气相色谱内标法测定生活饮用水中氯酚的不确定度评定

杨荣，刘苗，李晓晶，甘平胜，曾涛，潘心红，罗晓燕

（广州市疾病预防控制中心，广州 510440）

氯酚类化合物（CPs）被广泛用于木材防腐、除锈剂、除草剂、杀菌剂和造纸工业中。在亚洲、美洲和南美洲氯酚类化合物被大量用于杀灭钉螺以防治血吸虫病[1-2]。其在应用过程中通过挥发、泄露、废水排放和农药喷洒等途径进入水体。同时，受酚类污染的江河水作为饮用水的水源，经氯消毒时水中的酚类物质也会被氧化成氯酚类化合物[3]。氯酚类化合物的毒性随着苯环上氯原子数目的增多而增强[4]，其化学性质稳定，难降解，具有较强的生物蓄积毒性和“三致”效应，因此被许多国家列入优先控制污染物名单[5]。我国生活饮用水卫生标准GB 5749—2022 中生活饮用水水质扩展指标及限值规定2,4,6-三氯苯酚和五氯苯酚的限值标准分别为0.2、0.009 mg/L[6]。

测量不确定度是对测量结果质量的定量表征，目前测量不确定度评定已成为检测和校准实验室必不可少的工作之一，我国检验检测机构资质认定依据标准RB/T 214—2017《检验检测机构资质认定能力评价检验检测机构通用要求》[7]与合格实验室评定依据文件CNAS CL01—2018《检测和校准实验室能力认可准则》[8]中均规定检验检测机构应具备不确定度评价的能力。饮用水中氯酚类化合物的检测方法研究报道较多[9-12]，而鲜少报道氯酚类化合物检测的不确定度[13-14]。衍生化气相色谱内标法是生活饮用水标准检验方法GB/T 5750.10—2023 中规定的氯酚类化合物含量测定的第一法[15]。内标法是气相色谱定量分析中的一种重要方法，能在一定程度上消除样品处理操作、色谱条件的微小变化等所引起的误差，因而测定的结果较为准确。笔者综合考虑实验过程中各个环节对测量结果的影响，以2,4,6-三氯苯酚为例对气相色谱内标法测定生活饮用水中氯酚类化合物的结果不确定度进行了分析和评估，为实验室质量控制及其它类似测定的正确评价，提供科学可靠的依据。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相色谱仪：GC7890B型，配有ECD检测器，美国安捷伦科技有限公司。

盐酸：分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司。

环己烷、乙酸乙酯：均为色谱纯，德国默克公司。

乙酸酐、吡啶、碳酸钾：均为分析纯，广州化学试剂厂。

2,4-二溴苯酚内标标准溶液：100 mg/L，标准物质编号为91564A，坛墨质检-标准物质中心。

2,4,6-三氯苯酚标准溶液：1 000 mg/L，标准物质编号为GBW (E) 082862，北京海岸鸿蒙标准物质技术有限责任公司。

1.2 样品处理

取50 mL 水样，置于50 mL 比色管中，加入500 μL 质量浓度为1.00 mg/L 的2,4-二溴苯酚内标标准使用液，用2.4 mol/L 的盐酸调pH 值小于2，加入4 mL萃取液（环己烷-乙酸乙酯，体积比为4∶1），萃取1 min，静置分层后，取出2.0 mL 有机相于10 mL 比色管中，加入10 μL衍生化试剂（乙酸酐-吡啶，体积比为1:1），于60 ℃水浴中放置20 min，冷却后，加入2 mL 0.2 mol/L碳酸钾溶液，充分混匀，静置10 min，弃去水相，重复操作一次，取出有机相，上机测定。

1.3 色谱条件

色谱柱：DB-1701P 柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm，美国安捷伦科技有限公司）；进样口温度：180 ℃；检测器：300 ℃；载气流量：0.9 mL/min；柱温：初温为120 ℃，保持0 min，以5 ℃ /min 升至220 ℃；进样体积：1 µL；进样方式：分流进样，分流比为5∶1。

1.4 定量方法

用纯水将2,4,6-三氯苯酚标准溶液稀释成100µg/L 的2,4,6-三氯苯酚标准使用液，根据仪器的灵敏度用重蒸水将100 µg/L 的2,4,6-三氯苯酚标准使用液稀释成质量浓度分别为0.200、0.500、1.00、2.00、4.00 µg/L 的系列标准工作溶液，按1.2 方法处理后，上机测定。以2,4-二溴苯酚为内标，2,4,6-三氯苯酚和2,4-二溴苯酚的色谱峰面积比为纵坐标，以2,4,6-三氯苯酚质量浓度为横坐标绘制标准曲线。

