车间空气中甲苯测定过程的不确定度分析

张建平，王乐华，芮天来，刘凤芝

(苏州工业园区疾病防治中心，江苏　苏州　215021)



车间空气中甲苯测定过程的不确定度分析

张建平，王乐华，芮天来，刘凤芝

(苏州工业园区疾病防治中心，江苏苏州215021)

车间空气中甲苯测定过程的不确定度分析有助于提高车间空气中甲苯测定的准确度，防止职业伤害，保护劳动者。为此分析了测定过程的4个部分的不确定度。该样品空气中甲苯的浓度为46.24 mg/m3，扩展不确定度为U=3.01 mg/m3(k=2)，结果可表示为：(46.24±3.01) mg/m3。通过计算，找到了1个主要来源，并采取改进措施，降低不确定度，进一步提高测定的准确度。

车间空气；甲苯；不确定度

在工业生产中，甲苯作为溶剂或者原料被大量使用。一部分甲苯经挥发进入车间空气中，达到一定浓度后会对劳动者产生毒害作用：对皮肤、粘膜有刺激性，对中枢神经系统有麻醉作用。因此，对甲苯的准确检测可以评估工作环境，防止职业伤害，保护劳动者。但是，在甲苯的检测中，过程复杂，干扰因素较多，对检测结果的准确性影响较大。本文根据相关规定和指导对车间空气中甲苯测定过程的不确定度进行分析评定[1-2]，确定干扰来源及检测偏差。

1　检测方法概述

按照国家标准 GBZ/T160.42-2007工作场所空气有毒物质测定芳香烃类化合物[3], 对车间空气中甲苯含量进行测定。以微量进样针准确吸取色谱纯甲苯100 μL，加二硫化碳定容到10 mL，得到浓度为8620 μg/mL的标准贮备液，临用时以1 mL移液管移取1 mL标准贮备液于10 mL容量瓶中定容至刻度，得到862 μg/mL标准使用液，再以1 mL移液管准确移取0.1 mL、0.5 mL、1 mL的862 μg/mL的标准使用液和0.5 mL、1 mL标准贮备液，以二硫化碳定容至10 mL，配置成浓度为8.62 μg/mL，43.10 μg/mL，86.20 μg/mL，431.00 μg/mL和862.00 μg/mL的标准系列，气相色谱进样1 μL，以峰面积和浓度绘制标准曲线。车间空气中的甲苯经活性炭管吸收，二硫化碳解吸后在相同的色谱条件下进样1 μL，从标准曲线中计算其浓度。

2　数学模型

工作场所空气样品中甲苯浓度的计算公式为：

(1)

式中：C——待测工作场所空气样品中甲苯的浓度，mg/m3

C0——活性炭管解吸液中甲苯的浓度，μg/mL

V——解吸剂体积，mL

V0——标准采样体积(指在气温为20 ℃，大气压为101.3 kPa，采集空气样品的体积)，L

D——解吸效率，%

3　不确定度来源分析

根据数学模型，不确定度的来源主要有以下四个部分：

(1) 活性炭管解吸液中甲苯浓度的相对标准不确定度Urel(C0)；

(2) 解吸液体积的相对标准不确定度Urel(V)；

(3) 标准采样体积的相对标准不确定度Urel(V0)；

(4) 解吸效率的相对标准不确定度Urel(D)。

4　不确定度分量分析

4.1活性炭管解吸液中甲苯浓度的相对标准不确定度Urel(C0)

Urel(C0)主要由4个方面因素引起：标准贮备液的不确定度Urel(贮)，标准溶液系列配置的不确定度Urel(系)，标准溶液上机测定时的不确定度，即气相色谱仪的不确定度Urel(仪)，标准曲线拟合的不确定度Urel(拟)，样品测定的不确定度Urel(样)。可以表示成：

4.1.1标准贮备液的不确定度Urel(贮)

以微量进样针取色谱纯甲苯100 μL，加二硫化碳定容到10 mL。其不确定度与色谱纯甲苯、100 μL微量进样器和10 mL 容量瓶相关。

(1) 色谱纯苯的不确定度Urel(纯)：色谱纯甲苯的含量不低于99.5%，产生的不确定度:

(4) 标准贮备液的不确定度Urel(贮)

4.1.2标准溶液系列配置的不确定度Urel(系)

在配置浓度为8.62 μg/mL，43.10 μg/mL，86.20 μg/mL，431.00 μg/mL和862.00 μg/mL的标准系列过程中，共使用了6次1 mL移液管和6次10 mL容量瓶。

4.1.3气相色谱仪的不确定度Urel(仪)

4.1.4标准曲线拟合的不确定度Urel(拟)

根据测定方法得出标准曲线，拟合得到标准曲线为：

A=1.0838C-0.4391，R2=1.0000

测定样品吸光度值，由标准曲线求含量，计算平均含量为C0=69.29 μg/mL，由最小二乘法拟合不确定度为[4]：

(2)

