烷基汞分析仪校准及线性误差不确定度评定

蔡玮，林青，刘辉，吴红，姜蓬勃，赵少雷，赵海波

（1.北京市计量检测科学研究院，北京 100029； 2.北京普立泰科仪器有限公司，北京 100095）

烷基汞（甲基汞、乙基汞等有机物）是一类剧毒且致癌的汞类化合物，易在食物链中富集并对人体生命产生严重威胁［1-2］。2013 年10 月，包括中国在内的87 个国家和地区共同签署了《关于汞的水俣公约》，随后我国实施了一系列致力于减少烷基汞污染的措施，并推动相关标准的制修订工作。我国污水排放、工业废水排放、土壤中污染、食品中污染物限量等标准中均对烷基汞含量做出了严格的限量要求，然而所采用的气相色谱、液相色谱-原子荧光等方法样品处理复杂、检出限高、重现性差，不利于对烷基汞的监管［3-6］。2018 年11 月，国家生态环境部发布了HJ 977—2018 《水质 烷基汞的测定 吹扫捕集/气相色谱-冷原子荧光光谱法》，该新方法克服了传统方法的缺点，大有逐渐替代气相色谱法等传统方法的趋势［7］。

烷基汞分析仪主要由气路系统、进样系统、吹扫捕集系统、分离裂解系统、检测系统和数据处理系统组成［8］。其工作原理是通过衍生化的方式使烷基汞转化成具有挥发性的物质，进而通过吹扫捕集技术，将其通过捕集阱富集，然后迅速加热捕集阱，烷基汞衍生物在高温下被解析，并随载气进入色谱柱进行还原和分离，最后通过冷原子荧光检测器进行定量分析［7-9］。烷基汞分析仪由于满足HJ 977—2018 方法的要求，很快成为了检测分析实验室的首选之一。

近几年，国内采购烷基汞仪器数量大幅增长，且由进口品牌垄断变为当前国产品牌占据一定地位的局面，仪器的应用领域逐步扩展到进出口鱼类、大米等食品，血液、尿液等生物样品，以及土壤、水质等环境样品［10-14］。可见，烷基汞分析仪势必成为环境监测、贸易结算等民生工作中的重要器具。然而，国家尚未有相关计量检定规程、规范及标准，国内生产企业只是针对自家生产的仪器提供使用说明书、企业标准，仪器的使用条件、测量方法及技术指标均没有统一的标准，校准结果准确性和可溯源性得不到有效保证，这给用户带来较多困扰。

笔者建立了烷基汞分析仪线性误差、检出限的校准方法，并对线性误差不确定度进行评定，对烷基汞分析仪校准工作提出若干建议，为烷基汞分析仪的溯源及环境中烷基汞的分析提供计量保证。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

全自动烷基汞分析仪：MMA（WMA）72 型，北京普立泰科仪器有限公司。

电子天平：XPE205DR 型，感量为0.01 mg，德国梅特勒-托利多集团。

甲基汞标准物质：含量（质量分数）为76.3 μg/g，U=2.9 μg/g（k=2），标准物质编号为GBW 08675，中国计量科学研究院。

可调移液器：10～100 μL，德国艾本德公司。

容量瓶：A 级，50、100 mL，德国普兰德公司。

分度吸量管：A 级，1、5 mL，德国普兰德公司。

四丙基硼化钠：纯度（质量分数）不小于98%，美国BOC Sciences 公司。

氢氧化钾：纯度（质量分数）不小于85%，国药集团化学试剂有限公司。

冰乙酸：优级纯，国药集团化学试剂有限公司。

乙酸钠：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

甲醇：色谱纯，德国默克公司。

实验用水为超纯水。

1.2 仪器工作条件

光电倍增管（PMT）：600 V；载气：高纯氮气、高纯氩气；吹扫流量：120 mL/min；吹扫时间：5 min；干燥流量：150 mL/min；干燥时间：2 min；载气流量：50 mL/min；色谱填充柱：OV-3 柱（340 mm，1.59 mm，上海安谱实验科技股份有限公司）。

1.3 溶液配制

乙酸-乙酸钠缓冲溶液：称取25.7 g 乙酸钠溶于80 mL 水中，加入1.06 mL 冰乙酸，用水稀释至100 mL，待用。

四丙基硼酸钠溶液（衍生化试剂）配制：称取97 g 超纯水至烧杯中；称取2 g KOH，用水配制成质量分数为2% KOH 溶液，放置于冰箱中冷冻。当KOH 溶液中出现大量冰晶时，将四丙基硼酸钠（1 g）加入至2% KOH 溶液中，混匀，再将溶液快速转移至干净的小瓶中，盖紧瓶盖后，冷冻保存。

甲基汞标准储备液：采用电子天平精确称量0.655 31 g 甲基汞溶液标准物质，用甲醇定容至50 mL，得质量浓度为1.00 μg/mL 的甲基汞标准溶液1。采用分度吸量管，取1.00 μg/mL 甲基汞标准溶液1 mL，用甲醇定容至100 mL，得质量浓度为10.0 ng/mL 的甲基汞标准溶液2。采用分度吸量管，取10.0 ng/mL 的标准溶液5 mL，用甲醇定容至50 mL，得质量浓度为1.00 ng/mL 的甲基汞标准溶液3。采用分度吸量管，取10.0 ng/mL 甲基汞标准溶液500 μL，用甲醇定容至50 mL，得质量浓度为0.10 ng/mL 的甲基汞标准溶液4。以上配制的甲基汞标准溶液溶解均匀后，分别立刻转移至储液瓶中，得甲基汞标准储备液，旋紧瓶盖，冷藏，待用。

