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水體污染檢測(cè)用錫質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究

2017-08-08 03:02:09邢書(shū)才
中國(guó)測(cè)試 2017年7期
關(guān)鍵詞:標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)

邢書(shū)才,樊 強(qiáng),田 衎

(國(guó)家環(huán)境保護(hù)污染物計(jì)量和標(biāo)準(zhǔn)樣品研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所,北京 100029)

水體污染檢測(cè)用錫質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究

邢書(shū)才,樊 強(qiáng),田 衎

(國(guó)家環(huán)境保護(hù)污染物計(jì)量和標(biāo)準(zhǔn)樣品研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所,北京 100029)

研制國(guó)家級(jí)水質(zhì)錫質(zhì)量控制用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),作為錫分析檢測(cè)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)樣品工作導(dǎo)則要求,制備錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì);采用原子熒光光譜法對(duì)樣品進(jìn)行均勻性和穩(wěn)定性研究;以多個(gè)實(shí)驗(yàn)室協(xié)作分析定值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定標(biāo)準(zhǔn)值,并進(jìn)行不確定度評(píng)估。經(jīng)檢測(cè)錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均勻性良好,穩(wěn)定性可達(dá)24個(gè)月以上;樣品量值準(zhǔn)確,與美國(guó)同種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行比對(duì)具有可比性。研制的錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的技術(shù)要求,可用于水質(zhì)錫元素檢測(cè)的質(zhì)量控制、分析方法研究以及分析實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證等方面。

錫;水環(huán)境;環(huán)境監(jiān)測(cè);質(zhì)量控制;標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

0 引 言

錫是一種銀灰色金屬,在自然界中廣泛存在。錫的化合物尤其是有機(jī)化合物對(duì)人體及動(dòng)植物有一定程度的危害作用[1-5]。許多發(fā)達(dá)國(guó)家都規(guī)定了地表水和飲用水中錫的限量值[6]。我國(guó)對(duì)廢水中錫的限值為2.0mg/L[7]。對(duì)水中錫的污染監(jiān)測(cè),國(guó)際、國(guó)內(nèi)都先后開(kāi)展了許多工作。在監(jiān)測(cè)分析中用于測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的錫分析校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),已有美國(guó)AccuStandard等公司,以及國(guó)內(nèi)的中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院、鋼研納克檢測(cè)技術(shù)有限公司、上海計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院和北京有色金屬研究院可以提供;用于質(zhì)量控制的錫質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),美國(guó)NIST和英國(guó)LGC等公司可以提供,但在我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)缺少提供渠道。根據(jù)我國(guó)環(huán)境污染監(jiān)測(cè)的實(shí)際需要,實(shí)施錫質(zhì)量控制用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制,可以為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5750.6——2006[8-10]等分析方法提供配套質(zhì)量控制樣品,為水中錫污染的監(jiān)測(cè)工作提供物質(zhì)基礎(chǔ)。因此,環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司立項(xiàng)進(jìn)行了水質(zhì)錫質(zhì)量控制用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制工作。

1 材料和制備方法

1.1 主要儀器與試劑

AFS-9560型原子熒光光譜儀(北京海光儀器有限公司);AE240型電子天平(瑞士Mettler-Toledo公司,量程:0~205g,精度:0.1 mg);德國(guó) Brand 公司產(chǎn)移液管、10L玻璃量器;TPFS-20型液體樣品安瓿自動(dòng)灌封機(jī)(日本涉谷株式會(huì)社);20mL無(wú)色玻璃安瓿(魯蒙玻璃制品有限公司)。所用器皿、儀器設(shè)備全部經(jīng)國(guó)家計(jì)量部門(mén)檢定合格。

高純錫,北京鋼鐵研究總院產(chǎn),質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.999%;錫標(biāo)準(zhǔn)溶液,AccuStandard公司,質(zhì)量濃度1 000 mg/L;錫標(biāo)準(zhǔn)溶液,北京有色研究總院,質(zhì)量濃度1000 mg/L;鹽酸,北京化學(xué)試劑研究所,MOS級(jí)。樣品配制用水為高純?nèi)ルx子水,出水水質(zhì)電阻率為18.3MΩ·cm(25℃),符合標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的配制用水要求。

1.2 純度驗(yàn)證

所用高純錫,經(jīng)北京化學(xué)試劑研究所運(yùn)用GB/T 23942——2009《化學(xué)試劑電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法通則》進(jìn)行檢驗(yàn),純度檢驗(yàn)結(jié)果為99.999%±0.005%。與試劑提供商證書(shū)純度值一致性良好。

1.3 預(yù)研制樣品的制備與檢驗(yàn)

