紫外分光光度法檢測地表水中石油類的不確定度評定

林 祎， 姚國英

(杭州蕭山供水有限公司，浙江 杭州311203)

石油類是地表水環境質量中監測有機污染物的一個重要指標，由各種烴類混合而成，主要包括烷烴、環烷烴和芳香烴，部分烴類具有極強的致癌性。石油類污染對水生環境破壞力極強，當水中石油類含量達到0.1 ～0.4 mg/L 時，有可能在水面形成油膜，使水體與大氣之間的氣體交換無法順利進行，導致水體缺氧，進而危害水生生物的生存并使部分有機污染物無法進行有氧降解;當含量超過3 mg/L時，會嚴重阻礙水體的自凈過程，使水質急劇惡化，最終影響到人類的正常生活［1］。筆者依據《水質 石油類的測定 紫外分光光度法》(HJ 970—2018)［2］，對地表水中石油類含量進行測定，對影響最終結果的各個不確定度分量進行研究分析，以提高檢測結果的準確度。

1 材料與方法

1.1 主要儀器和試劑

UV-1800PC 紫外可見分光光度計，配2 cm 比色池。

石油成分分析標準物質，標準值為(1000 ±22)mg/L;正己烷，色譜純。

移液器(100 ～1 000 μL，1 ～10 mL)、容量瓶(50和25 mL)、量筒(500 和25 mL)。

1.2 標準曲線的繪制

用10 mL 移液器準確移取5.00 mL 石油類標準溶液至50 mL 容量瓶中，以正己烷為溶劑定容，配置成濃度為100 mg/L 的石油類標準使用液。再取6個25 mL 的容量瓶，用1 和10 mL 的移液器分別移入0，0.25，0.50，1.00，2.00 和4.00 mL 的石油類標準使用液，以正己烷為溶劑稀釋至標線，充分搖勻。在225 nm 波長下，以正己烷為參比溶液，使用2 cm的石英比色皿，在紫外可見分光光度計上測定吸光值，繪制標準曲線［2］。

1.3 樣品的測定

將經過1.5 mL 鹽酸溶液酸化的水樣約500 mL全部轉移至自動萃取裝置的1 000 mL 分液漏斗中，加入25.0 mL 正己烷于分液漏斗中。自動萃取10～15 次，靜置使其分層，將下層水相小心轉移至1 000 mL 量筒中，對樣品體積進行測量并記錄。將上層萃取液轉移至裝有厚約10 mm 無水硫酸鈉的玻璃漏斗內脫水，后將萃取液轉移至硅酸鎂吸附柱內過濾，棄去前2 ～3 mL 濾液。將萃取液移入2 cm 石英比色皿中，在225 nm 波長下，以正己烷作參比溶液，測定吸光值［2］。

1.4 不確定度的評價方法

1.4.1 評定方法

參照不確定度評定的相關國家標準要求，分別計算標準溶液及其配制、標準工作曲線的擬合、樣品前處理以及樣品重復性測定這4 個方面所引入的A類和B 類不確定度，最終求得該方法的擴展不確定度［3］。

1.4.2 建立數學模型

根據被測量與輸入量的關系，建立數學模型［4］:

式中:C 為水樣中石油類濃度，mg/L;Q 為正己烷萃取液中的石油類濃度，mg/L;V1為正己烷萃取液的體積，mL;V2為水樣的體積，mL。

2 相對標準不確定度的計算

2.1 配制標準溶液時引入

2.1.1 標準溶液引入

用于繪制標準曲線的標準溶液濃度為1 000 mg/L，最大允許誤差為±22 mg/L，采用矩形均勻分布，取，則石油類標準溶液的相對標準不確定度:

2.1.2 稀釋定容過程中引入

計量容器的校準和溫度會引入相對不確定度，標準溶液在稀釋過程中引入的不確定度主要來源于所用的移液器、容量瓶等計量容器［4］。

① 50 mL 容量瓶

50 mL 容量瓶的最大允許誤差為±0.05 mL［6］，采用矩形均勻分布，取則其相對不確定度:

設溫度波動為±3 ℃，查得正己烷膨脹系數為1.36 ×10-3℃，采用矩形均勻分布，取，則溫度變化對50 mL 容量瓶所引入的相對標準不確定度［7］:

因此，配制標準溶液過程中50 mL 容量瓶所引入的相對標準不確定度:

② 25 mL 容量瓶

查得25 mL 容量瓶的最大允許誤差為±0.03 mL［6］，采用矩形均勻分布，取其相對不確定度:

溫度變化對25 mL 容量瓶引入的標準不確定度:

因此，配制標準溶液過程中25 mL 容量瓶所引入的相對標準不確定度:

③ 10 mL 移液器

V10=2 mL，使用量程為1 ～10 mL 的移液器(Eppendorf G39584F)，其擴展不確定度為0.002 9 mL，k=2(依據校準證書)，其相對標準不確定度［8］:

