亚甲基蓝分光光度法测定水中硫化物的不确定度评定.pdf

2023 年第 3 期 28 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水质分析与监测亚甲基蓝分光光度法测定水中硫化物的不确定度评定谢莎莎黄美玲黄艳（惠州市水质检测综合服务有限公司，广东惠州 516003）摘要：根据 HJ 1226-2021 水质硫化物的测定亚甲基蓝分光光度法的方法通则，采用分光光度法对水中硫化物的含量进行了测定，并对其进行了不确定度评定。结果表明：采用该方法检测的200mL某地表水中硫化物的含量为15.3g，扩展不确定度为1.00g；200mL 某生活污水中硫化物的含量为 11.3g，扩展不确定度为 0.94g。实验测定的200mL 某地表水中硫化物的含量结果为（15.31.0）g，200mL 某生活污水中硫化物的含量结果为（11.30.94）g（置信概率 P=95%）。评定结果表明，实验的主要不确定度由硫化物标准中间溶液的配制和样品重复性测定引入，这是由硫化氢气体极易挥发的性质导致的。关键词：计量学；硫化物；亚甲基蓝；不确定度评定1.前言水中溶解性无机硫化物和酸溶性金属硫化物，包含溶解性的 H2S、HS-、S2-，以及存在于悬浮物中的可溶性硫化物和酸溶性的金属硫化物。硫化物的毒性很大，可危害细胞色素氧化酶，造成细胞组织缺氧1。硫化物是水体监测的一个重要指标，在环境水质监测和废水监测中被列为主要监测项目，因此对水中硫化物含量测定的不确定度研究非常有意义2。目前，关于硫化物的测定分析方法有许多种，主要包括碘量法、亚甲基蓝分光光度法和气相分子吸收光谱法等3，而亚甲基蓝分光光度法是目前测定硫化物最常用的方法之一。水质硫化物的测定亚甲基蓝分光光度法（HJ 1226-2021）4中确定该方法的检出限为 0.01mg/L，适用于地表水和生活污水的样品分析。测量不确定度是对测量结果质量的定量表征，其测量结果的可靠性很大程度上取决于其不确定度的大小5 6。为了评定检测结果的准确性，本文根据 JJF 1059.12012 测量不确定度评定准则7及 HJ 1226-2021 水质硫化物的测定亚甲基蓝分光光度法方法通则，对水中硫化物的含量进行了测定，并对其不确定度进行了评定，通过分析不确定度分量来源，找到影响检测结果的关键因素，为提高检测的准确性提供了参考依据，对环境水质的监测具有至关重要的意义。2023 年第 3 期 29 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水质分析与监测2.实验部分2.1 实验仪器与试剂 2.1.1 实验仪器实验采用的仪器为 723 型可见分光光度计；GR-200 型分析天平；Millipore 公司生产的IQ 7000 纯水仪；顺昕 2000 型硫化物酸化吹气仪。2.1.2 试剂实验采用的试剂为盐酸、硫酸、氢氧化钠、十二水合硫酸铁（）铵、抗坏血酸、N,N-二甲基对苯二胺二盐酸盐均为市售分析纯；硫化物标准贮备溶液购于生态环境部环境发展中心环境标准样品研究所。2.2 试液的制备2.2.1 硫化物标准中间溶液配制准确移取 10mL 硫化物标准贮备溶液（100mg/L）至已加入 2.0mL 氢氧化钠溶液和适量除氧去离子水的 100mL 棕色容量瓶中，除氧去离子水稀释至刻度，摇匀，得到浓度为10.0mg/L 的硫化物标准中间溶液，该溶液需现用现配。2.2.2 校准曲线绘制取 6 支 100mL 比 色 管，用 20mL 单 标移液管各加入 20mL 氢氧化钠吸收液，用10mL 刻度移液管分别量取 0.00mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL、4.00 mL、7.00mL 硫 化 物标准中间溶液（2.2.1）移入吸收管，加除氧去离子水至约 60mL，采用 10mL 单标移液管加入 10mL N,N-二甲基对苯二胺溶液，用 10mL刻度移液管加入 1mL 硫酸铁铵溶液。放置10min 后，用除氧去离子水定容。使用 10mm光程比色皿，以除氧去离子水作参比，在波长665nm 处测量吸光度。