在條件試驗(yàn)和調(diào)研基礎(chǔ)上,選擇不同的制備濃度、樣品介質(zhì)及介質(zhì)濃度,制備出2種不同濃度和不同介質(zhì)的4批樣品,每批樣品制備體積1 L分裝50瓶,封裝于20mL安瓿中,作為預(yù)研制試驗(yàn)樣品。在室溫保存條件下,用原子熒光光譜法對(duì)4批樣品進(jìn)行6個(gè)月的穩(wěn)定性檢測(cè)考察,時(shí)間間隔為0,0.5,1,2,4,6個(gè)月,樣品的制備情況及穩(wěn)定性考察統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 樣品的制備和穩(wěn)定性情況1)

根據(jù)直線模型檢驗(yàn)原則,當(dāng)∣b1∣<t(0.05,n-2)·s(b1)時(shí),說(shuō)明樣品穩(wěn)定性良好(檢驗(yàn)方法和原理詳見(jiàn)2.2)。由表1可見(jiàn),4種樣品6個(gè)月的檢驗(yàn)指標(biāo)合格,穩(wěn)定性趨勢(shì)預(yù)后良好,樣品介質(zhì)與濃度可作為后期實(shí)際研制的備選參考。

1.4 樣品穩(wěn)定性介質(zhì)的確定

樣品介質(zhì)是保證樣品穩(wěn)定性的重要條件。錫的溶劑及其溶液的保存介質(zhì),主要用硫酸或鹽酸。其中鹽酸溶解法相對(duì)于硫酸具有安全性高、不用強(qiáng)加熱和溶解速度快的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)由于錫有極強(qiáng)的易水解性,國(guó)內(nèi)外錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)多采用20%的鹽酸作為穩(wěn)定介質(zhì)??紤]到在保證樣品穩(wěn)定并防止水解發(fā)生的前提下,酸度應(yīng)保持盡量小,經(jīng)條件實(shí)驗(yàn),本研究采用1.2mol/L的鹽酸作為樣品的穩(wěn)定介質(zhì)。

1.5 樣品的制備

參照地面水、廢水對(duì)錫的限制濃度[6-7],以及標(biāo)準(zhǔn)分析方法的測(cè)定范圍[8-10],同時(shí)參考國(guó)際同類標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的濃度水平,經(jīng)綜合考慮最終以10.0μg/L作為錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的配制濃度;配制體積為20L。

在(20±3)℃的超凈間內(nèi),稱取高純金屬錫0.1250g于50mL燒杯中,用(1+1)鹽酸10mL溶解移至500mL容量瓶中,用10%鹽酸定容至刻度并混合均勻。從上述母液中移取10.00mL于10L容量瓶中,用1.2mol/L的鹽酸定容至刻度并混勻。重復(fù)取母液1次共制備樣品20L,移入分裝容器中混勻。設(shè)定20mL的灌裝量,使用樣品自動(dòng)灌封設(shè)備灌封于20mL玻璃安瓿中,并在灌裝的前、中、后期3個(gè)階段,以隨機(jī)方式抽取標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)10瓶待均勻性檢測(cè)。共配制樣品約800瓶,樣品貼標(biāo)簽后入庫(kù)室溫避光保存。

1.6 測(cè)量方法選擇

在目前實(shí)施的幾種錫的標(biāo)準(zhǔn)分析方法中,原子熒光法[8]測(cè)定樣品具有穩(wěn)定性好、簡(jiǎn)便快捷、靈敏度高的特點(diǎn)。本工作使用原子熒光法對(duì)錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行均勻性、穩(wěn)定性檢驗(yàn)和分析定值工作。儀器測(cè)定條件:PMT電壓:270V;陰極電流:60mA;載氣流量:600mL/min;屏蔽氣流量:800mL/min;原子化器高度:8mm;原子化溫度:中溫;測(cè)量方式:標(biāo)準(zhǔn)曲線法;讀數(shù)方式:峰面積;載流:2%硫酸溶液;硼氫化鉀濃度:2%。

2 結(jié)果與討論

2.1 錫標(biāo)物的均勻性檢查

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣品工作導(dǎo)則GB/T 15000.3——2008《標(biāo)準(zhǔn)樣品工作導(dǎo)則(3)標(biāo)準(zhǔn)樣品 定值的一般原則和統(tǒng)計(jì)方法》[11],對(duì)所制備的錫樣品進(jìn)行均勻性檢測(cè)。在樣品制備時(shí)隨機(jī)抽取的10支樣品,用原子熒光光譜法進(jìn)行分析測(cè)定。每瓶樣品平行測(cè)定3次,以單因素方差分析法統(tǒng)計(jì)、評(píng)價(jià)和檢測(cè)數(shù)據(jù)。錫標(biāo)物均勻性統(tǒng)計(jì)、評(píng)價(jià)結(jié)果如表2所示。

