高效液相色谱法测定N-甲基-对硝基苯胺含量的不确定度评定

王晓栋 马 晓 田雨露

(洛阳瑞泽石化工程有限公司，洛阳 471000)

1 引言

N-甲基对硝基苯胺(简称MNA)是一种重要的有机化工原料和染料中间体，可作为推进剂的安定剂[1]。目前，检测MNA含量最简捷、有效的方法是高效液相色谱法[2]。本研究利用高效液相法对MNA含量测定过程进行不确定评估，以期找出影响测量结果不确定度的各种因素，并对其进行逐项分析及评定，为方法的优化和评定测量结果提供科学数据。

2 材料及方法

2.1 仪器及试剂

LC-10A高效液相色谱(紫外可见双波长检测器SPD-10AVP Plus)；XT 220A分析天平(分度值0.0001g)。

25mL、50mL容量瓶、1mL、2mL、5mL单刻度移液管， A级；

MNA标样，化工研究院提供，与用户双方认可标样，纯度≥99.5%；

乙腈，色谱纯。

2.2 测量方法

依据国军标GJB 5395-2005液相色谱分析条件进行测定。

2.3 液相色谱测试条件

色谱柱：Discovery C18；流动相：V乙腈∶V水=60∶40；流速：1.0mL/min；检测波长： 254nm；进样量：20μL ； 柱温：35℃。

2.4 数学模型

x——MNA的含量，g/g；

m——MNA样品的质量，g；

c0——MNA标样的浓度，g/ml；

f——MNA样品的稀释倍数；

As——MNA样品的峰面积；

As0——MNA标样的峰面积；

2.5 不确定来源分析[3-5]

从测定过程和确定的数学模型分析，MNA含量测定的不确定来源主要有下面几个方面：

1)标准溶液配制过程引入的不确定度；

2)样品配制过程引入的不确定度；

3)样品峰面积的测定引入的不确定度；

4)标准曲线拟合计算样品浓度引入的不确定度。

3 MNA试样在测量过程的不确定评定

3.1 标准物质配制过程引入的不确定度

3.1.1 标准物质s引入的不确定度

3.1.2标准物质称量引入的不确定度

标准溶液称样量为配制过程实际称样量0.0108g，采用减重法称量，需两次，要乘以2，则标准物质称量引入的相对标准不确定度为：

3.1.3标准物质储备液配制过程中引入的不确定度

将准确称取的MNA标样用乙腈定容至50mL容量瓶中，浓度为2.16mg/mL，做储备液用。

该过程使用了50mL容量瓶，容量瓶引入的不确定度有两个来源：

(1)容量瓶本身体积的不确定度

(2)温度变动导致容量瓶体积变动引入的不确定度

容量瓶检定一般在20℃进行，水的膨胀系数2.1×10-4℃，实验室的温度不确定度σ=±4℃，温度变化均匀分布，则有相对标准不确定度：

50mL标准储备液引入的不确定度为：

3.1.4标准样品配制过程引入的不确定度

用1mL、2mL、5mL移液管吸取储备液，配制标准溶液过程如表1所示。标准样品稀释定容过程用到1mL、2mL、5mL移液管及25mL、50mL容量瓶。移液管及容量瓶属于A级，按矩形分布考虑，移液管及容量瓶引入的不确定度如表2所示。

表1 标准溶液的配制过程

表2 稀释过程中使用的移液管及容量瓶的不确定度

配制标准溶液过程使用1mL移液管1次，2mL移液管2次，5mL移液管2次，25mL容量瓶2个，50mL容量瓶3个，标准溶液稀释定容过程中引入的相对标准不确定度为：

=0.00658

综上，标准溶液配置过程中引入的相对标准不确定度：

=0.00898

3.2 样品配制过程引入的不确定度

称取0.0100g左右MNA样品，乙腈定容至50mL容量瓶中，用2mL移液管移取2mL溶液，乙腈定容至25mL容量瓶中。

3.2.1样品称量引入的不确定度

样品溶液配置过程中，试样采用减重法称量，实际称样量为0.0141g，则样品称量引入的相对标准不确定度：

3.2.2样品稀释定容引入的不确定度

样品稀释定容用到2mL移液管、25mL容量瓶、50mL容量瓶，其相对不确定度为：

=0.00314

综上，25mL样品溶液配置过程引入的不确定度：

3.3 峰面积引入的不确定度

此次评定中，仪器泵流量的不确定度、柱温柱箱的不确定度及检测器检测波长的不确定度、定量环管的不确定度归入测定面积的不确定度，环境温度、湿度及气压等因素归入样品不确定度中。

3.3.1数据处理系统的不确定度

根据色谱工作站说明书和指标，液相色谱峰面积积分的误差在0.2%～1%，取最大误差1%，按矩形分布考虑，色谱工作站的相对标准不确定度为：

3.3.2峰面积重复测定引入的不确定度

对MNA样品进行8次测定，测定峰面积，根据拟合标准曲线及数学模型计算的样品浓度及含量，如表3所示。

表3 试样多次测量的峰面积数据

根据单次测量标准偏差计算公式：

峰面积重复测定的标准偏差为：

Urep=693.6

峰面积重复测定的相对标准不确定度为：

综上，峰面积引入的相对标准不确定度为：

=0.00674

3.4 由标准曲线计算样品浓度引入的不确定度

对标准溶液进行色谱分析，每个浓度测定3次，峰面积如表4所示，利用最小二乘法对浓度—峰面积进行线性回归分析，得到线性方程：

表4 不同浓度标准溶液的峰面积数据

As=16867c+9771.4，相关系数R2=0.9982。

根据单次测量标准偏差公式：

样品浓度测定的相对标准不确定度为：

3.5合成相对标准不确定度及扩展不确定度

测定过程中引入的不确定度来源及细化过程如表5所示。

表5 试样测定过程的不确定度一览表

由表5中各相对标准不确定度可以得到合成相对标准不确定度：

=0.0187

扩展不确定度可由合成标准不确定度乘以包含因子，取置信水平 95%，则k=2。扩展不确定度为：

urel,k=k×urel=2×0.0187=0.0374

当取样量为0.0141g时，试样中MNA的含量为：x=(0.4972±0.0374)g/g,

样品中含有MNA的质量为：(7.0±0.5)mg。

3.6 结论

从表5不确定度得到不确定度数据可以看出，样品、标样在称量过程中引入的不确定度最大，稀释定容过程其次，标准曲线拟合计算样品含量不确定度最小。此例中标样、样品称样量都较小，说明标样及样品溶液配制过程中，取样量过小会导致测定结果的不确定度变大。而在稀释过程中，从表2可以看出，使用较大的移液管和容量瓶可以降低稀释定容过程的不确定度。而在本例中，峰面积引入的不确定度主要来源于色谱工作站的使用，这就要求分析工作者要不断提高对工作站的理解及实验数据真实性的判断。