以硫化物的含量（g）为横坐标，以扣除零浓度点后的吸光度值为纵坐标，建立标准曲线。表 1校准曲线数据表系列号123456标液加入量（mL）0.000.501.002.004.007.00硫化物质量 mi,STD(g）0.005.0010.020.040.070.0As0.007 0.055 0.112 0.214 0.396 0.656As-Ab 0.000 0.048 0.105 0.207 0.389 0.649表 1 中 As为水样的吸光度；Ab为空白试验吸光度；通过拟合最小二乘法得出：y=0.0092x+0.0135，相关系数 R 2=0.9993，由以下公式可算出硫化物的含量 m0(g）：ba-A-Abs0=m（1）2.2.3 硫化物样品“酸化-吹气-吸收”法前处理根 据 HJ 1226-2021 方 法 通 则，采 用250mL 量筒量取 200mL 混匀的水样，转移至500mL 反应瓶中，5mL 单标移液管加入 5mL抗氧化剂溶液。20mL 单标移液管量取 20mL氢氧化钠溶液于 100mL 吸收管中作为吸收液，插入导气管至吸收液液面以下，以保证吸收完全。连接好装置，开启水浴装置使温度升至65。接通氮气（纯度 99.999%），调整流量至 300ml/min，5min 后关气。关闭加酸分液漏斗活塞，打开分液漏斗顶盖加入 10mL（1+1）盐酸溶液后盖紧，接通氮气，将反应瓶放入水浴装置中。维持氮气流量为 300ml/min，连续吹气30min。用少量除氧去离子水冲洗导气管，并入吸收液中，加除氧去离子水至约 60mL，待测。2.2.4 硫化物样品的测定前处理后的 60mL 某地表水样品和某生活污水样品（2.2.3），测量条件同 2.2.2。2.2.5 测定结果的表达水中硫化物的含量 x 计算公式为：vmx0=（2）2023 年第 3 期 30 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水质分析与监测式中：x 为水中硫化物的含量(mg/L)）；m0为样品中硫化物的质量（g）；本实验中 v为 2.2.1.3 中量取的样品体积 v（mL），本实验中 v=200mL。2.3 样品测定2.3.1 样品重复性测定及回收率测定往（2.2.4）的样品中加入 2mL 浓度为10.0mg/L 的硫化物标准中间溶液，对其进行加标试验，计算出回收率，本实验取的样品体积 v=200mL，则实际的硫化物加标量为20g。加标前样品及加标后样品重复测定 7次，结果见表 2。3.不确定度来源分析及其合成算式 3.1 玻璃量器引入的不确定度 urel（v）玻璃量器引入的相对不确定度 urel（v）来自三个分量：玻璃量器的容量允许偏差引起的不确定度 u（v1）、玻璃量器温度变化引起的不确定度 u（vT）和人眼观察移液管刻度线引入的不确定度 u（vE）。通过查阅 JJG 196-20068，结合公式（3）（4）（5）计算得出结果见表 3。3.1.1 玻璃量器的容量引起的不确定度 u（v1）玻璃量器容量允许偏差为 v1，按三角分布，K=6，则有：u（v1）=61v （3）3.1.2 玻璃量器温度变化引起的不确定度u（vT）设温度变化为 5，20时水的膨胀系表 2样品重复性及回收率测定某地表水样品重复性及回收率测定系列号1234567加标前 As0.1670.1580.1640.1590.1630.1600.155硫化物含量 m0（g）15.914.915.615.115.515.214.6-m0(g）15.3加标后 As0.3290.3250.3270.3180.3250.3240.316硫化物含量 m0(g)33.533.133.332.333.133.032.1-m0（g）32.9回收率 Ri(%)88.091.088.586.088.089.087.5平均回收率-R（%）88.3某生活污水样品重复性及回收率测定系列号1234567加标前 As0.1290.1120.1270.1300.1250.1190.125硫化物含量 