分光光度法测定污水中总磷含量检测结果的测量不确定度评定

孙百华，毕占岭，高成苗

(山东龙信监测科技有限公司，山东 烟台 265700)

水中总磷含量的测定是我国环境监测项目中的一项重要指标，但在日常测定过程中由于测量误差、标准溶液、仪器误差等对其检测结果的准确性产生了影响。本文根据国家标准GB/T 11893-1989《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》[1]，采用钼酸铵分光光度法对某公司生活污水排放口的污水样品进行了测试，并根据CNAS-GL006化学分析中不确定度的评估指南[2]，及JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示 技术规范[3]对测定过程中的不确定来源进行了分析、评定，有利于更好的指导今后的测试工作，提高测试结果的可信度与准确性。

1 测量方法

1.1 检测方法及原理

检测方法：GB/T 11893-1989水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法[1]。

原理：在中性条件下用过硫酸钾使试样消解，将所含磷全部氧化为正磷酸盐。在酸性介质中正磷酸盐与钼酸铵反应在锑盐存在下生成磷钼杂多酸后，立即被抗坏血酸还原，生成蓝色的络合物。通过测定在700 nm波长的吸光度，空白样品调节零点，从标准曲线上求出磷含量。

1.2 建立数学模型

根据GB/T 11893-1989钼酸铵分光光度法测定水质中总磷含量的数学模型可写为式(1)：

(1)

式中：C——试样中总磷的质量浓度，mg/L

m——试样溶液测得总磷含量，μg

V——测定用试样溶液体积，mL

曲线拟合的回归方程为式(2)：

y=a+bx

(2)

式中：y——溶液的吸光度

x——曲线查得的总磷质量，同式(1)中m

a——回归方程截距

b——回归方程斜率

1.3 测量仪器及试剂

紫外可见分光光度计T6新世纪(北京普析通用仪器有限责任公司)；立式压力蒸汽灭菌器YXQ-50SII；比色管(25 mL，A级、50 mL，A级)；单标线容量瓶(100 mL，A级、250 mL，A级、500 mL，A级)；单标线吸量管(10 mL，A级、15.0 mL，A级)；分度吸量管(1 mL，A级、2 mL，A级、5 mL，A级、10 mL，A级)、50 mL具塞滴定管；磷酸盐磷溶液标准物质102820(生态环境部标准样品研究所)标准值500 mg/L，相对扩展不确定度1%，k=2。

过硫酸钾，分析纯、硫酸，分析纯、钼酸铵，分析纯、抗坏血酸，分析纯。

1.4 测量对象

某公司生活污水排放口的污水样品。

1.5 试验环境条件

试验过程在(25±2)℃的恒温实验室进行。

1.6 试验过程

(1)取5 mL水样于50 mL从酸缸取的比色管中，加4.00 mL过硫酸钾溶液加塞，纱布包紧，置于高压灭菌锅，120 ℃消解30 min，取出放冷，用水稀释至标线。

(2)加1.00 mL抗坏血酸溶液，混匀，3 s后加2.00 mL钼酸盐溶液，放置15 min后，测定吸光值。

2 测量不确定度的主要来源

在同一试验条件下，污水样品中总磷含量测量结果不确定度主要来源如表1所示。

表1 污水中总磷含量测量结果不确定度来源Table 1 Sources of uncertainty of measurement results of total phosphorus content in sewage

3 各类标准不确定度分量的评定

3.1 配制梯度标准溶液引入的相对不确定度μrel(1)

3.1.1 磷酸盐磷溶液标准物质引入的不确定度μ1(标)

根据磷酸盐磷溶液标准物质证书上的信息得到，标准值为500 mg/L，相对扩展不确定度为1%，k=2。则磷酸盐磷溶液标准物质的相对标准不确定度为：μ1 rel(标)=1%/2=0.5%=0.005。

3.1.2 磷酸盐磷溶液标准物质稀释引入的不确定度μ1(稀释)

磷酸盐磷溶液标准物质经过2次稀释后，得到2 μg/mL的磷标准工作液。第一步，将标准值为500 mg/L的磷酸盐磷溶液标准物质稀释10倍，该稀释过程使用了分度吸量管(10 mL，A级)和容量瓶(100 mL，A级)；第二步，将第一步稀释后的溶液再稀释25倍，该稀释过程使用了分度吸量管(10 mL，A级)和容量瓶(250 mL，A级)。因整个试验过程均在恒温实验室内进行，忽略因温度差引入的不确定度[4]。

(1)第一次稀释引入的不确定度μ1(稀释1)

以上2项合成得出第一次稀释引入的相对不确定度：

(2)第二次稀释引入的不确定度μ1(稀释2)

以上2项合成得出第二次稀释引入的相对不确定度：

(3)合并磷酸盐磷溶液标准物质经过2次稀释的各分量得出μ1rel(稀释)

3.1.3 配置梯度磷标准溶液引入的不确定度μ1(梯度)

