电感耦合等离子体发射光谱测定塑胶跑道中可溶性铅的不确定度分析

宋 飞

（英格尔检测技术服务（上海）有限公司，上海 200000）

电感耦合等离子体发射光谱测定塑胶跑道中可溶性铅的不确定度分析

宋 飞

（英格尔检测技术服务（上海）有限公司，上海 200000）

采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）测定了合成跑道塑胶面层中可溶性铅，计算了在测量过程中产生的不确定度，并计算了合成不确定度和扩展不确定度，对产生的不确定度进行了分析讨论，为以后的检测工作提供了一定的理论基础。

不确定度；ICP-OES；可溶性铅

近来，一些劣质的塑胶跑道在生产过程中引入了重金属催干剂-铅盐。铅盐具有促进跑道凝固、定型的特点，但其会对环境造成永久性污染。儿童皮肤与劣质跑道长期接触后，身体内部会渗入铅元素，造成血铅超标。为了保障人民健康安全，需要对塑胶跑道进行质量检测，其中可溶性铅是一项重要指标，需要进行准确可靠的分析。

本文中采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES），参照国家标准GB/T 14833-2011给出的前处理方法，对合成跑道塑胶面层中可溶性铅的测量不确定度进行了分析。目前，对可溶性铅的不确定度评定，多为原子吸收法，而ICP-OES测定法的不确定度鲜有报道，因此本文采用ICP-OES测定合成跑道塑胶面层中可溶性铅，为今后的检测研究工作提供了理论和实践支持。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）；磁力搅拌器；酸度计，精确度为±0.2pH单位；电子天平，精确到0.1mg。

盐酸35%～37%，优级纯；硝酸：65%～68%，优级纯；铅标准溶液：1 000mg/L。除非另有说明，在分析中仅使用确认为分析纯的试剂和蒸馏水或去离子水或相当纯度的水。

1.2 实验过程

1.2.1 取样

在样品中部距样品边缘不少于50mm的区域内截取试样，截取的试样研磨和经研磨后的试样在试验前的停放均应按照GB/T 2941-2006中的相应规定执行。

1.2.2 样品处理

样品处理按照国家标准GB/T 14833-2011附录E操作。

1.2.3 测试

配制一系列铅标准溶液：0，0.1，0.5，1.0，2.0，5.0mg/L；用ICP-OES进行测试，并选取Pb 220.353作为测试波长。表1和表2所示ICP-OES的测试结果。

2 测量不确定度的来源

2.1 测试结果的数学计算模型

式中：X 为试样中可溶性铅的含量，mg/kg；C为试样前处理溶液中铅的含量，mg/L；C0为试样空白溶液中铅的含量，mg/L；V为试样定容总体积，mL；m为试样质量，g；F为稀释倍数。

表1 样品中可溶性铅重复测定结果

表2 三次测量标准溶液浓度对应的校准信号响应值

2.2 测量不确定度来源的分析

通过实验证明，测量过程中产生不确定度的主要来源有：①重复测量产生的不确定度；②标准工作溶液配制时产生的不确定度；③定容体积产生的不确定度；④称量样品产生的不确定度。

3 不确定度的计算

3.1 天平称量过程引入的不确定度

称样量平均值m为0.501 7g，天平的称量误差±0.000 1g，天平称量过程属于均匀分布，故天平称量过程引入的不确定度为：μ

根据查阅天平的相关资料，称量在50g以内时，称样量的变动性标准偏差μ2（m）为0.000 07g，天平一共重复称量样品6次，这6次称量结果的标准偏差μ（3m）为0.000 703g（见表1），称样量的平均值m为0.501 7g，则由天平称量引起的合成不确定度为因此，由天平称量过程引起的标准不确定度为：μrel(m)==0.001 8。

3.2 仪器重复测量引入的不确定度计算

采用ICP-OES对加标样品进行了6次测量，加标样品中铅的值见表1，这6次测量结果的标准偏差μ(r)为0.652 24mg/ kg，这6次测量结果的平均值n为73.91mg/kg，仪器重复测量引入的相对标准不确定度为：μ(r)==0.008 8。rel

3.3 标准工作曲线拟合引入的不确定度计算

由表2中的数据进行线性最小二乘法拟合，得线性方程：A=19 839.815C-28.57，A为响应值，C为浓度值；线性相关系数γ2为0.999 9。

按实验方法，对其中一份样品进行了3次测量，即P=3，由仪器自动根据样品平均响应强度，然后通过直线方程求得测定值为C=1.483mg/L。由拟合直线求C时产生的标准不确定度μ4按以下公式计算：

故由标准曲线拟合引起的标准不确定度为：μrel(C)0.029。

式中：U1为由拟合直线求C时产生的不确定度；

SR为由拟合直线求得的A与相应Ai测定值之差按贝塞尔公式求出的标准偏差；P为样品溶液的测定次数P=3；n为标准溶液的测定总次数，n=15；Ai为标准溶液响应测定值；B1为常数，其值为19 839.815；B0为常数，其值为-28.57；Ci为标准曲线各点的响应值通过校准曲线所计算出的理论浓度，mg/L；c为标准溶液中铅的浓度的测定平均值，1.720 mg/L；C为样品溶液中铅的浓度，0.478mg/L；Cs为标准溶液的设定浓度，mg/L。

