钼锑抗分光光度法测定水中总磷不确定度的评估

建阳市环境监测站 张金秀

磷是生物生长必须的元素之一，但水体中磷含量过高(如超过0.2㎎／L ) ，可造成藻类的过度繁殖，直至富营养化，造成湖泊、河流透明度降低，水质变坏。因此，对水体中总磷的测定非常必要。本文以钼锑抗分光光度法测定水中总磷为例，介绍不确定度评定的基本方法。

1 测定原理

水样经过过硫酸钾高温消解，在酸性条件下，正磷酸盐与钼酸铵、酒石酸锑氧钾反应，生成磷钼杂多酸，被还原剂抗坏血酸还原，变成蓝色络合物，于700nm波长测定吸光度。

2 总磷测定方法要点

2.1 标准曲线的绘制

取数支 50.0mL具塞比色管，分别加入磷酸盐标准溶液0.00、0.50、1.00、3.00、5.00、10.00、15.00mL，加水至 50.0mL，向比色管中加入1mL10%抗坏血酸，30s后加2mL钼酸盐溶液，放置15min，用10mm比色皿于700nm波长测定吸光度，由比色结果拟合计算出标准曲线y=bx+a。

2.2 样品测定

取25mL水样于50.0mL具塞刻度管中，加4mL过硫酸钾溶液，于1.1kg/cm2压力锅消解30min，冷却，用水稀释至50.0mL，同标准曲线的测定步骤相同进行测试，并从标准曲线上查出含磷量m，除以取样体积v，从而得样品浓度：

3 建立数学模型

总磷的含量 C(P，mg/L) 计算：C=m/v

式中：C——水样总磷的质量浓度，mg/L；

m——水中总磷的质量，µg；

V——水样体积，mL。

4 不确定度来源分析

总磷测定不确定度来源主要有以下几方面: 由于测量过程的随机效应和系统效应导致测量的不确定度是由许多分量组成，因此仔细分析测量全过程，找出不确定度的来源，是正确评定不确定度的基础，现以总磷的测量为尝试不确定度的评定。

（1）标准溶液引入的不确定度。

（2）绘制系列标准溶液曲线引入的不确定度。

（3）标准曲线拟合引入的不确定度。

（4）样品重复性测定的不确定度。

（5）仪器引入的不确定度。

（6）水样体积的不确定度。

5 不确定度的评定

5.1 标准溶液引入的不确定度[Urel(m1)]分析

标准使用液的配制：用 10.00mL 单标移液管准确移取10.00mL磷酸盐标准溶液[GBW(E)080368，500 mg/L，相对扩展不确定度为1%]至100mL容量瓶中，用纯水定量，得到浓度为50 mg/L的标准贮备液，再准确移取10.00mL 的标准贮备液至250mL容量瓶中，用纯水定容，从而得到2.0 mg/L标准使用液。

5.1.1 将标准溶液稀释至储备液引入的不确定度Urel(p)

500.00mg/L磷酸盐标准溶液的相对扩展不确定度为1 %，按置信概率近似为95%，k=2，得相对标准不确定度含量：U(co)= 1%/k=0.01/2=0.005

10.00 mL单标线吸管配置标准储备液的不确定度。容量允许差为±0.020mL，按均匀分布标准不确定度为吸管和溶液温度与校正时的温度不同而引起的体积不确定度,假设温度差为 2,℃水体积膨胀系数为2.1×10-4/℃，按均匀分布，则10.00mL单标线吸管温度变化带来的标准不确定度为mL。

此两项合成得:U(v10)=(0.01152+0.00242)1/2=0.0117mL；

Urel(v10)= 0.0117/10=1.17×10-3。

100 mL容量瓶容量允许差为±0.10mL，其引入的不确定度同上分析。Urel(v100)= 0.063/100=6.3×10-4。

所以，标准贮备液配制的相对合成标准不确定度为：

5.1.2 将储备液稀释至使用液引入的不确定度[Urel(f)]

