扩散分光光度法测定蒜粉成分分析标准物质中氟化物不确定度评定

王力君，张明，陈秀娜

（青海省地质矿产测试应用中心，西宁 810008）

植物样品中氟化物的含量测试是生态地球化学调查的必测项目之一。氟化物是人体必需的微量元素之一［1］，其在动植物体内不会发生生物降解，即便是较低水平的污染，长期食用也会在人体内大量积累，造成不同程度的危害［2］。植物样品中氟化物的氟化物含量很低［3］，准确测量植物样品中氟化物的含量具有十分重要的意义。目前用于分析植物样品中氟化物的方法主要有扩散分光光度法［2］、离子选择电极法［4–6］、高温燃烧水解／离子色谱法［7–10］、气相色谱法［11］等。

随着对氟化物分析结果准确性的要求日益增高，采用测量不确定度来表示检测结果的可靠程度越来越被认可［12］。测量不确定度是指表征合理地赋予被测量之值的分散性，是与测量结果相联系的参数［13］，是对测量结果质量的定量表征，测量结果的准确度在很大程度上取决于其不确定度的大小［14］。测量结果在附有不确定度说明的情况下，才是充分完整并有实际意义的结果［15］。

目前，国家一级标准物质GBW 10022中氟化物的含量只有一个推荐值（35 μg／g），缺少相应的不确定度范围。笔者采用扩散分光光度法测定国家一级标准物质GBW10022中氟化物的含量，并对其进行不确定评定，其结果为（33.67±0.794）μg／g，可以为更多的实验工作者提供参考。

1 实验部分

1.1 测试方法与评定依据

采用扩散分光光度法测试植物样中的氟化物，并依据JJF 1059.1—2012 《测量不确定度评定与表示》评定其不确定度。

1.2 主要仪器与试剂

紫外分光光度计：TU–1810型，北京普析通用公司。

恒温干燥箱：101–3A型，鹤壁市恒鑫仪器仪表有限公司。

氟化物标准溶液：500 mg／L，编号为GSB 07–1266–2000，相对扩展不确定度U=1%(k=2)，北京环境保护部标准样品研究所。

茜素络合指示剂、硫酸、丙酮、乙酸钠、硫酸银、冰乙酸、硝酸镧、氢氧化钠、无水乙醇：均为分析纯，市售。

氟试剂溶液：0.002 mol／L，准确称取0.772 g茜素络合指示剂和70 g无水乙酸钠置于烧杯中，加入少量水，低温加热并搅拌使其溶解，冷却后加入70 mL冰乙酸后移至1 000 mL棕色容量瓶中，加水稀释至标线，摇匀，低温避光保存，混合液pH值为4.5左右。

硫酸银–硫酸溶液：20 g／L，称取2 g硫酸银，溶于100 mL硫酸溶液（3+1）中。

氢氧化钠–无水乙醇溶液：40 g／L，称取4 g氢氧化钠，溶于无水乙醇中并稀释至100 mL，于4 ℃冷藏保存。

1.3 实验原理

在扩散盒的内盖上加入一定量的氢氧化钠无水乙醇溶液，使其形成一层均匀分布的薄膜，植物样品中的氟化物在硫酸和硫酸银混合溶液的作用下发生化学反应，将植物样品中的氟置换成氟化氢，氟化氢经过氢氧化钠薄膜的吸收被固定，此时将含有氟的氢氧化钠薄膜用水多次冲洗至比色管中，加入混合显色剂，可显蓝色，颜色深度与氟离子浓度在一定范围内存在线性关系，当pH为4.5时，生成的颜色可稳定24 h。

1.4 实验方法

1.4.1 校准曲线标准溶液配制

用A级10.00 mL移液管准确移取10.00 mL 氟化物标准溶液至1 000 mL的A级容量瓶中，用纯水定容，得到质量浓度为5 mg／L的氟化物标准溶液Ⅰ。分别移取0.05、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 mL氟化物标准溶液Ⅰ置于扩散盒中，加入硫酸–硫酸银溶液，立即盖紧盖子，放入烘箱静置24 h。

