土壤中二噁英类测定的不确定度评估

2022-02-14安俊芳项厚生顾小芳孙保海

广州化工 2022年2期

安俊芳, 项厚生, 顾小芳, 孙保海

(江苏国测检测技术有限公司, 江苏昆山 215300)

二噁英类污染物具有极强的毒性, 沙淋、马钱子碱、氰化钾的毒性跟二噁英类污染物中2,3,7,8-TCDD 的毒性相比简直就不值一提, 分别是他们的两倍, 五百倍, 和一千倍甚至更多, 当之无愧是世界上毒性最强的污染物。微量长期吸收可致癌、致残等顽症[1]。据研究表明, 当吸入这种危险的毒物后,轻者会, 出现减重, 胸腺退化等导致免疫系统出现问题, 肝脏也会出现问题还有毛囊炎、疾首、丧失听力、皮肤出现问题、强致癌性的情况, 重者甚至会导致人体某些组织出现过度增生或发育不全的情况, 还会导致致畸性和内分泌激素紊乱导致人类生殖机能的扭曲, 这种微量的二噁英除了具有神经毒素外,特别是对儿童的智力发育有很大的影响, 很大可能性会影响到儿童的认知能力, 对人类的后代产生重大的影响[2]。因此各国政府纷纷采用不同的控制技术加强对二噁英类污染物进行控制。二噁英类物质监控的前提是能够有一套准确、客观、公正的分析技术。国内外的各级政府为了应对二噁英的监测难点,纷纷制定了一系列的检测标准。我国政府在这背景下, 花费了大量的时间以及人力、财力去研究的土壤以及沉积物中二噁英类的测定, 并制定发布了《HJ 77.4-2008 土壤和沉积物二噁英类的测定同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱法》[1]的标准, 规范了各行各业对于土壤中二噁英的检测技术。

本文依据HJ 77.4-2008 的检测标准, 并根据《化学分析中不确定度的评估指南》 (CNAS-GL06: 2006)[3]以及《分析测量中不确定度评定与表示》 (JJF1059.1-2012)[4],

对土壤中二噁英类的测定过程进行不确定度评估, 并最终计算扩展不确定度, 为检测结果提供了质量保障。

1 检测步骤说明

1.1 样品与试剂

土壤样品: 某客户送检样品; 浓硫酸(优级纯)和无水硫酸钠(优级纯): 南京试剂; 正己烷、甲苯、二氯甲烷、丙酮、甲醇: 均为美国JT baker 农残级试剂; 多组分硅胶成品手填柱:货号295-41651, 日本wako; 活性炭分散硅胶: 货号01875-96,规格50 g/瓶, 日本关东化学; EPA1613-LCS、 EPA1613-ISS 和校正标准溶液EPA1613-CS1-CS5: 加拿大WELLINGTON 公司。

1.2 仪器

DFS 高分辨气相色谱-高分辨质谱仪, 美国Thermofisher;旋转蒸发仪, 日本EYELA; EFAA-DC24-RT 氮吹仪, 上海安谱; FA1004 电子天平, 力辰科技; GH-900DTD 超声清洗仪,北京国环高科。

1.3 前处理步骤

称取10 份土壤样品, 每份约10 g(精确到0.0001 g), 加入提取内标EPA-1613 LCS, 在索式提取器中进行提取, 再通过旋转蒸发仪浓缩、多层硅胶柱和活性炭柱净化, 并氮吹浓缩至插有内插管的进样瓶中, 终体积约20 μL, 加入进样内标EPA-1613 ISS, 涡旋混匀, 再上机高分辨磁质谱进行检测[1]。

2 测量测不确定度来源之要因分析

在检测中导致试验样品偏差的因素有很多, 但最主要的因素主要是样品的偏差(即送测样品的差别)和实验程序操作的偏差。即实验室中的大多数样品都是提交检验的, 而实验室只负责检验的结果, 因此抽样偏差的不确定度, 即样本对象的偏差, 可以忽略, 检测过程中的偏差, 送测产品的预处理, 分析高分辨磁质谱/高分辨气相色谱(HRMS/HRGC), 这些都是实验室的不确定度因素。单单这两个因素就包括了两种不同的因素, 下图表一中详细的列出了导致样品检测结果不确定性的影响因素。

表1 影响检测结果不确定度的因素Table 1 Factors affecting the uncertainty of test results

3 试验与不确定度评估数学模式

(1)根据HJ77.4-2008 中利用同位素稀释内标法计算二噁英质量浓度的公式, 得出以下数学模型:

