分光光度法测定水中总磷的不确定度评定

刘 萍

(昆明市生态环境局官渡分局生态环境监测站，云南 昆明 650300)

总磷含量通常作为水体富营养化的主要标志之一，是水环境监测中比较常规、普遍的项目。不确定度是指由于测量误差的存在，对被测量值的不能肯定的程度，也表明该结果的可信赖程度，它是反映测量结果质量的指标。不确定度越小，结果与被测量的真值越接近，检测水平越高[6]。对总磷这一常规分析项目进行不确定度分析评定，有利于控制产生不确定度较大的因素，从而提高分析结果的准确性。本文根据CNAS GL006《化学分析中不确定度的评估指南》和GB11893-89《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》，计算水中总磷测定的不确定度分量，为后续检验检测工作中规避误差，提高分析结果的准确性提供了科学依据。

1 分析方法

1.1 分析原理

参考GB11893-89《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》。

1.2 实验器材及试剂

可见分光光度计，手提式压力蒸汽灭菌器。过硫酸钾溶液(50 g/L)，抗坏血酸溶液(100 g/L)，钼酸盐溶液。

2 测量模型

水样中总磷的质量数按以下公式计算：

式中：ρ—试样中总磷酸盐的质量(μg);As—试样的吸光度;Ab—空白试样的吸光度;a—工作曲线的截距;b—工作曲线的斜率。

3 不确定度的来源分析

根据测量模型，测量不确定度来源见表1。

表1 总磷不确定度的来源分析

4 不确定度评定

4.1 玻璃量器因体积变化引入的不确定度

3个影响玻璃量器体积的主要因素：校准、重复性和温度影响[1]。

4.1.1 校准

4.1.2 重复性

重复性是评估充满液体量的变化值而产生的不确定度，对玻璃量器充满液体并称量，10次操作所得的数据计算标准偏差，作为标准不确定度，即：U(Δvi)=Δvi。

4.1.3 温度的影响

合成体积的标准不确定度为：

相对标准不确定度为：Urel(Vi)=U(Vi)/Vi。

本实验所使用的各类玻璃量器的相对标准不确定度[3]计算结果详见表2。表中A级计量要求的容量允差是根据《JJG196-2006 常用玻璃量器》中6.2容量允差：在标准温度 20 ℃ 时，A级分度吸量管、单标线吸量管、容量瓶的标称容量和任意分量的最大误差。

表2 所用玻璃量器引入的相对标准不确定度 mL

4.2 总磷标准溶液配制产生的不确定度urel(1)

总磷标准溶液的配制方法是：用 10 mL 单标线吸量管从 500 mg/L 的总磷标准溶液中吸取 10 mL 溶液至 100 mL 容量瓶中，用纯水稀释定容至标线，得 50 mg/L 的总磷标准贮备液。再用 5 mL 分量吸量管取 4 mL 总磷标准贮备液于 100 mL 容量瓶中，用纯水稀释定容得 2 mg/L 的总磷标准使用液。因此在标准溶液配制过程中标准物质的纯度、移取标准溶液和稀释定容所产生的体积变化会引入不确定度。

4.2.1 标准物质定值产生的不确定度

总磷标准溶液采用生态环境部标样所提供，编号为GSB 07-1270-2000，批号为102819，标准溶液质量浓度为 500 mg/L，根据标准物质证书可知，该标准物质相对扩展不确定度为1%，(k=2)，采用 B 类评定，相对标准不确定度为：Urel(s)=1%/2=0.005。

4.2.2 标准溶液稀释产生的不确定度

总磷标准溶液稀释过程中引入了因 10 mL 单标线吸量管、100 mL 容量瓶、5 mL 分量吸量管体积变化产生的不确定度，查询表2得：

Urel(V5)=0.0021;

Urel(V10单)=0.00096;

Urel(V100)=0.00066。

综上，总磷标准溶液配制产生的相对标准不确定度为：

urel(1)=

=0.0055

4.3 总磷工作曲线绘制、取样和定容产生的不确定度

根据标准方法中6.2.4工作曲线的绘制：取7支 50 mL 的具塞比色管分别移入0.0，0.50，1.00，3.00，5.00，10.00，15.00 mL 的磷酸盐标准溶液。按照标准方法进行定容、消解、显色并测定吸光度，得到对应磷酸盐的含量，绘制工作曲线。在此过程中引入了因 0.5 mL 分量吸量管、1.0 mL 分量吸量管、5.0 mL 分量吸量管、10.0 mL 分量吸量管、25.0 mL 单标线吸量管体积变化产生的不确定度，查询表1得：

Urel(V0.5)=0.0046;

Urel(V1.0)=0.0034;

Urel(V5.0)=0.0021;

Urel(V10.0)=0.0021;

Urel(V25.0单)=0.00069;

Urel(V50.0)=0.00087。

综上，总磷工作曲线绘制及样品取样、稀释定容所产生的不确定度为：

4.4 总磷工作曲线拟合时产生的不确定度

总磷工作曲线拟合产生的不确定度采用A类评定。分别移取4.2中配制的 2 mg/L 的总磷标准使用液0.0，0.50，1.00，3.00，5.00，10.00，15.00 mL，置于7支 50 mL 比色管中，其对应的总磷质量分别是0.0，1.0，2.0，6.0，10.0，20.0，30.0 μg。按照标准方法进行总磷的测定。横坐标x为总磷质量(μg)，纵坐标y为吸光度A，绘制工作曲线，测试结果如表3。

表3 总磷工作曲线的测定

根据表3的数据，通过回归方程计算，得出工作曲线方程为：

a=A-bρ=-0.002011+0.02923ρ

γ=0.9998

式中：A—总磷酸盐的质量所对应的吸光度;a—工作曲线的截距;b—工作曲线的斜率;

1)残差标准偏差：

经计算得：s=0.006434

式中：ρi—建立工作曲线中总磷酸盐的质量，μg;Ai—建立工作曲线中总磷酸盐的质量所对应的吸光度;N—建立工作曲线用标准溶液测量的次数，每个标准溶液测量1次，N=7;

2)工作曲线拟合时试样中总磷酸盐质量数ρ的标准不确定度计算式为：

3)工作曲线拟合时产生的标准不确定度u3(ρ)=0.11 μg;

相对标准不确定度urel(3)=u3(ρ)÷ρ=0.11÷9.85=0.011。

4.5 重复性试验产生的不确定度

重复性试验产生的不确定度采用A类评定。对一样品进行8次重复测定，P=8。重复测定结果见表4。

表4 总磷重复测定结果

4.6 检测仪器引入的不确定度

5 相对标准不确定度的合成与扩展

根据前文所述不确定度评定的结果，将各不确定度分量列于表5中。

表5 总磷相对标准不确定度报告表

6 结果表示

样品中的总磷含量的不确定度结果报告为0.71±0.02 mg/L，k=2。

7 结论

通过对水中总磷的不确定度评定，得出测量不确定度的主要来源是总磷标准溶液的配制过程，标准曲线的绘制、拟合，重复性试验和检测仪器几个方面，其中工作曲线的绘制、拟合，重复性试验产生的不确定度影响较大。因此建议在实验分析过程中，规范操作，增加工作曲线的点数和测定次数，提高工作曲线拟合的准确度和测定结果的准确度，从而降低不确定度数值。