1.4.2 测定过程

称取0.2 g国家一级标准物质GBW10022置于扩散盒中，加入4 mL水，再加入4 mL硫酸–硫酸银溶液，立即盖紧盖子，放入烘箱静置24 h。

将扩散盒取出置于相对水平的平面上，取出盒盖，用蒸馏水多次冲洗直至完全溶解氢氧化钠的薄膜，并将此溶液转移至25 mL的A级具塞比色管中，然后加入5 mL混合显色剂（硝酸镧、氟试剂和丙酮按照体积比1∶1∶3混合，现用现配），定容至标线，摇匀，在室温下放置60 min，采用3 cm比色皿，以空白溶液为参比，于620 nm波长处测量吸光度。以氟质量为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制校准曲线，试样中氟化物的含量以质量分数ω(F)计，单位以μg／g表示，按照式(1)计算：

式中：m1——从校准曲线上查得试样溶液中的氟质量，μg；

m0——从校准曲线上查得空白溶液中的氟质量，单位为μg；

m——试料质量，单位为g。

1.5 数学模型

式中：ρ(F)——试样中氟化物的质量浓度，μg／ mL；

A——试样溶液测得的吸光度；

a——校准曲线的截距；

b——校准曲线的斜率。

2 不确定度来源分析与计算

根据氟化物的测定过程和结果的计算公式，引入相对不确定度主要来自：（1）氟化物标准溶液；（2）氟化物标准溶液配制；（3）试样溶液配制；（4）试样溶液重复性测定；（5）氟化物标准曲线拟合；（6）测量仪器（紫外分光光度计）6个方面。

2.1 标准溶液定值的相对标准不确定度urel(Cs)

500 mg／L的氟化物标准溶液的相对扩展不确定度U=1%，k=2，则标准溶液的相对标准不确定度：urel(Cs)=U／k=1%／2=5×10–3

2.2 标准溶液配制引入的相对标准不确定度urel(C1)

用A级10.00 mL分度移液管准确移取10.00 mL 500 mg／L的氟化物标准溶液至1 000 mL的容量瓶中，用纯水定容，得到浓度为5 mg／L的氟化物标准溶液。

2.2.1 10 mL移液管的相对标准不确定度urel(V1)

计量容器的校准和温度会引入相对不确定度，标准溶液在稀释过程中引入的不确定度主要来源于所用的移液管、容量瓶等计量容器［16］。依据JJG 196—2006玻璃量器检定规程，按照矩形分布评定其不确定度。

（1）10 mL分度移液管的容量允差为±0.05 mL［17］，按照矩形分布评定其不确定度，取k= 3［18］，则其标准不确定度：

u(V10)=0.05 mL／k=0.028 9 mL

（2）10 mL分度移液管在吸取溶液时的估读读数误差为±0.01 mL［17］，取k= 3［18］，则其标准确定度：

u(V10')=0.01 mL／k=0.005 8 mL

（3）移液管和溶液的温度与校正时的温度不同引起的体积不确定度，设温度波动为±3 ℃，此时水的体积膨胀系数为2.1×10–4／℃［14］，取k= 3［18］，则其标准不确定度：

u(T10)=10×2.1×10–4×3／k=0.014 6 mL

因此配制标准溶液过程中10 mL移液管引入的相对标准不确定度：

2.2.2 1 000 mL单标线容量瓶的相对标准不确定度

urel(V2)

（1）1 000 mL容量瓶的容量允差为±0.40 mL，按照矩形分布评定其不确定度，取k= 3，则其标准不确定度：

u(V1000)=0.40 mL／k=0.231 mL

（2）1 000 mL容量瓶在定容时的估读读数误差为±0.01 mL，取k= 3，则其标准不确定度：

u(V1000')=0.01 mL／k=0.005 8 mL

（3）设温度波动为±3 ℃，此时水的体积膨胀系数为2.1×10–4／℃，取k= 3［18］，则温度变化对1 000 mL容量瓶所引入的标准不确定度：

u(T1000)=1 000×2.1×10–4×3／k=1.454 mL

因此在配制标准溶液过程中1 000 mL容量瓶引入的相对标准不确定度：

则在稀释标准溶液的整个过程中引入的相对标准不确定度：

2.3 试样溶液配制引入的相对标准不确定度urel(C2)