式中: C——送测样品中二噁英的质量的浓度, ng/kg

qn——送测样品中的检出量, ng

qb——在送测样品的空白中检出的量, ng

M——送测样品的样本重量, ng

A1i——送测样品的检测对象物质在色谱上的峰值范围为1

A2l——送测样品的检测对象物质在色谱上的峰值范围为2

A1li——送测样品中空白的检测对象物质在色谱上的峰值范围为1

A2li——送测样品中空白的检测对象物质在色谱上的峰值范围为2

A1b——送测样品中的内标在色谱上峰值范围为1

A2b——送测样品中的内标在色谱上峰值范围为2

A1lb——送测样品中的空白的内标在色谱上峰值范围为1

A2lb——送测样品中的空白的内标在色谱上峰值范围为2

Qi——送测样品中添加量的内标物, ng

Qb——送测样品中空白的添加量内标物, ng

(2)当我们检测二噁英时, 可以利用同位素稀释高分辨磁质谱法, 当利用这种方法时, 应测定同一化合物的两个离子碎片, 以便进行定性和定量的分析, 在这两个碎片之间有一个固定的离子丰度比。

式中: A1s——物质标准液的测定对象物质在色谱上峰值范围为1

A2s——物质标准液的测定对象物质在色谱上峰值范围为2

A1ls——物质标准液的内标物质在色谱上峰值范围为1

A2ls——物质标准液的内标物质在色谱上峰值范围为2

Cs——物质标准液的对象物质被检测出的质量浓度

Cls——物质标准液内标物质被检测出的质量浓度

(3)为了评价二噁英检测结果的不确定度, 应选择评价的主要因素, 并扩展上述公式一以评估主要样品质量浓度参数的不确定度。由于二噁英送测原料的含量非常复杂, 在经过实验室的质量控制下对结果的影响几乎可以忽略不记, 于是报告中并不用对试验空白进行详细的讨论。如上所示, 可推算出下列的简化的公式:

又由于Qi=Csi× m (其中Csi: 添加到样品中内标物的质量浓度; m: 添加内标的量)得:

(4)排序后可以很清楚的发现, 需要同时计算送检样品当中的 Cls、 Cs、 Csi、 a、 a0、 m 和 M 的不确定度才能求得送检样品的C∗的质量及浓度不确定度U (C∗), 待评定的一些重要的不确定度因素如表2 所示。

表2 需要评估的主要不确定度因素Table 2 Major uncertainties to be evaluated

由此, 计算相对合成标准不确定度的公式如下:

4 试验不确定度评估结果说明

4.1 样品称量的不确定度

样品称取质量为10.0025 g, 根据天平校准结果Δy=0.2 mg(证书编号: 713059727-001, 昆山市计量测试所), 包含因子k=2。不确定度为:

相对标准不确定度为:

4.2 内标溶液质量浓度的不确定度

根据标准溶液的证书描述, 误差值为±5%, 应用矩形分布来处理该B 类不确定度, 得:

4.3 内标添加量的不确定度

在本次测试检验中, 5 μL 为添加提取内标的数值, 且选取的微量注射器的数值是25 μL。 U1(m)为A 类不确定度, 要经过计算得出, 而B 类不确定度U2(m), 在查找产品证书过程中便能得出。但两者分别代表着的实际添加量和微量注射器刻度共同组成U(m)。

要求出实际添加量的不确定度, 我们可以通过利用n-Nonane 溶液和微量注射器, 重复十次以下步骤: 每次从 n-Nonane 溶液中吸出5 μL 溶液, 然后放入气相色谱的瓶子里,并每次进行称重。用下表3 内的数值来计算实际添加内标量的不确定度。

表3 微量注射器添加量实验结果Table 3 Experimental results of microsyringe dosage

测量次数n=10, 因为测量仪器稳定且测量过程可控, 测量平均值的标准偏差为:

所以, 实际添加量的相对标准不确定度U1rel(m)为:

对于微量注射器刻度的不确定度U2((m), 厂家规格说明认为, 与标准值相比, 不超于百分之一的偏差是被允许的, 且其分布形式为矩形分布。则:

综上, 内标添加量的相对不确定度Urel(m)为:

4.4 样品峰检测的不确定度

对与样品封检测的不确定度来说, 起到影响作用最大的,是内标化合物和目标化合物峰面积两数相比所得的值。通过使用仪器数据工作站, 剖析经过十次不间断测量的一件样品, 可以研究出内标化合物和目标化合物的峰面积两者相比的数值(参照下面的表四)。与其它化合物相比, 被二、三、七、八位氯替代的十七种二噁英拥有更大的毒性, 因此通常对其展开测量研究。而同位素内标法是一种有效的定量方法, 有利于剖析二噁英。由于存在潜在的干扰, 在样品中没有添加OCDF 的同位素标记物内标, 用OCDD 的13C12标记定量内标定量,13C-1,2,3,7,8,9-HxCDD 因作为回收率内标, 所以用13C-1,2,3,6,7,8-HxCDD进行定量, 其余的化合物均为一一对应的同位素内标关系。