取7支50 mL的比色管并编号，按顺序分别加入已配备的2 μg/mL的磷标准工作液0 mL、0.5 mL、1.0 mL、3.0 mL、5.0 mL、10.0 mL、15.0 mL，并依次加水定容至25.0 mL，再向每支比色管中分别加入4.0 mL浓度为50 g/L的过硫酸钾溶液，将具塞刻度管的盖塞紧后，用纱布将玻璃塞扎紧，放在大烧杯中置于立式压力蒸汽灭菌器中加热，待压力达1.1 kg/cm2，相应温度为120 ℃时，保持30 min后停止加热，待压力表读数降至零后，取出放冷。然后用水稀释至50 mL。

7支比色管磷含量分别为0 μg、1.00 μg、2.00 μg、6.00 μg、10.00 μg、20.00 μg、30.00 μg的梯度溶液。

查常用玻璃量器检定规程 JJG 196-2006，分别移取2 μg/mL的磷标准工作液0.5 mL、1.0 mL、3.0 mL、5.0 mL、10.0 mL、15.0 mL所用吸量管的最大允许误差为如表2所示。

表2 吸量管最大允许误差Table 2 Maximum allowable error of pipette

同理，可以计算出配置磷含量分别为2.00 μg、6.00 μg、10.00 μg、20.00 μg、30.00 μg的梯度标准溶液的相对标准不确定度分别为：0.00463、0.00482、0.00290、0.00118、0.000989。计算时取最大相对标准不确定度，即μ1rel(梯度)=0.00924。

3.1.4 合并以上各项，则配制梯度标准溶液引入的相对不确定度μrel(1)

μrel(1)

=0.0107

3.2 样品重复测量引入的不确定度μrel(2)

对试样溶液吸光度y重复测定10次，并扣除空白试验的吸光度A0后，从工作曲线上查得磷含量，其中测定用试样溶液的体积V=10 mL，试样溶液的测定数据如表3所示。

表3 试样重复测定总磷含量的结果(n=10)Table 3 Results of total phosphorus content in sample repeated determination (n=10)

样品重复测量引入的标准不确定度采用A类方法评定，应用贝赛尔公式计算试验标准偏差：

所以日常检测中由重复性测量引入的标准不确定度为：

相对标准不确定度：

μrel(2)=0.0066/2.42=0.0027

3.3 标准工作曲线拟合引入的不确定度μrel(3)

(1)分别测定磷含量为0 μg、1.00 μg、2.00 μg、6.00 μg、10.00 μg、20.00 μg、30.00 μg各梯度浓度溶液的吸光度各2次，结果如表4所示。

表4 各磷含量下的吸光度Table 4 Absorbance under different phosphorus content

拟合标准曲线y=0.0239x-0.0004的标准偏差：

式中：n——标准曲线上各梯度浓度溶液的测量次数：n=7×2=14

yi——实测扣除空白试验的吸光度

a+bxi——按曲线计算出的每个量值的吸光度

(3)标准曲线拟合对被测溶液产生的标准不确定度按下式计算：

=0.080 μg

式中：P——被测试液的测量次数，P=10

b——标准曲线的斜率，b=0.0239

n——标准曲线上各梯度浓度溶液的测量次数，

n=7×2=14

x——被测溶液的总磷含量，x=m=24.21 μg

相对标准不确定度：

μrel(3)=0.080/24.21=0.0033

3.4 移取试样体积引入的不确定度μrel(4)

3.5 试样消解定容引入的不确定度μrel(5)

3.6 分光光度计精密度引入的不确定度μrel(6)

由紫外可见分光光度计T6新世纪的校准证书可知，仪器的扩展不确定度为0.6%，k=2，则分光光度计引入的相对标准不确定度：

μrel(6)=0.6%/2=0.0030

4 合成标准不确定度

由于各不确定度分量彼此独立，互不相关，则污水中的总磷含量检测结果的合成相对标准不确定度为：

=1.20%

已知测得污水样品中总磷含量的平均值C=2.42 mg/L，则合成标准不确定度：

μ(C)=C×μrel=2.42 mg/L×1.20%=0.029 mg/L

5 扩展不确定度及其表示

根据JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示 技术规范，取95%的置信区间，置信因子k=2，则钼酸铵分光光度法对污水样品中的总磷含量检测结果的扩展不确定度：

U=k×μ(C)=2×0.029mg/L=0.06 mg/L

某公司生活污水排放口的污水样品中总磷含量为：

C=(2.42±0.06)mg/L，k=2。

6 结 论

综上所述，测量不确定度反映了测量结果的不确定程度，不确定度越小表明测量结果的精确度和可信度越高。从分光光度法测定污水样品中总磷含量检测结果的不确定度的整个评定过程可以看出，配制梯度标准溶液引入的不确定度占较大比例，其次为标准工作曲线拟合以及样品的重复性测定引入的不确定度。因此，在日常检测过程中可以通过提高操作者的操作水平、熟练程度，以及使用精密度等级更高的玻璃仪器等方法降低以上影响因素对不确定度的贡献，从而提高检测结果的准确度和可信度。