，在分析中僅使用確認為分析純的試劑和蒸餾水或去離子水或相當純度的水。

1.2 實驗過程

1.2.1 取樣

在樣品中部距樣品邊緣不少于50mm的區域內截取試樣，截取的試樣研磨和經研磨后的試樣在試驗前的停放均應按照GB/T 2941-2006中的相應規定執行。

1.2.2 樣品處理

樣品處理按照國家標準GB/T 14833-2011附錄E操作。

1.2.3 測試

配制一系列鉛標準溶液：0，0.1，0.5，1.0，2.0，5.0mg/L；用ICP-OES進行測試，并選取Pb 220.353作為測試波長。表1和表2所示ICP-OES的測試結果。

2 測量不確定度的來源

2.1 測試結果的數學計算模型

式中：X 為試樣中可溶性鉛的含量，mg/kg；C為試樣前處理溶液中鉛的含量，mg/L；C0為試樣空白溶液中鉛的含量，mg/L；V為試樣定容總體積，mL；m為試樣質量，g；F為稀釋倍數。

表1 樣品中可溶性鉛重復測定結果

表2 三次測量標準溶液濃度對應的校準信號響應值

2.2 測量不確定度來源的分析

通過實驗證明，測量過程中產生不確定度的主要來源有：①重復測量產生的不確定度；②標準工作溶液配制時產生的不確定度；③定容體積產生的不確定度；④稱量樣品產生的不確定度。

3 不確定度的計算

3.1 天平稱量過程引入的不確定度

稱樣量平均值m為0.501 7g，天平的稱量誤差±0.000 1g，天平稱量過程屬于均勻分布，故天平稱量過程引入的不確定度為：μ

根據查閱天平的相關資料，稱量在50g以內時，稱樣量的變動性標準偏差μ2（m）為0.000 07g，天平一共重復稱量樣品6次，這6次稱量結果的標準偏差μ（3m）為0.000 703g（見表1），稱樣量的平均值m為0.501 7g，則由天平稱量引起的合成不確定度為因此，由天平稱量過程引起的標準不確定度為：μrel(m)==0.001 8。

3.2 儀器重復測量引入的不確定度計算

采用ICP-OES對加標樣品進行了6次測量，加標樣品中鉛的值見表1，這6次測量結果的標準偏差μ(r)為0.652 24mg/ kg，這6次測量結果的平均值n為73.91mg/kg，儀器重復測量引入的相對標準不確定度為：μ(r)==0.008 8。rel

3.3 標準工作曲線擬合引入的不確定度計算

由表2中的數據進行線性最小二乘法擬合，得線性方程：A=19 839.815C-28.57，A為響應值，C為濃度值；線性相關系數γ2為0.999 9。

按實驗方法，對其中一份樣品進行了3次測量，即P=3，由儀器自動根據樣品平均響應強度，然后通過直線方程求得測定值為C=1.483mg/L。由擬合直線求C時產生的標準不確定度μ4按以下公式計算：

故由標準曲線擬合引起的標準不確定度為：μrel(C)0.029。

式中：U1為由擬合直線求C時產生的不確定度；

SR為由擬合直線求得的A與相應Ai測定值之差按貝塞爾公式求出的標準偏差；P為樣品溶液的測定次數P=3；n為標準溶液的測定總次數，n=15；Ai為標準溶液響應測定值；B1為常數，其值為19 839.815；B0為常數，其值為-28.57；Ci為標準曲線各點的響應值通過校準曲線所計算出的理論濃度，mg/L；c為標準溶液中鉛的濃度的測定平均值，1.720 mg/L；C為樣品溶液中鉛的濃度，0.478mg/L；Cs為標準溶液的設定濃度，mg/L。

3.4 標準溶液配制引入的不確定度計算

標準溶液的配制是從鉛標準儲備溶液（1 000mg/L）中取1mL稀釋至100mL，得到濃度為10mg/L的二級儲備溶液，再分別用1，5，5，10，25ml單刻度移液管移取1，5，5，10，25ml的10mg/L二級儲備溶液，并分別定容至50，100，50，50，50mL，得到濃度為0.2，0.5，1.0，2.0，5.0mg/L的工作曲線。