溫度變化對10 mL 移液器引入的相對標準不確定度:

得到配制標準溶液過程中10 mL 移液器所引入的相對標準不確定度:

④ 1 mL 移液器

V1=0.1 mL，使用量程為0.1 ～1.0 mL 的移液器(Eppendorf G39584F)，其擴展不確定度為0.000 6 mL，k=2，其相對標準不確定度［8］:

溫度變化對1 mL 移液器引入的相對標準不確定度:

得到配制標準溶液過程中1 mL 移液器所引入的相對標準不確定度:

綜合計算，得到標準溶液引入的相對標準不確定度:

2.2 標準工作曲線擬合引入

使用濃度為1000 mg/L 的石油類標準溶液，以正己烷為溶劑，分別配制成0，1. 00，2. 00，4. 00，8.00和16.00 mg/L 的系列標準溶液。將上述6 個濃度的系列標準溶液分別移入2 cm 石英比色皿中，以正己烷作參比，用可見紫外分光光度計于225 nm波長下重復測定3 次，結果見表1。

表1 標準溶液參數

擬合標準曲線，得到回歸方程為 A =0.048 5C-0.009 4，回歸系數r =0.999 8。樣品平行測定6 次，得到測定濃度C0的標準不確定度:

式中:b 為標準曲線斜率，0.048 5;p 為待測樣品的測定次數，6;n 為回歸曲線點的總測量次數，18;C 為待測樣品濃度的平均值，4.25 mg/L;C0為回歸曲線所有點濃度的平均值，mg/L;SR為回歸曲線的剩余標準偏差［7］。

式中:A0i為各標準液的實際值;a +bC0i為回歸曲線算出的理論值;C0i為標準液的各個濃度值，mg/L。

將各值帶入公式(2)，求得u(C0)=0. 094 7 mg/L。

計算得到標準曲線擬合時所引入的相對標準不確定度:

2.3 樣品前處理過程引入

2.3.1 萃取和吸附引入

萃取過程中引入的不確定度以加標回收率進行評定［9］。在500 mL 純水中加入1 mL 濃度為100 mg/L 的石油類標準使用液，6 次測定后計算平均加標回收率，測定結果見表2。

表2 回收試驗結果

加標回收率被測量可能值區間的半寬度［3］:

其中，Rmax為回收率最大值，Rmin為回收率最小值。

2.3.2 移液所引入

① 1 mL 移液器

V1=1 mL，使用量程為0.1 ～1.0 mL 的移液器(Eeppendorf G39584F)，其擴展不確定度為0.002 9 mL，k=2(依據校準證書)，其相對標準不確定度［8］:

溫度變化對1mL移液器引入的相對標準不確定度:

使用1 mL 移液器移取標準溶液過程中所引入的相對標準不確定度:

② 500 mL 量筒

查得500 mL 量筒的最大允許誤差為±5.0 mL，采用矩形均勻分布，取，其相對標準不確定度［6］:

500 mL 量筒因溫度變化引入的相對標準不確定度:

500 mL 量筒在水樣移取過程中所引入的相對標準不確定度:

③ 25 mL 量筒

查得25 mL 量筒的最大允差為±0.50 mL，采用矩形均勻分布，取，則其相對標準不確定度［6］:

25 mL 量筒因溫度變化引入的相對標準不確定度:

使用25 mL 量筒移取正己烷過程中引入的相對標準不確定度:

計算得到，樣品前處理過程中涉及到的萃取、吸附、1 mL 移液器與、25 和500 mL 量筒所引入的相對標準不確定度:

2.4 吸光值測定時重復性引入

對加標后濃度為0.2 mg/L 的樣品進行萃取，重復測定6 次的結果分別為0. 215，0. 212，0. 213，0.211，0.214 和0.210 mg/L。經計算，平均值為

3 不確定度分量的匯總

將各個不確定度分量進行匯總，如表3 所示。0.212 mg/L，標準偏差SD(重)為0.00193，標準誤差SE(重)為0. 00079，吸光強度標準不確定度u(重)=SE(重)=0.00079，故實驗中測定的重復性所能引入的相對標準不確定度為［9］:

表3 各不確定度分量匯總

4 合成標準不確定度與擴展不確定度

因此，實驗的合成標準不確定度:

在95%置信水平下，當擴展因子k =2 時，本次實驗的擴展不確定度:

5 結論

對地表水中石油類濃度的紫外分光光度法測定結果的不確定度評定結果表明，對不確定度貢獻最大的是樣品前處理過程，其次為標準工作曲線的擬合，而樣品的重復性測定對不確定度的貢獻相對較小。因此，在使用分光光度法測地表水中的石油類濃度時，選用較高精度的分液漏斗、移液器和量筒等、使萃取完全以及保證操作環境溫度穩定等措施，可減少因前處理而引入的不確定度，從而提高實驗結果的準確度。