分光光度法測定水質中亞硝酸鹽含量不確定度評定

胡浩光，劉少彬，謝翠美，郭楚儀，姚婉儀

(東莞市動物疫病預防控制中心，廣東 東莞 523002)

不確定度是測量結果有關的各個參數，表征被測量值的分散性[1]和測試結果可靠性的重要依據。根據實驗室《檢測和校準實驗室能力的通用要求》[2]，對不確定度的評定，做出了具體的要求，檢驗實驗室應按自身的工作特點，制定相關的測定不確定度程序，適用于本實驗室的檢測工作，在有必要時給出不確定度。當不確定度影響規格限量的符合性或與檢測結果的有效性和應用有關時，應給出測量不確定度[3]。測量不確定度評定，是驗證量值溯源和檢測校準方法是否符合《檢驗實驗室和校準實驗室能力認可準側》要求主要因素[4]。而且對測試結果有重要影響，提高實驗準確度。本文通過建立數學模型，對亞硝酸鹽檢測結果有影響的不確定度分量進行分析，找出影響不確定度的主要因素。

1 材料與方法

1.1 標準品與試劑

水中亞硝酸鹽氮標準物質(100 mg/L，GBW(E)080223)，中國計量科學研究院；試驗用水為超純水，東莞市怡豐貿易有限公司；鹽酸萘乙二胺(AR)，天津市大茂化學試劑廠；磺胺(AR)，國藥集團化學試劑有限公司；鹽酸(GR)，廣州化學試劑廠。

1.2 儀器與設備

Cary 100 Conc紫外分光光度計，美國瓦里安公司；TE612-L電子天平(感量0.01)，賽多利斯公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 標準溶液配制

移取1.00 mL亞硝酸鹽標準溶液(100.0 mg/L)于100 mL容量瓶中，用純水定容至標線，混勻，得到亞硝酸鹽標準使用液(1.00 mg/L)。向50 mL具塞比色管中分別加入亞硝酸鹽標準使用液0、0.10、0.20、0.30、0.40、0.60、1.00 mL，用純水稀釋至50 mL。

1.3.2 標準曲線

分別向7個50 mL具塞比色管加入1.0 mL磺胺溶液(10 g/L)，搖勻，靜止5 min。再加入1.0 mL鹽酸萘乙二胺溶液(1.0 g/L)，搖勻，靜止10 min。在543 nm波長測定吸光度，用5 cm比色皿，用純水作參比，測其吸光值。以吸光值為縱坐標和濃度為橫坐標，進行曲線擬合，得出方程y=0.0171x+0.0008，線性范圍：0～100 μg/L。

1.3.3 樣品的測定

用50 mL 單標吸量管移取50 mL水樣(使用前經0.45 μm微孔濾膜過濾)于50 mL比色管中，向水樣中分別加入1.0 mL磺胺溶液(10 g/L)，搖勻后，靜止5 min。再加入1.0 mL鹽酸萘乙二胺溶液(1.0 g/L)，搖勻，靜止10 min。于543 nm波長，用5 cm比色皿。用純水作參比，測其吸光值。

2 數學模型和不確定度的來源

2.1 定量數學模型

根據分光光度法的檢測原理，樣品中NO2-N的濃度計算公式見式(1):

(1)

式(1)中C(NO2-N)為水樣中NO2-N的濃度，μg/L；An為水樣中NO2-N的吸光值；α為標準曲線中的截距；b為標準曲線中的斜率。

2.2 不確定度的來源

從數學模型分析和測量過程中可以看出，水中NO2-N測量的不確定度來源主要有：①標準溶液自身urel(q)和配制過程urel(p)；②樣品取樣urel(y)和重復性測量urel(l)；③校準曲線擬合urel(q)；④分析儀器(紫外分光光度計)urel(f)和吸光度值量化誤差urel(x)。

3 測量不確定度評定

樣品NO2-N含量合成相對不確定度urel的計算公式見式(2):

(2)

3.1 NO2-N標準溶液引入的不確定度urel(b)

NO2-N標準溶液(中國計量科學研究院)，濃度為100 mg/L，證書號：GBW(E)080223，證書中擴展不確定度為2%，按正態分布k=2計算，此評定方法屬于B類評定。

NO2-N標準溶液的標準不確定度：

NO2-N標準溶液的相對標準不確定度:

3.2 NO2-N標準溶液配制中引入的不確定度urel(p)

標準溶液的配制方法: 吸取1.0 mL NO2-N標準溶液(100 mg/L)于100 mL容量瓶，用純水定容，搖勻，溶液濃度為1000 μg/L。實驗過程中，稀釋產生的不確定度，標準溶液稀釋過程中，影響的3個方面為：量器的估讀誤差、溶液溫度變化、體積允差。