表4 目标化合物与内标化合物峰面积比值( Ai1+Ai2 Asi1+Asi2)Table 4 Peak area ratio of target compound to internal standard compound序号化合物名称第一次第二次第三次第四次第五次第六次第七次第八次第九次第十次1 2,3,7,8-T4CDF 0.0241 0.0239 0.0242 0.0239 0.0246 0.0241 0.0238 0.0244 0.0239 0.0239 1,2,3,7,8-P5CDF 0.0266 0.0266 0.0267 0.0264 0.0266 0.0264 0.0268 0.0267 0.0266 0.0262 3 2,3,4,7,8-P5CDF 0.0282 0.0286 0.0284 0.0283 0.0283 0.0279 0.0282 0.0284 0.0282 0.0285 2 1,2,3,4,7,8-H6CDF 0.0340 0.0338 0.0338 0.0337 0.0344 0.0341 0.0333 0.0340 0.0336 0.0347 5 1,2,3,6,7,8-H6CDF 0.0268 0.0272 0.0265 0.0272 0.0273 0.0267 0.0267 0.0266 0.0269 0.0275 4 2,3,4,6,7,8-H6CDF 0.0255 0.0257 0.0261 0.0257 0.0256 0.0261 0.0258 0.0256 0.0260 0.0255 7 1,2,3,7,8,9-H6CDF 0.0024 0.0023 0.0025 0.0024 0.0023 0.0026 0.0026 0.0021 0.0021 0.0026 8 1,2,3,4,6,7,8-H7CDF 0.0731 0.0736 0.0736 0.0755 0.0743 0.0722 0.0739 0.0754 0.0727 0.0735 9 1,2,3,4,7,8,9-H7CDF 0.0076 0.0075 0.0074 0.0078 0.0075 0.0080 0.0076 0.0073 0.0075 0.0075 10 O8CDF 0.0325 0.0330 0.0325 0.0327 0.0317 0.0320 0.0325 0.0327 0.0322 0.0324 11 2,3,7,8-T4CDD 0.0036 0.0035 0.0035 0.0035 0.0030 0.0033 0.0033 0.0032 0.0033 0.0032 12 1,2,3,7,8-P5CDD 0.0089 0.0094 0.0090 0.0090 0.0091 0.0093 0.0094 0.0089 0.0093 0.0092 13 1,2,3,4,7,8-H6CDD 0.0069 0.0068 0.0069 0.0069 0.0067 0.0066 0.0071 0.0069 0.0068 0.0068 14 1,2,3,6,7,8-H6CDD 0.0130 0.0132 0.0129 0.0132 0.0133 0.0133 0.0128 0.0129 0.0135 0.0132 15 1,2,3,7,8,9-H6CDD 0.0105 0.0101 0.0103 0.0103 0.0099 0.0103 0.0104 0.0102 0.0102 0.0102 16 1,2,3,4,6,7,8-H7CDD 0.1193 0.1178 0.1186 0.1185 0.1191 0.1191 0.1203 0.1200 0.1188 0.1184 17 O8CDD 0.6132 0.6151 0.6148 0.6182 0.6163 0.611 0.6182 0.6102 0.6151 0.6141 6

首先对表4 中序号1 的2,3,7,8-TCDF 化合物进行不确定度的评估, 10 次独立的上机检测, 其面积比值的平均值为:

测量次数n=10, 因为测量仪器稳定且测量过程可控, 测量平均值的标准偏差为:

所以, 2,3,7,8-TCDF 峰检测的相对标准不确定度Urel(a)为:

同理, 对剩余的16 个化合物峰分别求其Uirel(a), 得出峰面积比的平均值和峰检测的不确定度Uirel(a)和见表5。

表5 PCDDs/Fs 各峰面积比的平均值与不确定度Table 5 PCDDs/Fs mean value and uncertainty of each peak area ratio

续表5

4.5 标准溶液峰的不确定度评定

U1(a0)代表着RRF 重复测定的不确定度, 需要在一次又一次的在制作标准曲线溶液样板的过程中得出。 U2(a0)代表着在可控的偏差度内带来的不确定度。两者都属于标准溶液峰的不确定度, 并且都要经过评定过程。在建造标准曲线时, 实验室选择了属于威灵顿公司的EPA-1613 CS1 ~CS5 系列标准物质。并在实验中将所有的质量浓度反复进行三次打样, 由于CS1 ~CS 的质量浓度梯度数量为五, 最后总共得出了十五个数值(见表6)。