工作场所空气中丙酮测量不确定度评定

吴梦一

(中国安全生产科学研究院， 北京 100029)

·分析与测试·

工作场所空气中丙酮测量不确定度评定

吴梦一

(中国安全生产科学研究院， 北京 100029)

介绍了溶剂解吸—气相色谱法测定工作场所空气中丙酮测量不确定度的评定过程，确定了不确定度分量的来源及大小。其中活性炭解吸液中丙酮的浓度和标准采样体积的贡献较大。可优先选择高精密度的仪器和实验器具，同时不断提高人员操作水平，有效降低不确定度。

丙酮；溶剂解吸；气相色谱；不确定度

丙酮作为一种重要的有机溶剂，广泛应用于化工、农药、电子、机械、橡胶制品、皮革、家具、印刷等行业。相关的生产工艺主要涉及机械制造的热处理、电镀、涂装；芯片制造中的原辅材料、清洗、刻蚀；除草剂的制剂与分装；皮革制品的成型工艺；印刷装订工艺。丙酮既是重要的原辅材料，又是良好的溶剂、稀释剂。丙酮急性中毒主要表现为对中枢神经系统的麻醉作用。长期接触会出现眩晕、灼烧感、咽炎、支气管炎、皮炎等。因此，控制工作场所空气中作业人员接触的丙酮浓度是十分必要和迫切的。影响丙酮含量测定结果准确度的因素很多，采样、检测、数据处理等各个环节中的仪器状况、人员技术水平、经验等都会干扰到检测结果，不确定度的评定是通过分析各个分量来估算测量值的范围。本文根据《工作场所空气有毒物质测定 脂肪族酮类化合物》(GBZ/T 160.55—2007)[1]中丙酮的溶剂解吸—气相色谱法测定丙酮含量，为工作场所空气中丙酮不确定度的评定提供参考。

1 仪器和方法

1.1 仪器

仪器型号：气相色谱仪Agilent 7890A(FID检测器)；色谱柱：DB-624,30 m×0.32 mm×1.8 μm；柱温：40℃(保持5.0 min)；进样口温度：200℃；检测器温度：250℃；柱流速:2.0 mL/min；分流比: 10:1。

1.2 测定方法

根据GBZ/T 160.55—2007《工作场所空气有毒物质测定 脂肪族酮类化合物》中丙酮的溶剂解吸—气相色谱法进行测定，即用活性炭管采集工作场所空气中的丙酮，二硫化碳解吸后用气相色谱仪进行含量测定，根据标准系列浓度(23.7、47.4、94.8、158.0、316.0、790.0 μg/mL)与相对应的峰面积建立标准曲线，计算未知样品浓度，然后根据标准采样体积计算工作场所空气中丙酮的浓度。

2 测量的数学模型及不确定度分量

丙酮浓度测定的数学模型：

(1)

式中，C为空气中丙酮的浓度，mg/ m3；C0为活性炭解吸液中丙酮的浓度，μg/mL；v为解吸液的体积，mL；V0为标准采样体积，L；D为解吸效率，%。

根据数学模型，丙酮不确定度的来源主要有以下几个方面：1.活性炭解吸液中丙酮浓度的不确定度；2.解吸液体积的不确定度；3.标准采样体积的不确定度；4.解吸效率的不确定度。

3 不确定度分量分析

3.1 活性炭解吸液中丙酮浓度的不确定度

根据活性炭解吸液中丙酮浓度的测定步骤，解吸液中丙酮浓度的相对标准不确定度ur(C0)主要受以下几方面的影响：标准储备液配制、标准溶液系列配制、气相色谱仪测定、标准曲线拟合、样品测定。

3.1.1 标准储备液的不确定度

加2 mL二硫化碳于5 mL容量瓶中，准确加入5 μL丙酮色标(纯度为99.5%，相对密度为0.790 g/mL)，定容至刻度。摇匀，得到标准储备液，浓度为790 μg/mL。该标准储备液不确定度的影响因素有：丙酮的纯度、10 μL进样针、5 mL容量瓶。

3.1.2 标准系列配制的不确定度

3.1.3 气相色谱仪的不确定度

3.1.4 标准曲线拟合的不确定度

在该仪器条件下，根据标准系列溶液进样后峰面积的响应值与溶液本身浓度的线性关系，绘制出标准曲线y=0.787x+1.010，相关系数R=0.9999，其中B1=0.787，B0=1.010。标准系列溶液每个浓度测定一次，测定结果见表1。