m0（g）11.89.9511.611.911.410.711.4-m0（g）11.3加标后 As0.2850.2590.2800.2860.2760.2630.267硫化物含量 m0(g)28.825.928.228.927.826.426.8-m0（g）27.5回收率 Ri（%）85.079.883.085.082.078.577.0平均回收率-R（%）81.52023 年第 3 期 31 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水质分析与监测数为=2.110-4-1，玻璃量器的量程为 v2，按均匀分布，则有：u（vT）=32tv （4）3.1.3 人眼观察玻璃量器刻度线引入的不确定度 u(vE）人员读数允许有 0.01mL 误差，假定其为三角分布，则人眼观测玻璃量器刻度线引入的不确定度为：u（vE）=?综合 3.1.1 3.1.3 可得玻璃量器引起的相对不确定度:urel（v）=22212)()()(vvuvuvuET+（5）3.2 称量引入的不确定度 urel（m）天平的称量允差溯源至天平的计量检定证书，天平称量的最大允差为 0.0005g，按均匀分布计算，置信因子为3，则天平引入的不确定度为：u（m）=30005.0=2.8910-4 g若称量的样品质量为 m，则样品称量的相对标准不确定度：urel（m）=mmu)(（6）3.3 不确定度分量的评估3.3.1 试剂配制引入的相对标准不确定度urel（r）（1）盐 酸 溶 液（1+1）urel（r1）：250 mL量筒量取 250mL 盐酸（=1.19g/mL）缓慢注入 250mL 水中，冷却。此过程使用 250mL 量筒 2 次。urel（r1）=231032.32?=0.0047（2）氢氧化钠溶液（=10 g/L）urel（r2）：表 3玻璃量器引入的相对不确定度量器类型（A 级）容量允差/mL容量允差引入的不确定度/mL温度校正引入的不确定度/mL人眼观察引入的不确定度/mL相对标准不确定度单标 5mL 移液管0.0156.1210-30.00304.0810-31.5910-3分度 5mL 移液管0.0250.01020.00304.0810-32.2810-3单标 10mL 移液管0.0208.1610-30.00614.0810-31.1010-3分度 10mL 移液管0.0500.02040.00614.0810-32.1710-3单标 20mL 移液管0.0300.01220.01214.0810-38.8610-4100mL 量筒1.000.40820.06064.0810-34.1310-3250mL 量筒2.000.81650.15164.0810-33.3210-31000mL 量筒10.04.0820.60624.0810-34.1310-3100mL 比色管0.100.04080.06064.0810-37.3210-41000mL 容量瓶0.4000.16330.60624.0810-36.2810-4250mL 容量瓶0.1500.06120.15164.0810-36.5410-4100mL 容量瓶0.100.04080.06064.0810-37.3210-42023 年第 3 期 32 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水质分析与监测称取 10.0g 氢氧化钠溶液 1000mL 水中，摇匀。此过程使用 1000mL 量筒 1 次，天平称量 1 次。urel（r2）=2324)1013.4()101089.2(?=0.0041（3）抗氧化剂溶液 urel（r3）：称取 4.0g抗坏血酸、0.2g 乙二胺四乙酸二钠、0.6g 氢氧化钠溶于 100mL 水中，摇匀并贮存于棕色试剂瓶中，临用现配。此过程天平称量用了 3 次，100mL 量筒 1 次。urel（r3）=23242424)1013.4()6.01089.2()2.01089.2()41089.2(?