2 数学模型

水样中氯酚类化合物的质量浓度按照式(1)计算：

式中：ρx——水样中氯酚类化合物的质量浓度，μg/L；

ρ——由标准曲线上查得的试样中氯酚类化合物的质量浓度，μg/L；

V1——萃取液总体积，mL；

V——分取水样体积，mL。

3 不确定度来源

根据数学模型，测量的不确定度主要来源有以下4个方面：（1）测量重复性引入的相对标准不确定度urel(R)，采用对同一样品平行测定6 次的结果计算；（2）由标准曲线上查得氯酚类化合物质量浓度引入的相对标准不确定度urel(ρ)，来自于标准溶液、标准溶液配制、校准曲线拟合、样品前处理引入的相对标准不确定度；（3）量取萃取液总体积V1引入的相对标准不确定度urel(V1)；（4）量取测定水样体积V引入的相对标准不确定度urel(V)。

4 不确定度分量的评定

4.1 测量重复性引入的相对标准不确定度urel(R)

对同一水样，在相同条件下连续检测6次，计算其标准偏差s，测量结果见表1。

表1 样品重复性测定结果

由表1 可知，6 次测定均值的标准偏差s=0.010 7，则

4.2 由标准曲线上查得氯酚类化合物浓度引入的相对标准不确定度urel(ρ）

由标准曲线上查得氯酚类化合物浓度引入的不确定度来自于2,4-二溴苯酚内标标准溶液、2,4,6-三氯苯酚标准溶液、标准溶液稀释、标准曲线拟合引入的不确定度。

4.2.1 样品中2,4-二溴苯酚内标标准溶液引入的相对标准不确定度urel,1(ρ）

（1）移液器容积引入的相对标准不确定度urel,1。加入2,4-二溴苯酚内标标准溶液引入的不确定度主要来源于内标标准溶液、内标物的稀释、移取等。1.00 mg/L 的2,4-二溴苯酚内标标准使用液由100 mg/L 2,4-二溴苯酚内标标准溶液稀释而成。由于配制2,4,6-三氯苯酚系列标准工作溶液和样品共用的是一瓶内标使用液，因此2,4-二溴苯酚内标标准溶液的不确定度和稀释定容在计算过程中抵消。在实验过程中，仅加入内标使用液体积这一过程对实验结果产生影响。

测定过程中使用移液器加入500 μL 2,4-二溴苯酚内标标准使用液。根据JJG 646—2006《移液器检定规程》要求，1 000 μL 移液器在500 μL 检定点时的容量允许误差为1.0%，按三角分布计算，k= 6，则

（2）温度引入的相对标准不确定度uT1,rel。实验温度和校准温度不同也会引入不确定度，校准温度为20 ℃，实验室温度波动范围±5 ℃，水体积膨胀系数为2.1×10-4℃-1，则温度效应引起的移液器最大相对体积变化为0.5×5×2.1×10-4=5.25×10-4(mL)，假定温度变化呈均匀分布，k= 3，则：

4.2.2 2,4,6-三氯苯酚标准溶液引入的相对标准不确定度urel,2(ρ)

2,4,6-三氯苯酚标准溶液证书载明其相对扩展不确定度为3%（k=2），则

4.2.3 2,4,6-三氯苯酚标准使用液引入的相对标准不确定度urel,3(ρ)

100 µg/L 2,4,6-三氯苯酚标准使用液由1 000 mg/L 2,4,6-三氯苯酚标准溶液逐级稀释而成（1 000→10.0 mg/L，10.0 mg/L→100 µg/L）。按照JJG 196—2006《常用玻璃量器》的要求，1.00 mL（A级）单标线吸量管最大容量允差为±0.007 mL，100.0 mL（A级）容量瓶最大容量允差为±0.10 mL。

（1）移液管和容量瓶容积引入的相对标准不确定度urel,2。1.00 mL 移液管和100.0 mL 容量瓶均使用2次，按三角分布计算，k= 6，则：

（2）温度引入的相对标准不确定度uT2,rel。同4.2.1 (2)，由温度效应引起的相对标准不确定度为6.06×10-4。稀释过程中移液和定容两个步骤均存在温度效应，则：

4.2.4 2,4,6-三氯苯酚系列标准工作溶液引入的相对标准不确定度urel,4(ρ)

（1）移液管和比色管容积引入的相对标准不确定度urel,3。分别移取100 µg/L的2,4,6-三氯苯酚标准使用液0.10、0.25、0.50、1.00、2.00 mL 至5 只50 mL具塞比色管中，用水稀释至标线，得到2,4,6-三氯苯酚质量浓度分别为0.200、0.500、1.00、2.00、4.00µg/L的系列标准工作溶液。按照JJG 196—2006《常用玻璃量器》的要求，使用到的0.10、0.25、0.50 mL（A 级）分度吸量管最大容量允差分别为±0.002、±0.004、±0.005 mL，1.00、2.00 mL（A级）单标线吸量管最大容量允差分别为±0.007、±0.010 mL。根据JJG 10—2005《专用玻璃量器》的要求，50 mL 具塞比色管校准容量的最大允差为±0.40 mL。以配制0.200 µg/L标准工作溶液的移液管和比色管容积引入的相对标准不确定度urel,4为例，0.10 mL（A 级）分度吸量管最大容量允差为±0.002，50 mL 比色管校准容量的最大允差为±0.40 mL，按三角分布计算，k= 6，则：

