氣相色譜法測(cè)定環(huán)境空氣中甲烷濃度的不確定度分析

李紫騰 李盼

摘 要：根據(jù)氣相色譜法測(cè)定環(huán)境空氣中甲烷濃度的數(shù)學(xué)模型，對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度來源進(jìn)行分析與評(píng)定，尋找影響測(cè)量結(jié)果的關(guān)鍵因素，采取措施以保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：氣相色譜法;環(huán)境空氣;甲烷;不確定度

甲烷是一種溫室氣體。GWP的分析顯示，以單位分子數(shù)而言，甲烷的溫室效應(yīng)比二氧化碳大上25倍。

不確定度的含義是指由于測(cè)量誤差的存在，對(duì)被測(cè)量值的不能肯定的程度。[1]它是測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的指標(biāo)。在報(bào)告測(cè)量結(jié)果時(shí)，給出相應(yīng)的不確定度，便于使用它的人評(píng)定其可靠性的同時(shí)也可增強(qiáng)測(cè)量結(jié)果之間的可比性。

為了準(zhǔn)確研究環(huán)境空氣中甲烷的濃度以及對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)，對(duì)其測(cè)定過程進(jìn)行測(cè)量不確定度的評(píng)定顯得尤為重要。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)儀器和試劑

GC-2018氣相色譜儀（FID）;甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體（GBW（E）062280）;100mL玻璃注射器;帶1mL定量管的六通閥。

1.2 試驗(yàn)方法

按照監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范布設(shè)1個(gè)采樣點(diǎn)位，用注射器采集后，立刻密封，常溫避光送至實(shí)驗(yàn)室，8h內(nèi)進(jìn)行測(cè)定;樣品與甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體平衡至室溫，樣品、甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體分別經(jīng)六通閥，進(jìn)行色譜分析。

2 不確定度評(píng)定

2.1 數(shù)學(xué)模型

環(huán)境空氣中甲烷的濃度按下面公式計(jì)算

ρ=φ×1622.4

式中：

ρ——樣品中甲烷的質(zhì)量濃度（以甲烷計(jì)），mg/m3;

φ——從校準(zhǔn)曲線獲得的樣品中甲烷的濃度，μmol/mol;

16——甲烷的摩爾質(zhì)量，g/mol;

22.4——標(biāo)準(zhǔn)狀況（273.15 K，101.325 kPa）下氣體的摩爾體積，L/mol。

2.2 不確定度分量的主要來源

在試驗(yàn)方法、氣相色譜儀、甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體等條件滿足HJ 604-2017標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，[2]樣品中甲烷濃度測(cè)量結(jié)果不確定度的主要來源有兩方面，分別是：從校準(zhǔn)曲線獲得的樣品中甲烷的濃度φ的測(cè)定誤差引入的不確定度分量u（x1）;試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性引入的不確定度分量u（x2）。

2.3 各項(xiàng)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的分量計(jì)算

（1）從校準(zhǔn)曲線獲得的樣品中甲烷的濃度φ的測(cè)定誤差引入的不確定度分量u（x1）曲線擬合引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

用甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體配制五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系列，通過氣相色譜儀對(duì)甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)濃度重復(fù)測(cè)定3次，測(cè)定結(jié)果見表1，并使用最小二乘法進(jìn)行擬合。[3]

3 結(jié)論

對(duì)環(huán)境空氣中甲烷濃度測(cè)定的不確定度進(jìn)行分析表明：引起環(huán)境空氣中甲烷濃度不確定性的因素主要是從校準(zhǔn)曲線獲得的樣品中甲烷的濃度，并且曲線擬合引入不確定度分量占主導(dǎo)作用，所以，在今后的實(shí)驗(yàn)過程中，操作人員應(yīng)做好曲線繪制及校核工作，保證測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]HJ 604-2017.環(huán)境空氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測(cè)定 直接進(jìn)樣-氣相色譜法[S].北京：中國(guó)環(huán)境出版社，2017.

[3]中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì).CNAS-GL006：2018化學(xué)分析中不確定度的評(píng)估指南[EB/OL].https：//www.cnas.org.cn，2018-03-01.

[4]劉振芳.氣相色譜中六通閥應(yīng)用與維護(hù)[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013，（3）：115-116.

[5]中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì).CNAS-GL009：2018材料理化檢測(cè)測(cè)量不確定度評(píng)定指南及實(shí)例[EB/OL].https：//www.cnas.org.cn，2018-03-01.

作者簡(jiǎn)介：李紫騰，助理工程師;李盼，助理工程師。