表1 标准系列测定结果

在相同实验条件下对样品测定3次，结果见表2。

表2 样品测定结果

由表2可知，通过标准曲线拟合测得丙酮样品的平均浓度为241.1 μg/mL，则丙酮拟合曲线的不确定度为：

(2)

其中标准曲线的标准偏差为：

(3)

根据(3)式算出SR=3.535，

ur(拟)=u(拟)/C0=3.18/241.1=0.013

3.1.5 样品测定的不确定度

样品解吸时要用到1mL移液器，ur (移)=0.012。样品测定时要用到气相色谱仪，ur(仪)=0.012，则样品测定的相对标准不确定度

综合第3.1.1～3.1.5节，活性炭解吸液中丙酮浓度的相对标准不确定度为：

3.2 解吸液体积的相对标准不确定度

1 mL移液器的相对标准不确定度ur(移)=0.012，所以解吸液体积的相对标准不确定度ur(v)=0.012。

3.3 标准采样体积的不确定度

将采样体积换算成标准采样体积的公式[3]如下：

(4)

式中,V0为标准采样体积，L；Vt为在温度为t℃，大气压为P时的采样体积，L；t为采样点的气温，℃；P为采样点的大气压，kPa。

其中Vt=F·t

(5)

式中，Vt为在温度为t℃，大气压为P时的采样体积，L；F为采样流量，L/min；t为采样时间，min。

由上式可以看出，影响标准采样体积不确定度的因素主要有采样流量、采样时间、采样点温度以及采样点大气压。

综上，标准采样体积的相对标准不确定度为：

3.4 丙酮解吸效率的相对标准不确定度

取11支空白活性炭管，分为2组，其中5支活性炭管分别加入相当于474.0 μg的丙酮储备溶液，另外6支活性炭管分别加入相当于790.0 μg的丙酮储备溶液，室温下放置过夜，按标准方法处理后测定，同时测定空白炭管。其解吸效率范围为98.0%～105.2%，平均解吸效率为101.6%，则解吸效率的相对标准不确定度为：

4 合成标准不确定度及扩展不确定度

综上，公共场所空气中丙酮的合成标准不确定度为：

C(丙酮)=241.1×1/(1.5×101.6%)=158.2 mg/m3，u=158.2×0.058=9.2 mg/m3, 取包含因子k=2(95%置信区间)，则扩展不确定度U=k×u=2×9.2=18.4 mg/m3。

5 结果表示

本次测量样品浓度结果表示为(158.2±18.4) mg/m3。

6 讨论

综上，对工作场所空气中丙酮测量不确定度影响最大的分量是活性炭解吸液中的丙酮浓度，其次是标准采样体积，再次是解吸液体积。其中，影响活性炭解吸液中丙酮浓度不确定度的分量主要是标准溶液系列配制和样品测定，影响标准采样体积不确定度的分量主要是采样流量。因此应优先选择高精密度、高灵敏度的仪器设备和实验器具，同时提高实验人员的操作水平，尽可能地将工作场所中有毒物质的不确定度降至最低。

[1] GBZ/T 160.55—2007 工作场所空气有毒物质测定 脂肪族酮类化合物[S].

[2] JJG 196—2006 常用玻璃容器检定规程[S].

[3] GBZ 159—2004 工作场所空气中有害物质监测的采样规范[S].

吴梦一， 女，工程师，任职于中国安全生产科学研究院。主要从事职业卫生工作场所空气中有机物的检测研究。邮箱：350499577@qq.com。

Uncertainty Evaluation of the Determination of Acetone in theAir of Workplace

WU Mengyi

(China Academy of Safety Science and Technology, Beijing 100029，China)

In this paper, the uncertainty evaluation process of determination of acetone in the air of workplace by solvent desorption-gas chromatography was introduced, and it determined the source and value of the uncertainty. The concentration of acetone in the desorption solution of the activated carbon and the standard sampling volume made the greater contribution. In order to reduce the uncertainty effectively, high-precision instruments and experimental apparatus should be given priority. At the same time, the level of personnel operations should be improved continuously.

acetone; solvent desorption; gas chromatography; uncertainty

2016-01-05

中国安全生产科学研究院基本科研业务专项资金(2015JBKY08)

TQ117

B

1007-7804(2017)01-0033-04

10.3969/j.issn.1007-7804.2017.01.009