=0.0044 （4）N,N-二甲基对苯二胺溶液（=2 g/L）urel（r4）：称取 2.0 g N,N-二甲基对苯二胺盐酸盐溶于 700mL 水中，缓慢加入 200mL 硫酸（=1.84g/mL）冷却后用水稀释值 1000mL，摇匀。此溶液室温下贮存于密闭的棕色瓶内，可稳定 3 个月。此过程使用天平 1 次，250mL量筒 1 次，1000mL 量筒 1 次，1000mL 容量瓶 1 次。urel（r4）=24232324)1028.6()1013.4()1032.3()21089.2(?=0.0053（5）硫酸铁铵溶液（=100 g/L）urel（r5）：称取 25.0g 硫酸铁铵溶于 100mL 水中，缓慢加入 5.0mL 硫酸（=1.84 g/mL），冷却后用水稀释至 250 mL，摇匀。此过程使用天平秤量 1 次，100mL 量筒 1 次，5.0mL 单标吸量管 1 次，250mL 容量瓶一次。urel（r5）=242323241054.6()1059.1()1013.4()251089.2(?=0.0045 综合以上（1）（5）可得试剂配制引入的相对标准不确定度 urel（r）：urel(r)=)()()()()(5242322212rurururururelrelrelrelrel+=22222)0045.0()0053.0()0044.0()0041.0()0047.0(+=0.01033.3.2 硫化物标准中间溶液配制引入的相对不确定度 urel（c1）硫化物标准中间溶液（10.0mg/L）引入的相对标准不确定度 urel（c1）来自三个分量：硫化物标准储备液（100mg/L）引起的相对标准不确定度 urel（c11）、10mL 单标移液管引起的相对不确定度、5mL 分度移液管引起的相对不确定度，100mL 容量瓶引起的相对不确定度。标准样品编号：GSB 07-2733-2019，浓度为 100mg/L，采购于生态环境部环境发展中心环境标准样品研究所，根据环境标准样品证书可查得：此标准样品包含因子 K=2，相对扩展不确定度为 5%。则硫化物标准储备液（100mg/L）引起的相对标准不确定度 urel（c11）：urel(c11)=025.0205.0?由此可得出硫化物标准中间溶液配制引入的相对不确定度 urel(c1）：urel(c1)=242322)1032.7()1028.2()1010.1()025.0(3?=0.02513.3.3 硫化物标准系列溶液配制引入的相对标准不确定度 urel(c2）硫化物标准系列溶液配制过程，用到 6支 100mL 比色管，用到 20mL 单标移液管移6 次，用 10mL 分度移液管 5 次，用到 10mL单标移液管 6 次，用到 10mL 刻度移液管 6 次，按照前述的方法计算，硫化物标准系列溶液配制引入的不确定度分量详见表 4。3.3.4 样品“酸化-吹气-吸收”法前处理引入的相对标准不确定度 urel(c3）样品“酸化-吹气-吸收”法前处理引入的不确定度分量详见表 5。2023 年第 3 期 33 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水质分析与监测3.3.5 标准曲线拟合引入的相对标准不确定度 urel（c4）拟合的一元二次方程y=0.0092x+0.0135，根据贝塞尔公式计算标准曲线标准差：sR=?=0.0121g（7）式中：p 为标准溶液测定的点数，p=6；b为校准曲线回归方程的斜率；a 为校准曲线回归方程的截距。（1）某地表水曲线拟合引入的相对标准不确定度 urel（c4,1）：u（c4,2）=+niSTDSTDiSTDRmmmmnpbs12,20)()(11=0.0498g （8）urel（c4,2）=01,4)(mCu=3.150498.0=0.0033（2）某生活污水曲线拟合引入的相对标准不确定度 u（c4,2）：u（c4,2）=+niSTDSTDiSTDRmmmmnpbs12,20)()(11=0.0701g （9）urel（c4,2）=02)(mmu=3.110701.0=0.0062式中：p 为标准溶液测定的点数，p=6；n为样品测量次数，n=7；b 为校准曲线回归方程的斜率；mi,STD为标准系列各点硫化物含量的测定值(g)；mSTD为标准系列硫化物含量的平均值，mSTD=24.2g；m0为测试样品中硫化物含量的平均值，根据表二可得：200mL某地表水中硫化物m0=15.3g,某生活污水中硫化物m0=11.3g。