表2 均勻性測(cè)定統(tǒng)計(jì)結(jié)果

對(duì)均勻性檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),經(jīng)計(jì)算,F(xiàn)=2.09,小于臨界值F0.05(9,20)=2.39。 說(shuō)明顯著性水平α=0.05、自由度為(9,20)時(shí),瓶?jī)?nèi)、瓶間組分為一個(gè)整體,均勻性良好。

2.2 穩(wěn)定性考察

按照先密后疏原則對(duì)錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[12-13],在當(dāng)日,1,2,4,6,9,12,15,18,24 個(gè)月的間隔時(shí)間,隨機(jī)性每次抽取3瓶標(biāo)物,用原子熒光光譜法檢測(cè)分析,樣品的檢測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

穩(wěn)定性是用直線模型方式對(duì)樣品2年的穩(wěn)定性測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行考察和測(cè)評(píng)。

表3 穩(wěn)定性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

用X軸表示測(cè)定時(shí)間,Y軸為結(jié)果,則可有Y=b1X+b0關(guān)系;可分別計(jì)算出直線的截距b0以及斜率b1和直線中斜率的標(biāo)準(zhǔn)偏差s(b1)。經(jīng)過(guò)計(jì)算,錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在t=24個(gè)月的穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)中,斜率∣b1∣=8.50×10-3,t(α,n-2)×s(b1)=1.89×10-2。統(tǒng)計(jì)結(jié)果∣b1∣<t(0.05,n-2)·s(b1),表明在 24 個(gè)月的穩(wěn)定性考察中,錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)穩(wěn)定性趨勢(shì)沒(méi)有變化。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)值及不確定度的評(píng)定方法

采取多個(gè)實(shí)驗(yàn)室協(xié)作定值,數(shù)理統(tǒng)計(jì)后確定標(biāo)準(zhǔn)值。合成不確定度:

其中uchar、ubb、ults、usts分別表示由定值、均勻性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性因素、短期穩(wěn)定性因素導(dǎo)致的不確定度。相對(duì)于長(zhǎng)期穩(wěn)定性,短期穩(wěn)定性對(duì)不確定度的貢獻(xiàn)極小,一般可以不予考慮[14-16]。

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)值的確定

組織9個(gè)實(shí)驗(yàn)室分別以有證標(biāo)準(zhǔn)溶液為工作標(biāo)準(zhǔn),采用原子熒光光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法和電感耦合等離子發(fā)射光譜法進(jìn)行測(cè)定。參加定值的實(shí)驗(yàn)室各自測(cè)定6瓶樣品,分別報(bào)出6個(gè)獨(dú)立數(shù)據(jù)組成1個(gè)數(shù)據(jù)組。表4中列出了所有9個(gè)實(shí)驗(yàn)室的54個(gè)分析數(shù)據(jù)。

對(duì)表4所有測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì),采用Grubbs檢驗(yàn)法、Cochran法及Dixon法依次對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)、以及標(biāo)準(zhǔn)偏差、每組數(shù)據(jù)的測(cè)定平均值進(jìn)行檢查,其中Grubbs檢驗(yàn)8#可疑,Cochran檢驗(yàn)2#離群,經(jīng)判斷后保留,其余方法檢驗(yàn)沒(méi)有數(shù)據(jù)被剔除;95%置信度條件下合格。

表4 樣品的定值數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) μg/L

定值的總均值按下式計(jì)算:

式中:N——總測(cè)定次數(shù);

n——每組值的測(cè)量次數(shù);

xij——第i實(shí)驗(yàn)室的第j次測(cè)定值。

2.3.2 錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不確定度評(píng)定

1)定值測(cè)定的不確定度uchar

錫質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值測(cè)定不確定度的計(jì)算:

m——數(shù)據(jù)組數(shù),m=9。

2)樣品均勻性導(dǎo)致的不確定度ubb的計(jì)算

根據(jù)表2所列錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的均勻性檢查的統(tǒng)計(jì)參數(shù),錫標(biāo)物均勻性不確定度ubb計(jì)算如下:

式中MS間、MS內(nèi)表示均勻性測(cè)定數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中的均方,分別為0.350和0.168,n=3是每瓶樣品的測(cè)定次數(shù)。計(jì)算結(jié)果,ubb=0.24μg/L。

3)樣品長(zhǎng)期穩(wěn)定性不確定度ults計(jì)算

用直線模型對(duì)錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)穩(wěn)定性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),評(píng)定長(zhǎng)期穩(wěn)定性不確定度ults:

式中:s(b1)——直線模型中斜率的標(biāo)準(zhǔn)偏差;

t——監(jiān)測(cè)的總時(shí)間長(zhǎng)度,月。

錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)穩(wěn)定性檢測(cè)進(jìn)行了24個(gè)月,t=24。ults=0.20μg/L。

4)擴(kuò)展合成不確定度uCRM的計(jì)算

合成不確定度按下式計(jì)算:

擴(kuò)展不確定度:

