液相色谱-原子荧光联用仪测定3种砷形态 最小检测量的测量不确定度评定

液相色谱原子荧光光谱联用仪（Liquid Chromatograph-Atomic Fluorescence Spectrometers，LC-AFS）集合了液相色谱的多组分高效分离优势和原子荧光光度法的高灵敏度，经过数十年的发展已经成为As、Hg、Se、Sb等元素形态分析的重要工具，广泛用于食品[1-3]、农产品[4-5]、水产品[6-7]、药品[8-9]及环境检测[10-12]等领域。使用液相色谱-原子荧光联用仪分析测定无机砷、有机砷、无机汞、有机汞等元素形态的多个国家标准、行业和地方标准已经发布，因此其相关量值的准确溯源亦变得尤为重要。本文以《液相色谱-原子荧光联用仪检定规程》（JJG 1151—2018）[13]和《测量不确定度评定与表示》（JJF 1059.1—2012）[14]为依据，对液相色谱-原子荧光联用仪测定3种砷形态最小检测量的测量不确定度进行了分析和评定，以期对涉及液相色谱原子荧光联用仪检测方法的量值溯源、质量控制等过程提供帮助。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

实验所用砷形态混合溶液标准物质及相关配套设备见表1。

表1 实验所需标准物质和配套器具表

1.2 被测对象

液相色谱原子荧光联用仪，型号：LCAFS-8520；厂家：北京海光仪器有限公司。被测参量见表2。

表2 被测参量表

1.3 测量依据

《液相色谱-原子荧光联用仪检定规程》（JJG 1151—2018）。

1.4 环境要求

温度：15～30 ℃；湿度：10%RH～80%RH。室内清洁，无易燃易爆物，排风正常。

1.5 测量方法

使用表1中五价砷As（V）、二甲基砷（Dimethylarsine，DMA）、一甲基砷（Monomethylarsine，MMA）混合标准溶液，通过稀释到规程规定的目标浓度3 ng·mL-1，连续进样6次，测得各样品组分的峰高及其基线噪声，计算液相色谱-原子荧光联用仪对砷各形态的最小检测量。

2 数学模型

根据上述测定过程，建立数学模型为

式中：CL为最小检测量，ng；Nd为基线噪声，mV；C为标准溶液浓度，ng·mL-1；H为各组分色谱峰高，mV；V为进样体积，μL。

3 不确定度传播率

根据测定过程，确定不确定度传播率为

式中：ur(CL)为最小检测量相对标准不确定度；ur(Nd)为基线噪声引入的相对标准不确定度；ur(C)为工作用标准溶液配制引入的相对标准不确定度；ur(H)为砷峰高测量重复性引入的相对标准不确定度；ur(V)为进样体积引入的相对标准不确定度。

4 不确定度评定

根据最小检测量计算的测量模型可知，最小检测量的不确定度来源包括基线噪声引入、工作用标准溶液配制引入、标准溶液峰高的测量重复性引入以及进样体积引入，现就主要来源进行分析评定。

4.1 基线噪声引入的相对标准不确定度

待仪器开机预热色谱柱充分平衡后，进样，重复测量基线噪声（n=10），结果见表3。

表3 10次重复测量的基线噪声统计数据表

基线噪声不确定度由基线噪声测量重复性引入，根据贝塞尔公式计算可知s=0.17，故

4.2 工作用标准溶液配制引入的相对标准不确定度

4.2.1 溶液标准物质浓度的不确定度分量

通过3种砷形态混合标准溶液标物证书查得标准物质浓度的相对扩展不确定度Ur均为5%，k=2，故

4.2.2 移液器移液体积引入的相对标准不确定度

标准溶液通过2次逐级稀释到所需浓度3 ng·mL-1需要使用到5 mL单标线吸量管、5 mL分度吸量管、50 mL容量瓶和100 mL容量瓶。根据所用的各容量器具的检定证书可知，5 mL单标线吸量管最大允许误差为±0.015 mL，5 mL分度吸量管最大允许误差为±0.015 mL，按服从均匀分布计算，

5 mL单标线吸量管引入的不确定度为

5 mL分度吸量管移取3 mL液体引入的不确定度为

4.2.3 容量瓶体积的相对标准不确定度

通过容量瓶的检定证书，查得50 mL容量瓶对应的容量最大允许误差为±0.05 mL，100 mL容量瓶对应的容量最大允许误差为±0.1 mL，按服从均匀分布计算，50 mL容量瓶引入的不确定度为

100 mL容量瓶引入的不确定度为

故3 ng·mL-1工作用标准溶液配制引入相对标准不确定度为

4.3 进样体积引入的相对标准不确定度

根据规程可知，砷形态最小检测量检定实验采用的进样体积为V=100 μL。根据《移液器检定规程》（JJG 646—2006），100 μL移液器对应的最大允许误差为±2.0%，按服从均匀分布计算，进样体积引入的相对标准不确定度为

4.4 砷峰高测量重复性引入的相对标准不确定度

输入量H的不确定度来源主要是测量重复性引入的标准不确定度ur(H)，可以通过连续测量砷各形态组分对应的峰高，采用A类方法进行评定。

DMA连续6次进样的峰高数据如表4所示，则DMA引入的不确定度为

表4 DMA 6次进样的峰高统计数据表

MMA连续6次进样的峰高数据如表5所示，则MMA引入的不确定度为

表5 MMA 6次进样的峰高统计数据表

As（V）连续6次进样的峰高数据如表6所示，则As（V）引入的不确定度为

表6 As（V）6次进样的峰高统计数据表

4.5 合成标准不确定度

汇总主要标准不确定度如表7所示。

表7 主要标准不确定度汇总表

根据不确定度传播率公式，将相关数据代入可知各形态砷最小检测量合成不确定如下。

DMA：ur-1(CL)=4.6%

MMA：ur-2(CL)=4.7%

As（V）：ur-3(CL)=4.9%

5 扩展不确定度的评定及结果表示

取包含因子k=2，则3种砷形态最小检测量的相对扩展不确定度表示如下。

二甲基砷（DMA）：U1=kur-1(CL)=9.2%

一甲基砷（MMA）：U2=kur-2(CL)=9.4%

五价砷As（V）：U3=kur-3(CL)=9.8%

6 结论

根据《液相色谱-原子荧光联用仪检定规程》（JJG 1151—2018），对五价砷、一甲基砷、二甲基砷3种砷形态的最小检测量进行了测量不确定度的分析和评定。通过对影响最小检测量测量模型的主要分量分析可知，基线噪声引入贡献最大，其次是标准溶液及配制过程引入，峰高测量引入亦较大。这就要求工作人员在实验中，要注重仪器的预热、色谱柱的平衡、试剂的选择、标准使用液的配制以及环境温度、湿度控制等环节，以降低不确定度带来的影响，确保量值的准确可靠。