氣相色譜法測(cè)定水中8種有機(jī)氯農(nóng)藥的不確定度研究

魏 鳳，畢軍平，謝 沙，劉 沛，秦迪嵐，劉荔彬，李憬然，殷文杰

(湖南省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，國家環(huán)境保護(hù)重金屬污染監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410019)

1 引言

不確定度用于表征測(cè)量值的分散性，是由于多種原因引起測(cè)量誤差的結(jié)果不確定性。因此，不確定度的大小是測(cè)量結(jié)果可靠性重要的判別依據(jù)[1,2]。氣相色譜法作為一種常用的色譜法，被廣泛應(yīng)用，但它的不確定度評(píng)定相對(duì)來說比較復(fù)雜，因?yàn)槠渲邪藲庀嗌V和標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制等因素。

目前，國內(nèi)對(duì)氣相色譜法測(cè)定水中8種有機(jī)氯農(nóng)藥的不確定度評(píng)定時(shí)，存在分析因子不夠全面[3]，分析因子單一[4]等問題。本文參照《測(cè)定不確定度的評(píng)定與表示》，對(duì)測(cè)量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、標(biāo)準(zhǔn)溶液及其配制、樣品的預(yù)處理過程、水樣量取體積等多個(gè)因素進(jìn)行了更加全面的擴(kuò)展不確定評(píng)定[5]。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要儀器與試劑

氣相色譜儀：Agilent-7890A(配有電子捕獲檢測(cè)器)；移液槍：吉爾森。

8種有機(jī)氯標(biāo)準(zhǔn)溶液：中國計(jì)量科學(xué)研究院(編號(hào)：15001，濃度：50 μg/mL，擴(kuò)展相對(duì)不確定度為2%)；其它試劑均為農(nóng)殘級(jí)，實(shí)驗(yàn)用水為屈臣氏純凈水。

2.2 有機(jī)氯使用液配制

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)使用溶液配制

用移液槍分別移取980 μL(吉爾森M1000)正己烷和20 μL(吉爾森M25)濃度為50 μg/mL的有機(jī)氯標(biāo)準(zhǔn)溶液至2 mL安培瓶中，充分混勻，得出濃度為1.00 μg/mL的有機(jī)氯標(biāo)準(zhǔn)使用液。

2.2.2 校準(zhǔn)曲線繪制

用移液槍分別移取10、25、50、75、100 μL的有機(jī)氯標(biāo)準(zhǔn)使用液(1.00 μg/mL)至2 mL安培瓶中，并用正己烷定容至1 mL，配制成10、25、50、75和100 μg/L的5種標(biāo)準(zhǔn)溶液，上機(jī)測(cè)定，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2.3 樣品制備

量取水樣250 mL至分液漏斗中，用25 mL正己烷萃取一次，收集有機(jī)相層，并經(jīng)無水硫酸鈉脫水后旋轉(zhuǎn)濃縮定容至1.0 mL。

2.4 樣品測(cè)定

由儀器自動(dòng)進(jìn)樣器吸取1 μL樣品注入到氣相色譜儀，按照已編輯好的參數(shù)對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定，由標(biāo)準(zhǔn)曲線，得出水樣中樣品的含量。

3 不確定度分析方法

3.1 測(cè)定結(jié)果的數(shù)學(xué)模型

水中8種有機(jī)氯的計(jì)算公式為：

C=C1V1/V

(1)

式(1)中：C為水樣中的有機(jī)氯的濃度，mg/L；C1為萃取液有機(jī)氯的濃度，ug/L；V1為萃取液定量體積，mL；V為水樣量取體積，mL。

曲線擬合的回歸方程：y=a+bx

(2)

式(2)中：y為有機(jī)氯溶液的峰面積；x為曲線查得的有機(jī)氯的濃度，μg/L；a為回歸方程的截距；b為回歸方程的斜率。

根據(jù)檢測(cè)方法和數(shù)學(xué)模型分析，各輸入量估計(jì)值彼此不相關(guān)，按不確定度傳播律，合成不確定度表示為：

(3)

式(3)中：uc(c)為水中8種有機(jī)氯濃度的不確定度；u1(x)為重復(fù)測(cè)定樣品引入的不確定度；u2(x)為標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度；u(v)為有機(jī)氯標(biāo)準(zhǔn)溶液及配制引入的不確定度；u(f)為前處理過程引入的不確定度；u(vq)為水樣量取體積引入的不確定度

3.2 不確定度分量分析

根據(jù)公式(3)，水中8種有機(jī)氯主要由以下幾個(gè)因素帶來不確定度：測(cè)量重復(fù)性；標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合；標(biāo)準(zhǔn)溶液及其配制；樣品的預(yù)處理過程；水樣量取體積等。

4 結(jié)果與討論

4.1 測(cè)量重復(fù)性引入的相對(duì)不確定度

采取A類評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度。以湘江株洲段下游飲用水源地地表水樣品為基準(zhǔn)，采取添加20 μg/L有機(jī)氯標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行6次重復(fù)測(cè)定，結(jié)果見表1。