最終錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值和擴(kuò)展不確定度為(9.99±0.70)μg/L,k=2。

3 量值比對(duì)分析

采用美國(guó)AccuStandard公司生產(chǎn)的質(zhì)量濃度為1 000 mg/L的錫標(biāo)準(zhǔn)溶液為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),用原子熒光法對(duì)所研制的錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。隨機(jī)抽取3支樣品,每支樣品測(cè)定3次,比對(duì)結(jié)果如表5所示。

表5 比對(duì)分析測(cè)定結(jié)果 μg/L

從表可見(jiàn),樣品測(cè)定總均值為10.2 μg/L。用測(cè)定總均值10.2與標(biāo)準(zhǔn)值9.99進(jìn)行t檢驗(yàn),檢驗(yàn)公式為

式中:μ——樣品的標(biāo)準(zhǔn)值;

n——測(cè)定次數(shù);

s——n次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

檢驗(yàn)結(jié)果t實(shí)驗(yàn)=1.80,置信限為 95%時(shí),查表t(0.05,2)=4.30;t實(shí)驗(yàn)<t查表,說(shuō)明測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值沒(méi)有顯著性差異,也說(shuō)明錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與美國(guó)AccuStandard公司產(chǎn)的錫標(biāo)準(zhǔn)溶液在量值上具有一致性。

4 結(jié)束語(yǔ)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)用錫質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23942——2009對(duì)所用制備試劑進(jìn)行純度驗(yàn)證,用稱量法和容量法制備樣品。在研制過(guò)程中,注重樣品的均勻性、量值、穩(wěn)定性各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的評(píng)估。經(jīng)檢驗(yàn),樣品具有良好的均勻性,經(jīng)與美國(guó)AccuStandard公司同種類錫標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行比對(duì),驗(yàn)證結(jié)果具有一致性,表明量值準(zhǔn)確。歷時(shí)24個(gè)月的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè),量值沒(méi)有趨向性改變,可穩(wěn)定24個(gè)月以上。各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的技術(shù)要求。作為水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)以及相關(guān)科學(xué)研究不可缺少的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量工具,錫質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可用于地表水和廢水中錫檢測(cè)的質(zhì)量控制,也可用于實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證、分析方法研究和評(píng)價(jià)等方面。本工作按項(xiàng)目成果要求提供了1個(gè)濃度的錫標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),濃度系列化是后期工作的重點(diǎn)和方向。

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[9]生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法金屬指標(biāo)-水質(zhì)錫的測(cè)定分光光度法:GB/T 5750.6-2006[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[10]生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法金屬指標(biāo)-水質(zhì)錫的測(cè)定電感耦合等離子體質(zhì)譜法:GB/T 5750.6-2006[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[11]標(biāo)準(zhǔn)樣品工作導(dǎo)則(3)標(biāo)準(zhǔn)樣品定值的一般原則和統(tǒng)計(jì)方法:GB/T 15000.3-2008[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[12]環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品研復(fù)制技術(shù)規(guī)范:HJ/T 173-2005[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

[13]全浩,韓永志.標(biāo)準(zhǔn)樣品及其應(yīng)用技術(shù)[M].2版.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003:34-37.

[14]測(cè)量不確定度評(píng)定與表示:JJF 1059.1-2012[S].北京:中國(guó)質(zhì)檢出版社,2012.

[15]王承忠.測(cè)量不確定度基本原理和評(píng)定方法及在材料檢測(cè)中的評(píng)定實(shí)例[J].理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)),2013,49(9):597-604.

[16]中國(guó)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)編.化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社,2006:37-38.

(編輯:莫婕)

Study on quality control reference material of stannum for water quality monitoring

XING Shucai,F(xiàn)AN Qiang,TIAN Kan
(Institute for Environmental Reference Materials of Ministry of Environmental Protection,State Environmental Protection Key Laboratory of Environmental Pollutant Metrology and Reference Materials Study,Beijing 100029,China)

The reference material(RM)of stannum was developed according to the directives for the work of reference material,it can be used in the quality control of water quality monitoring.The homogeneity and stability was studied by hydride generation atomic fluorescence spectrometry.The certified concentration value and uncertainty for stannum reference material was obtained by the interlaboratory cooperative certification study.The experimentalresultsindicated thatthe stannum reference material was homogeneous,the period of validity can reach above 24 months.The certified value of reference material of stannum was comparable to American reference material and met the technical standards for reference material.It can be used in many aspects such as water quality control,evaluation methods and proficiency testing.

stannum; waterenvironment; environmentalmonitoring; quality control; reference material

A

:1674-5124(2017)07-0044-05

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.07.009

2017-01-18;

:2017-03-02

環(huán)境保護(hù)部國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目(2013-52)

邢書(shū)才(1958-),男,北京市人,教授級(jí)高級(jí)工程師,主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的研究。

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