標準溶液配制中引入的不確定度是由以下兩個因素構成的：鉛標準儲備溶液的純度、標準工作溶液配制過程中體積度量工具的誤差。

3.4.1 鉛標準儲備溶液的純度引入不確定度的計算

測量所用鉛標準儲備溶液為1 000mg/L，由國家標準物質研究中心提供，具有溯源性，其不確定度為5mg/L，按均勻分布轉化為不確定度為=2.886mg/L。

則由鉛標準儲備溶液純度引入的標準不確定度為：μrel(S)==0.002 9

3.4.2 標準工作溶液配制中體積測定引入不確定度的計算

在配制工作曲線中用到的度量工具有規格為1，5，5，10和25mL的單刻度移液管，以及規格為100mL和50mL的容量瓶，根據JJG 196-2006《常用玻璃量器檢定規程》和JJF 1059-1999《測量不確定度評定與表示》的規定，這兩種量具引起的不確定度為三角分布，且主要來源于以下兩個部分：液體體積的不確定度；吸管內液體溫度于校準溫度不同引入的不確定度。

例如，1mL單刻度移液管移取標準儲備溶液引起的不確定度：按JJG 196-2006《 常用玻璃量器檢定規程》，1mL 單標線吸管（A級）最大允差為0.007mL，符合三角分布，則校準體積的標準不確定度為：=0.002 8。

溫度影響引起的不確定度計算，玻璃儀器的檢定溫度為20℃，實驗溫度為23℃，水的體積膨脹系數為2.1×10-4/℃，按均勻分布，k=3，則溫度引起的體積標準不確定度為：

其相對標準不確定度為 0.000 36，所以，1mL 單標線吸管相對合成標

同理，可以得到5mL，10mL 以及25mL單刻度移液管的合成標準不確定度 μ2（V），μ3（V），μ4（V），分別為：0.001 4，0.001 0，0.000 80。100mL 和 50mL容量瓶合成標準不確定度μ5（V），μ6（V）分別為0.000 90 和 0.000 54。

故由玻璃儀器在配制過程中產生的相對合成標準不確定度為：

3.5 樣品定容體積引起的不確定度計算

將樣品容液移入經鑒定為A級的25mL容量瓶中，按JJG 196-2006《常用玻璃量器檢定規程》，該容器的允許誤差為±0.03mL，按三角形分布，則校準體積的不確定度為：

溫度影響引起的不確定度計算，容量瓶校準溫度為20℃，實驗溫度為23℃，符合均勻分布，，則溫度引起的容量瓶體積標準不確定度為：

0.009 1。

其相對標準不確定度為0.00036。所以，樣品定容體積引起的相對合成標準不確定度0.000 61。

3.6 儀器示值誤差引入不確定度的計算

根據儀器說明書和校準證書上數據，相對擴展不確定度為3.0%（k=2），因此由儀器示值誤差引入標準不確定度為：μ(I)==0.015。

4 合成標準不確定度的計算

合成標準不確定度是由μrel（m），μrel（r），μrel（C），μrel（S），μrel（V），μs（V），μ（I）構成的（不確定度數值見表3）。因而合成標準不確定度為：

加標樣品中可溶性鉛的含量的平均值ω為73.91mg/kg，則合成不確定度為：μ（ω）=μ×ω=2.52mg/kg。

表3 不確定度匯總表

5 擴展不確定度U

假設正態分布，取95%置信水平，包含因子k=2，則擴展不確定度U為：U=μ（ω）×2=2.52×2=5.04mg/kg。

6 結果表示

對合成跑道塑膠面層中可溶性鉛進行了檢測，即電感耦合等離子體發射光譜儀測定合成跑道塑膠面層中可溶性鉛的含量，測定結果為73.91±5.04mg/kg；k=2，置信水平為95%。

7 分析討論

表3中列出了ICP-OES測定合成跑道塑膠面層中可溶性鉛含量的不確定度的來源，可以看出不確定度來源主要是標準工作曲線擬合、儀器的示值誤差以及儀器重復測量，所以在日常檢測中調整好儀器的最佳狀態，選擇高精密度的儀器并且增加測量次數是可以有助于結果的準確性的。

[1] 周瑾艷，毛沅文，周陽，等.ICP-OES測量玩具測量審核樣中總鎘、總鉛、總汞、總鉻的不確定度分析[J].廣東化工，2015，19（42）：151-163.

[2] 周宇，張元.ICP-OES法測量化妝品鉛的結果不確定度評定[J].化工管理，2015.

[3] 吳勝明，張秀虹.ICP-OES法測定紡織品銅含量的測量不確定度評定[J].中國纖檢，2014，（8）：80-83.

Uncertainty Analysis of Soluble Lead in Plastic Runway by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

Song Fei

Soluble lead in the plastic surface layer of synthetic runway was detected by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry（ICP-OES）.Combined standard uncertainty and expanded uncertainty were calculated in the process of measurement.All kinds of uncertainty in the analysis processing was discussed in this paper，which provides a theoretical basis later detection work.

uncertainty；ICP-OES；soluble lead

O657.75

A

1003-6490（2017）01-0101-03

2017-01-15

宋飛（1988—），女，山東淄博人，助理工程師，主要從事化學分析檢測工作。