3.4 标准溶液配制引入的不确定度计算

标准溶液的配制是从铅标准储备溶液（1 000mg/L）中取1mL稀释至100mL，得到浓度为10mg/L的二级储备溶液，再分别用1，5，5，10，25ml单刻度移液管移取1，5，5，10，25ml的10mg/L二级储备溶液，并分别定容至50，100，50，50，50mL，得到浓度为0.2，0.5，1.0，2.0，5.0mg/L的工作曲线。

标准溶液配制中引入的不确定度是由以下两个因素构成的：铅标准储备溶液的纯度、标准工作溶液配制过程中体积度量工具的误差。

3.4.1 铅标准储备溶液的纯度引入不确定度的计算

测量所用铅标准储备溶液为1 000mg/L，由国家标准物质研究中心提供，具有溯源性，其不确定度为5mg/L，按均匀分布转化为不确定度为=2.886mg/L。

则由铅标准储备溶液纯度引入的标准不确定度为：μrel(S)==0.002 9

3.4.2 标准工作溶液配制中体积测定引入不确定度的计算

在配制工作曲线中用到的度量工具有规格为1，5，5，10和25mL的单刻度移液管，以及规格为100mL和50mL的容量瓶，根据JJG 196-2006《常用玻璃量器检定规程》和JJF 1059-1999《测量不确定度评定与表示》的规定，这两种量具引起的不确定度为三角分布，且主要来源于以下两个部分：液体体积的不确定度；吸管内液体温度于校准温度不同引入的不确定度。

例如，1mL单刻度移液管移取标准储备溶液引起的不确定度：按JJG 196-2006《 常用玻璃量器检定规程》，1mL 单标线吸管（A级）最大允差为0.007mL，符合三角分布，则校准体积的标准不确定度为：=0.002 8。

温度影响引起的不确定度计算，玻璃仪器的检定温度为20℃，实验温度为23℃，水的体积膨胀系数为2.1×10-4/℃，按均匀分布，k=3，则温度引起的体积标准不确定度为：

其相对标准不确定度为 0.000 36，所以，1mL 单标线吸管相对合成标

同理，可以得到5mL，10mL 以及25mL单刻度移液管的合成标准不确定度 μ2（V），μ3（V），μ4（V），分别为：0.001 4，0.001 0，0.000 80。100mL 和 50mL容量瓶合成标准不确定度μ5（V），μ6（V）分别为0.000 90 和 0.000 54。

故由玻璃仪器在配制过程中产生的相对合成标准不确定度为：

3.5 样品定容体积引起的不确定度计算

将样品容液移入经鉴定为A级的25mL容量瓶中，按JJG 196-2006《常用玻璃量器检定规程》，该容器的允许误差为±0.03mL，按三角形分布，则校准体积的不确定度为：

温度影响引起的不确定度计算，容量瓶校准温度为20℃，实验温度为23℃，符合均匀分布，，则温度引起的容量瓶体积标准不确定度为：

0.009 1。

其相对标准不确定度为0.00036。所以，样品定容体积引起的相对合成标准不确定度0.000 61。

3.6 仪器示值误差引入不确定度的计算

根据仪器说明书和校准证书上数据，相对扩展不确定度为3.0%（k=2），因此由仪器示值误差引入标准不确定度为：μ(I)==0.015。

4 合成标准不确定度的计算

合成标准不确定度是由μrel（m），μrel（r），μrel（C），μrel（S），μrel（V），μs（V），μ（I）构成的（不确定度数值见表3）。因而合成标准不确定度为：

加标样品中可溶性铅的含量的平均值ω为73.91mg/kg，则合成不确定度为：μ（ω）=μ×ω=2.52mg/kg。

表3 不确定度汇总表

5 扩展不确定度U

假设正态分布，取95%置信水平，包含因子k=2，则扩展不确定度U为：U=μ（ω）×2=2.52×2=5.04mg/kg。

6 结果表示

对合成跑道塑胶面层中可溶性铅进行了检测，即电感耦合等离子体发射光谱仪测定合成跑道塑胶面层中可溶性铅的含量，测定结果为73.91±5.04mg/kg；k=2，置信水平为95%。

7 分析讨论

表3中列出了ICP-OES测定合成跑道塑胶面层中可溶性铅含量的不确定度的来源，可以看出不确定度来源主要是标准工作曲线拟合、仪器的示值误差以及仪器重复测量，所以在日常检测中调整好仪器的最佳状态，选择高精密度的仪器并且增加测量次数是可以有助于结果的准确性的。

[1] 周瑾艳，毛沅文，周阳，等.ICP-OES测量玩具测量审核样中总镉、总铅、总汞、总铬的不确定度分析[J].广东化工，2015，19（42）：151-163.

[2] 周宇，张元.ICP-OES法测量化妆品铅的结果不确定度评定[J].化工管理，2015.

[3] 吴胜明，张秀虹.ICP-OES法测定纺织品铜含量的测量不确定度评定[J].中国纤检，2014，（8）：80-83.

Uncertainty Analysis of Soluble Lead in Plastic Runway by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

Song Fei

Soluble lead in the plastic surface layer of synthetic runway was detected by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry（ICP-OES）.Combined standard uncertainty and expanded uncertainty were calculated in the process of measurement.All kinds of uncertainty in the analysis processing was discussed in this paper，which provides a theoretical basis later detection work.

uncertainty；ICP-OES；soluble lead

O657.75

A

1003-6490（2017）01-0101-03

2017-01-15

宋飞（1988—），女，山东淄博人，助理工程师，主要从事化学分析检测工作。