用 10.00mL移液管，移取10.00mL磷酸盐标准贮备液至250mL的容量瓶中，配制过程中的不确定度有两个方面：

10.00 mL单标线吸管引入的不确定度。同上分析，Urel(v10)= 1.17×10-3。

250 mL容量瓶容量允许差为±0.15 mL，其引入的不确定度，同上分析。 Urel(v250)= 0.106/250=4.24×10-4。

标准贮备液稀释过程引入的不确定度：

Urel(f)=[(U2rel(v10)+U2rel(v250))]1/2=1.24×10-3

由Urel(p)、Urel(f)合成,得配制磷酸盐标准使用液的相对标准不确定度：

Urel(m1) =[(5.17×10-3)2+ (1.24×10-3)2]1/2= 5.31×10-3

5.2 绘制系列标准溶液曲线引入的不确定度[Urel(m2)]分析

绘制校准曲线标准系列的不确定度来自以下三个方面:

1.00 mL无分度吸管容器允差为±0.007mL，其引入的不确定度：Urel(v1)=u(v1)/v1=0.0004/1.00=0.004。

5.00 mL无分度吸管容器允差为±0.015mL, 其引入的不确定度：Urel(v5) =u(v5)/v5=0.00878/5.00 = 1.76×10-3。

10.00 mL无分度吸管量取溶液不确定度，同上分析。

Urel(v10)= 1.17×10-3。

由u(v1)、u(v5)、u(v10)合成，得到绘制系列标准溶液引入的不确定度为: [Urel(m2)]=[ u2(v1)+u2(v5)+u2(v10)]=4.52×10-3。

5.3 标准曲线拟合引入的不确定度[Urel(m3)]分析

标准曲线拟合引入的不确定度如表1所示。由表1 数据可见，总磷含量与相应溶液扣除空白后的双光度回归标准曲线。

表1 标准曲线

标准曲线的剩余标准差

式中，yij—仪器的各点响应值； yi—回归直线的计算值，yi=a+bxi；n—测量点数目；计算得：s(y)=2.62×10-3；s(a)=1.61×10-3；s(b)=9.50×10-5。

重复测量从环境保护部标准样品研究所购买的编号为203933的总磷标准样品6次，结果见表2 所示。

标准曲线的标准不确定度：斜率b=0.0288，样品重复6次，曲线上浓度点总数 n=7，样品平均值 m=20.571μg,=9.857μg

U(m3)=[s2(a)+s2(b)]1/2=1.61×10-3。

标准曲线相对不确定度：

5.4 样品重复性测量引入的不确定度[Urel(m4)]分析

由表2数据，计算结果如下，样品6次测量的平均含量：m=20.542μg;=0.411mg/L。

表2 203933的总磷标准样品测量值

标准偏差：S（x）=0.165μg

5.5 仪器引入的不确定度Urel(A) 分析

分光光度计在其量程范围内吸光值 A在刻度盘上呈指数分布，而透光度 T是均匀分布因此根据VIS-7220可见分光光度计提供技术指标，该仪器稳定性0.5%t/3min，按均匀分布评定相对标准不确定度为:=2.88×10-3。

5.6 取样体积标准测量不确定度Urel(v) 分析

取样体积v的标准测量不确定度有两个部分:

25.00 mL的刻度吸管量容量允许差为±0.030mL，其引入的不确定度：Urel(v25)= 0.0181/25=7.22×10-4。

50.0 mL的比色管容量允许差为±0.30mL，其引入的不确定度：Urel(v50)=0.1734/50=3.468×10-3。

取样、定容体积的标准测量不确定度分量为:

Urel(v)=[ Urel2(v25) + Urel2(v50)]1/2=3.54×10-3。

6 总磷不确定度分析结果（见表 3）

表 3 相对标准不确定度

7 相对合成标准不确定度

8 扩展不确定度

取包含因子 k = 2 (近似 95%置信概率 ) ，则扩展不确定度:

9 结果

9.1 根据评定结果，样品中总磷的浓度表示为：

C = 0.411 ±0.007mg/L。

9.2 测量不确定度评定重要的是找出影响测定的各个因素，建立满足测量不确定度评定所需要的数学模型。同时可发现各因素对不确定度的贡献率，并加以改进，从而提高分析质量。

本法测量不确定度的主要来源为标准溶液、标准曲线，仪器、样品重复性测量引入的不确定度分量，应采取措施，如选择精度高的量器，提高仪器灵敏度，增加样品测定次数，尽可能降低测量不确定度。

[1]国家质量技术监督局.测量不确定度与表示[M].北京:中国计量出版社, 1999.

[2]水和废水监测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社, 2002.