甲基汞系列标准工作溶液：分别在40 mL 进样瓶中加入少量纯水和300 μL 的缓冲溶液，然后选用移液器分别移取相应体积的甲基汞溶液母液至进样瓶中，分别加入50 μL 的衍生化试剂，加入超纯水至满，加盖密封，混匀反应20 min，得到表1 中相应质量浓度的甲基汞系列标准工作溶液，配制完成后，迅速盖紧瓶盖，混匀，待用。

表1 甲基汞系列标准工作溶液质量浓度

1.4 校准方法

1.4.1 线性误差校准方法

在仪器正常工作状态下，对配制的甲基汞含量分别为0、5.0、10、50、100 pg 的系列标准工作溶液进行重复测定，每个浓度点分别进行3 次测量，取峰高的算数平均值后，按照公式(1)进行线性拟合。

1.4.2 检出限校准方法

将甲基汞含量为0.5 pg 的标准溶液进行11 次的重复测定，按公式(4)计算其标准偏差，结合公式(1)，按公式(5)计算仪器的检出限：

2 校准结果

2.1 线性误差

按照1.4.1 方法，采用烷基汞分析仪测量甲基汞系列标准工作溶液，并进行线性拟合，线性方程为y=277.989 6x+32.672 3，相关系数为0.999 9，试验数据及线性误差结果见表2。由表2 可知，在甲基汞理论含量为5.0 pg 时，线性误差达到的最大值为2.0%。

表2 线性误差试验结果

2.2 检出限

按照1.4.2 方法，对甲基汞含量为0.5 pg 的标准溶液重复测定11 次，峰面积分别为145.23、143.51、138.12、146.47、148.44、132.66、155.45、149.23、155.76、145.03、134.25，标准偏差为7.58，则仪器检出限为0.08 pg。

2.3 定量重复性

按照1.4.3 方法，甲基汞含量为50 pg 的标准溶液进行7 次重复测定，峰面积分别为13 906.50、13 930.13、13 882.41、13 896.58、14 192.14、13 953.65、13 805.74，则仪器重复性为0.87%。

3 线性误差测量不确定度分析

3.1 数学模型

线性误差计算公式见1.4 中公式(3)。对公式(3)求导，可得u(xi)的灵敏系数：

最终得到线性误差校准结果标准不确定度的数学模型见公式(7)：

3.2 输入量的标准不确定度评定

不确定度分量u(xsi)，即标准溶液配制过程引入的不确定度；不确定度分量u(xi)，即线性回归引入的不确定度。选取xi=5.10 pg 的线性误差测量结果，对其不确定度进行分析计算。

3.2.1 溶液配制过程引入的不确定度分量

结合1.3 中所述，甲基汞含量为5.0 pg 的标准溶液配制过程涉及1 次天平称量操作，1 次分度吸量管移液操作，2 次可调移液器移液操作，3 次容量瓶定容操作。

有证甲基汞溶液标准物质引入的不确定度采用证书中所给值。天平称量引入的不确定度来源考虑天平称量准确性和重复性两个因素，称重的最大允差和重复性由电子天平检定证书可知，取均匀分布计算。吸量管移取体积和容量瓶定容体积引入的不确定来源考虑器具最大允差、重复性和温度影响3 个因素，均取均匀分布计算。

以上各因素引入的不确定度分量见表3。

表3 溶液配制过程不确定度分量表

由表3 可知，溶液配制过程中引入的不确定度分量为u(xsi)=2.78×5.0=0.11 pg。

3.2.2 线性误差引入的不确定度分量

根据CNAS GL006—2019 《化学分析中不确定度的评估指南》中线性最小二乘法拟合校准曲线的不确定度评定方法［13-14］，甲基汞含量为xi的不确定度按照式(8)、式(9)进行计算：

3.2.3 不确定评定结果

将xi=5.10 pg 处线性误差不确定度分析结果代入公式（7），可得uc(Δxi)=2.16%。

取k=2，得线性误差校准结果的扩展不确定度为U=kuc(Δxi)=2×2.16%=4.32%，k=2。

4 校准工作建议

对烷基汞分析仪校准工作的建议有以下几个方面：

（1）由于水质、食品等样品中烷基汞含量较低，即烷基汞分析仪的日常分析工作一般集中在低浓度范围，因此在开展该仪器的校准工作时，可以根据客户的需求，在特定的浓度范围内，均匀选择5 点进行校准。

（2）由线性误差结果分析可知，误差受标准溶液浓度影响较大，所以要求实验人员在开展校准工作时，标准溶液要现配现用，规范操作。

（3）试验时，尽量先分析低浓度样品，再分析高浓度样品；高浓度和低浓度之间应增加若干空白，避免高浓度样品对低浓度样品的干扰。

5 结语

基于甲基汞溶液有证标准物质和标准测量方法建立了烷基汞分析仪线性误差、检出限及重复性校准方法。线性误差不确定度来源包括标准物质、溶液配制、标准曲线拟合3 个因素，在xi=5.10 pg处，该仪器的线性误差校准结果的扩展不确定度为U=4.32%，k=2。该校准方法可为开展烷基汞分析仪校准工作提供理论依据，为烷基汞分析仪测量结果的准确、可溯源性提供计量技术支撑。