3.2.1 稀釋時移液槍和量器體積允差引入的標準不確定度urel(f)

urel21(f100)=0.0577 mL/100 mL=0.000577

urel21(f1)=0.0002858 mL/1 mL=0.000286

1000 μL移液槍和量器體積校準所引入的相對標準不確定度為：

3.2.2 溶液溫度變化引入的標準不確定度urel(d)

稀釋標準溶液溫度引入的相對標準不確定度為：

urel(d)=u22(d100)/100 mL=0.0242 mL/100 mL=0.000242

3.2.3 容量瓶估讀誤差引入標準不確定度urel(s)

urel(s)=0.015 mL/100 mL=0.00015

由上述三方面不確定度分量得：

3.3 移取樣品過程中引入的不確定度urel(y)

3.3.1 移取樣品體積允差引入的不確定度u31(V)

（2）流動性：將粉末通過下孔徑為5 mm的玻璃漏斗，從10 cm的高度緩慢、均勻地落入平板上，形成圓錐體。測量圓錐體的高度（h）和基底的半徑（r），按公式計算休止角（θ，tanθ＝h/r）。

urel31(V)=urel31(V)/V=0.0289 mL/50 mL=0.000578

3.3.2 樣品溶液溫度變化引入的不確定度u32(V)

u32(V)=2.1×10-4/℃×2 ℃×50 mL/k=0.0121 mL

urel32(V)=u32(V)/V=0.0121 mL/50 mL=0.000242

3.3.3 單標吸量管50 mL估讀誤差引入的標準不確定度u33(V)

吸量管刻度讀數，由于變動性引入的標準不確定度，包含測量結果重復性。當評定測量重復性分量后，吸量管的估讀誤差，引入的不確定度不再評定。

以上不確定度分量合成，取樣引入的相對標準不確定度為：

3.4 校準曲線擬合引入的不確定度urel(q)

用1000 μg/L的NO2-N標準溶液繪制的標準曲線，見表1。由表1 計算得：a=0.0008，b=0.0171，r=0.99998，表明x與y呈線性關系。回歸直線方程為：y=0.0171x+0.0008。

表1 NO2-N標準曲線

標準曲線的剩余標準差為：

式中：n為曲線上的點數(n=7)；a+bxi為回歸曲線計算的理論值。

標準曲線的標準不確定度為：

標準曲線引入的相對標準不確定度為：

3.5 樣品重復性測量引入的不確定度urel(l)

用A類評定方法來評定，測量重復性引入的不確定度，見表2。

表2 樣品中NO2-N的測定值

實驗標準偏差：

樣品重復性測量，引入平均標準的不確定度：

樣品11次重復性測量，引入相對平均標準的不確定度：

3.6 分析儀器(紫外分光光度計) 引入的不確定度urel(f)

紫外分光光度計CARY 100 Conc的不確定度為0.5%，K=2，則分析儀器引入的相對標準不確定度：

3.7 吸光度值的量化誤差引入的不確定度urel(x)

其相對標準不確定度：

4 不確定度的合成

4.1 合成相對標準不確定度

合成相對標準不確定度為：

=0.010730

4.2 合成標準不確定度

可得合成標準不確定度為：

4.3 擴展不確定度

擴展不確定度包含因子k=2(約95% 置信概率)，則擴展不確定度為：

U=kuc(c)=2×0.76 μg/L=1.52 μg/L

5 不確定度評定報告

奈乙二胺分光光度法對水中亞硝酸鹽的測量，結果為：(71.2±1.52) μg/L,k=2。

6 結 論

測量不確定度的評定是檢測工作中，不可缺少的技術核心，是進行實驗室認可和計量認證的必要條件，不確定度的途徑各式各樣，惟有基于測量結果不確定度內涵，可以有效辯別各種途徑因素[5]。測量不確定度按評定方法主要分A、B兩種類別[6]。A類評定是用觀測列進行統計的分析方法，是傳統的隨機誤差；B類評定是用不同于對觀測列，不相應于傳統的系統誤差。其表示方式有3種：標準不確定度、合成標準不確定度和擴展不確定度，擴展不確定度較為廣泛，它是指合理賦予被測量之值，分布的大部分可望含于此區間，合成標準不確定度擴展了k倍[7]。測量不確定度是對測量水平和結果準確性的科學表達，用合理的校準方法，分析影響檢測結果的主要因素，進一步了解被測物質真值所在的范圍，當檢測值在檢出限附近時，對不確定度的分析，更具有實際意義。

本文主要的兩個不確定度分量，是標準溶液和校正曲線擬合引入的不確定度。在NO2-N檢測過程中，為了降低不確定度，提高實驗的精確度，可以采取以下辦法：①選擇有資質的標準溶液機構，并在實驗操作稀釋過程中，使用已檢定/校準的玻璃器皿，嚴格按照作業指導書操作；②適當增加標準曲線的點數，降低校準曲線擬合引入的不確定度；③使用靈敏度高、穩定性好的儀器；④測量重復性方面，增加重復測量次數來降低平均值的標準偏差，提高自身的操作技能。