2.3.1 10 mL移液管的相对标准不确定度urel(V3)

同2.2.1的计算方法，计算得10 mL分度移液管的相对标准不确定度：

urel(V3)=3.04×10–3

2.3.2 25 mL比色管的相对标准不确定度urel(V4)

（1）25 mL比色管的容量允差为±0.25 mL，按照矩形均匀分布评定其不确定度，取k= 3，则其标准不确定度：

u(V25)=0.25 mL／k=0.144 mL

u(V25')=0.05 mL／k=0.028 9 mL

u(T25)=25×2.1×10–4×3／k=0.91×10–2mL

因此在试样溶液配制过程中25 mL比色管引入的相对标准不确定度：

则试样溶液配制过程中引入的相对标准不确定度：

2.4 重复性测定引入的相对标准不确定度urel(C3)

称取0.200 0 g国家标准物质GBW 10022（标准值为35 μg／g）放入塑料扩散盒中，按照方法要求重复测定10次，评定重复测定引入的标准不确定度，测试结果列于表1。

表1 重复测定GBW 10022中氟化物浓度数据

2.5 氟化物标准曲线拟合引入的不确定度urel(C4)

用扩散分光光度法测定国家一级标准物质，其系列标准溶液测定结果列于表2。

对表2的数据进行拟合，计算得到线性方程y=0.092 8x+0.009 3，相关系数为0.999 8，根据贝塞尔公式[19]计算标准曲线的标准偏差SR=6.40×10–3，标准曲线拟合引入的标准不确定度u(C4)按照式(3)计算：

式中：SR——标准曲线的标准偏差，SR=6.40×10–3；

b——标准曲线斜率，b=0.092 8；

n——测量点个数，n=8；

p——样品测量次数，p=10；

——样品溶液中氟化物平均测定值；

——系列标准工作溶液平均质量浓度；

ci——标准曲线中各个测量点的质量浓度。

计算得到标准曲线拟合引入的标准不确定度：

u(C4)=4.58×10–2

则标准曲线拟合引入的相对标准不确定度：

2.6 测量仪器引入的不确定度urel(C5)

查TU–1810型紫外分光光度计检定证书可知，仪器相对扩展不确定度U=0.7%，k=2，则仪器引起的相对不确定度urel(C5)=U／k=0.7%／2=3.5×10–3。

3 不确定度的合成与评估

扩散分光光度法测定植物样品中氟化物的6个主要不确定度分量列于表3。由表3可知，引起国家标准物质中氟化物含量结果不确定度的主要因素来源为氟化物标准曲线拟合引入的不确定度，其次是试样溶液配制引入的不确定度和标准溶液定值引起的不确定度。

表3 国家标准物质中氟化物含量的相对不确定度汇总

3.1 相对合成标准不确定度

合成上述分量，得到合成相对标准不确定度：

3.2 合成标准不确定度

根据上述分析计算得到合成标准不确定度：

3.3 扩展不确定度

取置信概率为95%，其中包含因子k=2，此时扩散分光光度法测定植物样品中氟化物的相对扩展不确定度为k·u=0.794 μg／g。国家标准物质GBW 10022中氟化物的测量平均值为33.67 μg／g，其扩展不确定度urel(C)=(33.67±0.582) μg／g。

4 结语

采用扩散分光光度法测定国家标准物质GBW 10022中氟化物的结果进行不确定度评定。结果表明，对不确定度贡献最大的是校准曲线的拟合，其次为试样溶液的配制，而其它方面对不确定度的贡献相对较小。因此在使用扩散分光光度法测定植物样中的氟化物时，可以选择更为精准的移液计量器具，以减少试样溶液在配置过程中引起的不确定度，还可以选择定值更为精准的氟化物标准溶液，减少因标准溶液定值引入的不确定度，从而提高实验结果的准确度。

通过对国家标准物质GBW10022中氟化物进行测试，确定了GBW10022中氟化物的扩展不确定度的范围，以便为更多的实验工作者提供可靠的数据。