表1 水樣中有機(jī)氯含量的重復(fù)測(cè)定結(jié)果 μg/L

鑒于一般儀器均能正常應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)樣品的準(zhǔn)確測(cè)定，對(duì)實(shí)際樣品只需測(cè)定1次。因此，在樣品重復(fù)性測(cè)量平均值引入相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)估時(shí)，公式中ns數(shù)值可選取1。

其他組份樣品重復(fù)性測(cè)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度見表3

4.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對(duì)不確定度

研究采取對(duì)1.00 mg/L的有機(jī)氯標(biāo)準(zhǔn)使用液，采用逐級(jí)稀釋法進(jìn)行逐級(jí)稀釋，得到10、25、50、75、100 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列，上機(jī)測(cè)定所得數(shù)據(jù)見表2。

表2 有機(jī)氯標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù) μg/L

以α-六六六為例，根據(jù)有機(jī)氯標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定的數(shù)據(jù)，求得：線性相關(guān)系數(shù)為0.9998，斜率為13.27，截距為-4.47，表明濃度與峰面積呈線性關(guān)系。線性回歸方程為：y=13.27x-4.47。

計(jì)算實(shí)驗(yàn)剩余標(biāo)準(zhǔn)差為：

計(jì)算濃度的方差和為：

計(jì)算相對(duì)不確定度為：

4.3 8種有機(jī)氯母液及使用液配制引入的相對(duì)不確定度

4.3.1 母液的相對(duì)不確定度

4.3.2 標(biāo)準(zhǔn)使用溶液配制引入的相對(duì)不確定度

在配制有機(jī)氯標(biāo)準(zhǔn)使用液時(shí)，分別使用了25 μL移液槍1次和1000 μL移液槍1次，移液槍的允差由ISO 8655第二部分 活塞式容量儀器查得。

4.4 樣品前處理過程引入的不確定

樣品前處理過程涉及到對(duì)水樣的萃取、干燥、濃縮及定容等步驟，可通過加標(biāo)回收率對(duì)該過程引入的不確定度進(jìn)行評(píng)估。α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、p,p`-DDE、p,p′-DDD、o,p′-DDT和p,p′-DDT的加標(biāo)回收率分別介于85%～98%、81%～102%、86%～94%、85%～97%、74%～96%、76%～103%、93～96%、90%～119%，理想狀態(tài)回收率應(yīng)為100%，但實(shí)際加標(biāo)回收率呈非對(duì)稱分布。在回收率不確定度計(jì)算時(shí)，按照J(rèn)JF1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》中第5.8節(jié)規(guī)定公式計(jì)算，以α-六六六為例，計(jì)算如下：

其他組份樣品制備過程中引入的相對(duì)不確定度見表3。

4.5 取樣體積引入的不確定

4.6 六六六，滴滴涕八種組分各不確定度分量匯總表

江總表見表3。

表3 各組份不確定分量匯總

5 合成不確定度

以α-六六六為例，根據(jù)上述評(píng)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)，α-六六六各不確定度分量見表4。

表4 α-六六六各不確定度分量匯總

8種有機(jī)氯合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度見表5。

表5 各組份合成不確定度匯總

6 擴(kuò)展不確定度

以α-六六六為例，在計(jì)算擴(kuò)展不確定度時(shí)，包含因子選取k=2(約95%置信概率)，計(jì)算結(jié)果為：

U=kuc(c)=2×2.480 μg/L=5.0 μg/L。

其他組份擴(kuò)展不確定度見表6。

表6 各組份擴(kuò)展不確定度匯總

7 結(jié)論

(1)氣相色譜法測(cè)定水中有機(jī)氯的含量，其中α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、p,p′-DDE、p,p′-DDD、o,p′-DDT、p,p′-DDT的測(cè)定結(jié)果分別為(20±5.0)μg/L、(20±6.3)、(20±6.0)μg/L、(19±5.6)μg/L、(21±8.6)μg/L、(21±7.8)μg/L、(22±4.9)μg/L、(23±8.2)μg/L，k=2。

(2)在氣相色譜法測(cè)定水中8種有機(jī)氯產(chǎn)生的不確定度時(shí)，主要考慮了測(cè)量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、有機(jī)氯標(biāo)準(zhǔn)溶液及配制、取樣體積、前處理過程等5個(gè)方面的來源。綜上可得：在有機(jī)氯不確定度的影響因素中最主要的是前處理過程，其次是標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、測(cè)量重復(fù)性和有機(jī)氯標(biāo)準(zhǔn)溶液及配制，影響最小的是取樣體積引入的不確定度。

(3)在測(cè)定水中有機(jī)氯時(shí)，為保證測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確，應(yīng)盡可能減少不確定度的影響。筆者認(rèn)為：首先，應(yīng)該熟練掌握實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作技能，不斷提高自身技能的準(zhǔn)確度；第二，標(biāo)準(zhǔn)曲線至少包含5個(gè)點(diǎn)，提高標(biāo)準(zhǔn)曲線的正確性；第三，選擇靈敏度高、重復(fù)性好的氣相色譜。