3.3.6 样品重复性测定引入的不确定度 urel（c5）根据表 2 中样品重复性测定结果，计算某地表水中样品重复性测定引入的相对标准不确定度 urel（c5,1），计算公式如下：u（c5,1）=)1()(1200=nnmmni=0.1674g（10）urel（c5,1）=01,5)(mcu=0.0110根据表 2 中样品重复性测定结果，计算某生活污水中样品重复性测定引入的相对标表 4标准系列溶液配制过程中引入的不确定度量器类型（A 级）容量允差/mL容量允差引入的不确定度/mL温度校正引入的不确定度/mL人眼观察引入的不确定度/mL相对标准不确定度使用次数/次urel（c2）单标 20mL 移液管0.0300.01220.01214.0810-38.8610-460.0082单标 10mL 移液管0.0208.1610-30.00614.0810-31.1010-36分度 10mL 移液管0.0500.02040.00614.0810-32.1710-311100mL 比色管0.100.04080.06064.0810-37.3210-46表 5样品“酸化-吹气-吸收”法前处理引入的不确定度量器类型（A 级）容量允差/mL容量允差引入的不确定度/mL温度校正引入的不确定度/mL人眼观察引入的不确定度/mL相对标准不确定度使用次数/次urel（c3）250mL 量筒2.000.81650.15164.0810-33.3210-370.0104单标 5mL 移液管0.0156.1210-30.00304.0810-31.5910-37单标 20mL 移液管0.0300.01220.01214.0810-38.8610-47单标 10mL 移液管0.0208.1610-30.00614.0810-31.1010-372023 年第 3 期 34 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水质分析与监测准不确定度 urel（c5,1），计算公式如下：u（c5,1）=)1()(1200=nnmmni=0.2621g （11）urel（c5,1）=02,5)(mcu=0.0233式中：n 为测量次数 n=7；m0为每次测量得到的硫化物的含量(g）；m0为 n 次测量的样品中硫化物含量的平均值(g）3.3.7 样品回收率引入的不确定度 urel（R）根据表 2 中加标回收率的测定结果，计算某地表水的平均加标回收率与标准偏差，从而计算标准不确定度 u（R1）和相对标准不确定度 urel（R1），计算公式如下：u(R1)=)1()(12=nnRRnii=0.0058(12）urel(R1)=RRu)(1=0.0065根据表 2 中加标回收率的测定结果，计算某生活污水的平均加标回收率与标准偏差，从而计算标准不确定度 u（R1）和相对标准不确定度 urel（R1），计算公式如下：u（R1）=)1()(12=nnRRnii=0.0119 (13）urel（R1）=RRu)(2=0.0146式中：n 为测量次数；Ri为每次测量的样品硫化物含量的回收率；R 为 n 次测量回收率的平均值。3.4 相对标准不确定度 urel（x）及合成不确定度 u（x）样品中硫化物含量的相对不确定分量见表 6。