(3)

Urel(拟)=U(拟)/C0=0.0078

4.1.5标准曲线的不确定度Urel(标)

以上4.1.1至4.1.5部分合起来即为标准曲线的不确定度：

4.1.6样品测定的不确定度Urel(样)

样品测定时额外引入的不确定度即气相色谱仪的不确定度Urel(仪)，因此:

因此:

4.2解吸液体积的相对标准不确定度Urel(V)

4.3标准采样体积的相对标准不确定度Urel(V0)

标准采样体积由以下公式计算：

(4)

式中：V0——标准采样体积(指在气温为20 ℃，大气压为101.3 kPa下，采集空气样品的体积)，L

V——在温度为T ℃，大气压为P时的采样体积，L

T——采样点的气温， ℃

P——采样点的大气压，kPa

V=Q×t

(5)

式中：Q——采样流量，mL/min

t——采样时间，min

由公式(4)和(5)可以得出，标准采样体积的不确定度主要由以下几个来源：采样流量Q、采样时间t、采样点的温度T和大气压P。

①根据检定证书(证书编号900159035-001)，采样流量误差为1.1%，则：

②根据检定证书(证书编号900159035-001)，采样时间误差为0.16%，则：

③根据检定证书(证书编号900159021-007)，温度计的误差为0.8%，则：

④根据检定证书(证书编号900159015-003)，气压表的误差为0.11%，则：

4.4解吸效率的相对标准不确定度Urel(D)

解吸效率测定方法[5]:以微量进样针准确吸取色谱纯甲苯100 μL，加二硫化碳定容到10 mL，得到浓度为8620 μg/mL的标准贮备液。用微量进样针向6支空白碳管中分别加入8 μL标准贮备液，于干燥皿中放置过夜。测定时将上述碳管分别倒入解吸瓶中，加入1.0 mL 二硫化碳，振摇1 min，解吸30 min。取1.0 μL解吸液上机测定。同时做空白试验和标准曲线。获得6次解吸效率分别为：99.12%、99.68%、101.32%、100.11%、99.64%、98.69%、100.02%、98.36%、99.84%、100.34%和100.81%，D平均=99.90%，则：

5　合成相对标准不确定度Urel(x)

综上所述，可由车间空气中甲苯测定过程的不确定度主要来源计算合成相对标准不确定度：

6　扩展相对标准不确定度Urel

取包含因子k为2，近似95%置信概率，则：

Urel=kUrel(x)=0.0652

7　测定结果

U=46.24×0.0652=3.01 mg/m3

最终结果表示为：(46.24±3.01)mg/m3

8　结　论

通过对车间空气中甲苯测定过程中不确定度来源的分析可知，活性炭管解吸液中甲苯浓度的相对标准不确定度Urel(C0)为其主要来源，主要原因是标准溶液系列配置的不确定度Urel(系)和气相色谱仪的不确定度Urel(仪)占主导位置。因此，可以通过使用更高等级的移液管和容量瓶配置标准溶液系列，并采用性能更稳定的气相色谱仪进行测定，从而减小车间空气中甲苯测定的不确定度，提高测量的准确度。

[1]国家质量技术监督局.JJF1059-1999 测量不确定度评定与表示[S].北京:中国计量出版社,2000.

[2]倪育才.实用测量不确定度评定[M].北京:中国质检出版社,中国标准出版社,2015:64-70.

[3]中华人民共和国卫生部.GBZ/T160.42-2007工作场所空气有毒物质测定芳香烃类化合物[S].北京:人民卫生出版社,2007.

[4]周俊,许伟,王勇.气相色谱法测定空气中丙酮的不确定度评定[J].广东化工,2011,38(10):157-158.

[5]黄彩娇,宋国良.CS2解吸活性碳管中多组分有机溶剂的解吸效率测定[J].浙江预防医学,2007,19(1):94-95.

Uncertainty Analysis of Determination of Toluene in the Workplace Air

ZHANGJian-ping,WANGLe-hua,RUITian-lai,LIUFeng-zhi

(Suzhou Industrial Park Centers for Disease Control and Prevention, Jiangsu Suzhou 215021, China)

Uncertainty analysis of determination of toluene in the workplace air is good to improve the accuracy of the determination of toluene in the workplace air, prevent occupational injuries and protect workers. For that reason, the uncertainty of four parts of the measurement process was analyzed.The concentration of toluene in the air sample was 46.24 mg/m3, extended uncertainty was 3.01 mg/m3(k=2), and the result of measuring toluene was (46.24±3.01) mg/m3. By calculation, one main source of uncertainty was found, and the improvement measures were adopted to reduce the uncertainty and to further improve the accuracy of determination.

workplace air; toluene; uncertainty

张建平(1982-)，男，工程师，主要从事理化检验工作。

R136.9

C

1001-9677(2016)07-0144-03