同理，得配制0.500、1.00、2.00、4.00 µg/L标准工作溶液的移液管和比色管容积引入的相对标准不确定 度 分 别 为urel,5=7.30×10-3、urel,6=5.23×10-3、urel,7=4.34×10-3、urel,8=3.85×10-3，则：

（2）温度引入的相对标准不确定度uT3,rel。同4.2.1 (2)，由温度效应引起的相对标准不确定度为6.06×10-4。5 个系列标标准工作溶液移液和定容两个步骤均存在温度效应，则：

4.2.5 2,4,6-三氯苯酚系列标准工作溶液中加入2,4-二溴苯酚内标使用液引入的相对标准不确定度urel,5(ρ)

（1）移液枪容积引入的相对标准不确定度urel,9。用移液枪向2,4,6-三氯苯酚系列标准工作溶液中加入500 µL 2,4-二溴苯酚内标使用液。根据JJG 646—2006《移液器检定规程》的要求，1 000 µL 移液器在500 µL检定点时的容量允许误差为1.0%，按三角分布计算，k= 6，则：

（2）温度引入的相对标准不确定度uT4,rel。同4.2.1 (2)，由温度效应引入的相对标准不确定度为6.06×10-4。共5个标准浓度点，则：

4.2.6 校准曲线拟合引入的相对标准不确定度urel,6(ρ)

按照1.4方法拟合校准曲线，校准曲线各标准点质量浓度和对应的2,4-二溴苯酚、2,4,6-三氯苯酚色谱峰面积见表2。

对表2中测定数据进行线性拟合，线性方程为y=0.078 59x+0.007 586，斜 率b=0.078 59；截 距a=0.007 586，线性相关系数为0.999。

校准曲线拟合引入的标准不确定度u6(ρ)按式(2)、式(3)计算：

式中：sR—标准曲线的标准偏差；

xi—标准曲线各点对应的2,4,6-三氯苯酚的质量浓度，µg/L；

n—标准曲线校准点总测量次数；

p—样品测量总次数；

按照实验步骤，n=5，p=6，2,4,6-三氯苯酚曲线拟合详细参数计算结果见表3。将以上数据带入式(2)、式(3)计算，u6(ρ)=0.012 5 µg/L，则：

表3 2,4,6-三氯苯酚曲线拟合参数

将4.2.1～4.2.6计算所得各不确定度分量合成，得标准曲线上查得氯酚类化合物浓度引入的相对标准不确定度：urel(ρ）=2.64×10-2。

4.3 量取萃取液总体积V1引入的相对标准不确定度urel(V1）

加入萃取溶剂时，已经加入2,4-二溴苯酚内标液，加入萃取剂及其整个提取衍生过程引入的不确定度因为内标的加入抵消，因此urel(V1）可忽略。

4.4 量取测定水样体积V 引入的相对标准不确定度urel(V）

量取测定水样体积引入的相对标准不确定度来自于比色管校准、实验温度、校准温度的差别。

（1）比色管容积引入的相对标准不确定度urel,1(V)。采用50 mL 具塞比色管直接量取水样体积，根据JJG 10—2005《专用玻璃量器》的要求，50 mL具塞比色管校准容量的最大允差为±0.40 mL，按照三角分布，k= 6，则：

（2）温度引入的相对标准不确定uT5，rel。同4.2.1(2)，uT5，rel=6.06×10-4。

4.5 合成相对标准不确定度urel(ρx）

水样中2,4,6-三氯苯酚测定的相对标准不确定度urel(ρx）按式（4）计算：

将各不确定度分量数据带入式(4)，计算得到urel(ρx）=0.027 0。

4.6 扩展不确定度U

在95%的置信水平下，取扩展因子k=2，则其扩展不确定度：U=urel(ρx）×-x×k=0.054 μg/L。水样中2,4,6-三氯苯酚测量结果可表示为(1.00±0.054) μg/L，k=2。

5 结语

结合日常采用衍生化气相色谱内标法测定生活饮用水中氯酚类化合物，以2,4,6-三氯苯酚为例分析了测量过程的不确定度来源，对测定结果的不确定度进行评定。根据数学模型分析，标准溶液不确定度、系列标准工作溶液的配制、标准曲线拟合引入的不确定度分量较大。为提高测定结果的准确性和可靠性，减小测量不确定度，应使用较高纯度标准品、高校准级别的容量瓶及校准合格的移液器等，严格控制实验过程，根据实际需求选择合适浓度的标准曲线范围，从而提高测定结果的科学性、准确性和可靠性。本模型的建立为实验室质量控制及其他类似测定的正确评价提供科学可靠的依据。