由表 6 可得 200mL 某地表水中硫化物含量的相对不确定度 urel（x1）：=)()()()()()()(121,521,423222122Rumucucucucururelrelrelrelrelrelrel+表 6各分量的相对标准不确定度某地表水各分量的相对标准不确定度不确定度来源符号相对标准不确定度试剂配制urel（r）0.0103硫化物标准中间溶液配制urel（c1）0.0251硫化物标准系列溶液配制urel（c2）0.0082“酸化-吹气-吸收”前处理urel（c3）0.0104标准曲线拟合urel（c4,1）0.0033样品重复性urel（c5,1）0.0110样品回收率urel（R1）0.0065某生活污水各分量的相对标准不确定度不确定度来源符号相对标准不确定度试剂配制urel（r）0.0103硫化物标准中间溶液配制urel（c1）0.0251硫化物标准系列溶液配制urel（c2）0.0082“酸化-吹气-吸收”前处理urel（c3）0.0104标准曲线拟合urel（c4,1）0.0062样品重复性urel（c5,1）0.0233样品回收率urel（R1）0.01462023 年第 3 期 35 CITY AND TOWN WATER SUPPLY水质分析与监测=0.0329则 合 成 不 确 定 度 u（x1）=urel（x1）-m0=0.032915.3=0.50g由表 6 可得 200mL 某生活污水中硫化物含量的相对不确定度 urel（x1）：=)()()()()()()(222,522,423222122Rumucucucucururelrelrelrelrelrelrel+=0.0413则 合 成 不 确 定 度 u（x1）=urel（x1）m0=0.041311.3=0.47g3.5 扩展不确定度 U（x）及结果表示根据 JJF 1059.12012测量不确定度评定与表示取 P=95%的置信概率，包含因子k=2，则水样中硫化物含量的扩展不确定度为：3.5.1 某地表水中扩展不确定度 U（x1）：U（x1）=u（x1）k=0.502=1.0g 由此可得，置信区间 P=95%，k=2 条件下，亚甲基蓝分光光度法测定 200mL 某地表中硫化物的含量为：x=（15.31.0）g。3.5.2 某生活污水中扩展不确定度 U（x1）：U（x1）=u（x1）k=0.472=0.94g 由此可得，置信区间 P=95%，k=2 条件下，亚甲基蓝分光光度法测定 200mL 某生活污水中硫化物的含量为：x=（11.30.94）g。4.结论通过对水样中硫化物含量测量的不确定度评定，置信区间 P=95%，k=2 条件下,200mL某 地 表 水 中 硫 化 物 的 含 量 为（15.31.0）g，200mL 某生活污水中硫化物的含量为（11.30.94）g。本文较全面地分析了亚甲基蓝分光光度法测定水样中硫化物含量全过程不确定度的来源，并计算了各不确定度分量。分析表明：由硫化物标准中间溶液配制和样品重复性测定引入的不确定度所占比例较大，是合成不确定度的主要来源。因此，在日常检测中,整个实验过程所使用的仪器、试剂、环境都必须达到标准要求，不断提高操作人员的熟练程度,并且可优化样品处理的方法：如标液及试剂加入至比色管时尽量开小口，且整个操作应熟练且迅速；“酸化-吹气-吸收”前处理过程中，可在各玻璃口连接处用少量蒸馏水润湿，以增加整个装置的气密性，防止硫化氢气体从其他地方逸出，以减小测量结果的不确定度，提高检测结果的准确性。参考文献：1 许春雪，张宗恩，王亚平，代阿芳.对氨基二甲基苯胺比色法测定的地下水中硫化物不确定度的评定 J.地质通报，2012（4）：63 6362 李艳荣，徐蕾,师培.采用亚甲基蓝分光光度法测定水中硫化物的探讨J.环境科技,2018（31）：57 593 李玉璞.水中硫化物分析方法的研究进展 J.科学技术创新，2020（7）：4 64 生态环境部.HJ 1226-2021 水质硫化物的测定亚甲基蓝分光光度法 S.20215 赵飞，王苗苗，贾宏新.高效液相色谱法测定糖果中苯甲酸含量的测量不确定度评定 J.计量技术，2018（5）：28 316 马康，李小佳，崔萌萌.高效液相色谱法测定葡萄酒中苋菜红的不确定度评定 J.计量学报，2015（36）：102 1067 国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局.JJF 1059.1-2012 测量不确定度评定与表示 S.20128 国家质量监督检验检疫总局.常用玻璃量器检定规程 JJG 196-2006S.中国计量出版社，2006作者通联：shashafi