光度法测定茶叶中铅结果的不确定度分析
仪器网 · 2012-07-14 23:42 · 57048 次点击
测定物质含量常用操作简便、分析成本较低的光度法。测定结果的准确度则用不确定度评价。测量不确定度是经典的误差理论发展和完善的产物,是指表征合理地赋予被测量之值的分散性、与测量结果相联系的参数,它克服传统误差评定因不同领域不同个人对误差处理方法的不同见解,造成方法的不统一和遇到概念上的麻烦,能够统一评价测量结果,是保证计量、检测质量的重要要素,已有文献报道。借鉴文献,本文对4-(2–吡啶偶氮)-间苯二酚(PAR)分光光度法测定茶叶中铅含量的方法进行不确定度分析,计算出方法扩展不确定度up为4.2μg/g,使实验结果更客观。同时,通过评估,找出该方法影响茶叶中铅含量测定不确定度的主要因素是分析方法灵敏度和工作曲线拟合回归方程的相关性,如果能对此进行一定改进,则有望进一步提高测定结果的准确度。
1试验部分
1.1主要仪器和试剂
AR1140电子分析天平[奥豪斯国际贸易上海有限公司;UV-2000紫外可见分光光度计(尤尼柯(上海)仪器有限公司);铅标准工作溶液(20.0μg/mL);4-(2–吡啶偶氮)-间苯二酚(PAR)(2.0×10-4mol/L));十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)(5.0×10-4mol/L)。
1.2试验方法
文献测定茶叶中铅含量采用的是Pb-PAR-CTMAB体系并应用双波长等吸收点法消除锌离子的干扰。Pb-PAR-CTMAB体系配制测定方法:在一系列25mL容量瓶,依次加入适量铅标准工作液、4.0mLPAR、3.0mL缓冲溶液和1.0mLCTMAB,水定容至刻度,室温放置15min。用1cm吸收池,试剂空白为参比,在测定波长530nm、参比波长465nm处测其吸光度,计算求出工作曲线(ΔA~C,ΔA=A530–A465)对应的回归方程。然后,移取5.0mL处理好的样品溶液于25mL容量瓶,同上测出样品的吸光度,由回归方程计算出铅含量。样品前处理方法:称取烘干后的茶叶样品10.00g放到瓷坩埚中,在电炉上炭化,然后放入马弗炉中,500℃灰化约4~6h,至灰份变成灰白色。用1.0mL浓HNO3和5.0mLH2O2溶解灰份,加热大约30min,待溶液呈透明后经冷却后定容至50mL的容量瓶中,待用。
2结果讨论
2.1数学模型的建立分析实验方法(1.2)可知,茶叶样品测定方法不确定度主要来源于:(1)Pb-PARCTMAB体系配制测定过程带来合成不确定度uc1(C);(2)样品前处理过程带来不确定度uc2(C)。因此,茶叶样品测定结果的合成不确定度uc(C)为
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假设c为茶叶中铅含量(μg/g),V25为25mL容量瓶的体积,m为茶样称取量(g),x为25mL被测液中铅含量(μg/mL),L分取比为5mL/50mL,则
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由此可得:
Pb-PAR-CTMAB体系配制测定过程带来的合成不确定度uc1(C)为
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求出(3)式中各分量值,即可计算出uc1(C)。(3)式中x是由工作曲线对应的回归方程求出的。假设y为吸光度,a、b依次为工作曲线的截距和斜率,则有:x=(y-a)/b,据此可得被测溶液中铅含量测定的合成标准不确定度为
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求出(4)式中各分量值,即可计算出u(x)。计算各不确定度分量时,其分布按矩形分布考虑,则K=3=1.732。
2.2计算被测溶液的含量测定不确定度u(x)按实验方法(1.2)测工作曲线(见表1),其回归方程为:y=0.1578x-0.0076,。
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2.2.1计算传播系数
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2.2.2计算斜率b的标准不确定度u(b)及截距a的标准不确定度u(a)
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2.2.3计算由吸光度读数y引起的不确定度u(y)
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式中,yij为仪器各点响应值,yi为回归直线计算值,n为测量点个数,m为每个测量点重复测量次数。将表1的数据代入计算得:Sy/x=9.3×10-3,即u1=9.3×10-3。u2是仪器读数的标准不确定度。UV-2000紫外可见分光光度计吸光度读数变化最小显示值±0.001,u2=0.001/1.732=5.8×10-4。u3是测量重复性标准不确定度。重复测量6种标准溶液各10次,计算得u3为2.1×10-4。将u1,u2和u3代入公式(5)得:u(y)=9.3×10-3。分析公式(5)中各分量数据大小,显然,u(y)主要来源于u1,Sy/x值愈小,u(y)愈小。
2.2.4计算u(x)将C(y)、u(y)、C(b)、u(b)、C(a)和u(a)的值代入公式(4)得u(x)=7.3×10-2μg/mL分析公式(4)中各项数据可知,u(x)主要来源于C(y)u(y),其次依次是C(b)u(b)、C(a)u(a)。C(y)、C(b)、C(a)值的大小与回归方程斜率有关,斜率越大,其值越小,对u(x)影响也就越小,回归方程斜率越大,表示分析方法灵敏度越高,可见提高分析方法灵敏度可有效地降低u(x)值;u(y)、u(b)、u(a)均随Sy/x值的减小而降低,回归方程相关性愈好,相应Sy/x值愈小,对u(x)影响也就越小,可见回归方程拟合得好坏也是不能忽视的因素。
2.3计算AR1140型天平称量过程的不确定度u(m)222123u(m)=u(m)+u(m)+u(m)(6)u1(m)是重复性不确定度,天平称量标准偏差为100μg,则u1(m)=0.1mg;u2(m)是可读性不确定度分量,天平可读性0.1mg,则u2(m)=0.1mg/3;u3(m)是线性不确定度分量,线性分量±0.3mg,则u3(m)=0.3mg/3。将上述值代入公式(6)得:u(m)=2.1×10-4g。
2.4计算体积引起的不确定度u(V)由容量瓶示值允差引起的不确定度u(VA):根据JJG196-2006《常用玻璃仪器》A级50mL单标线容量瓶的容量允差为±0.05mL,取K=3,则u(VA)=0.05/3=2.9×10-2mL;由温度波动引起的不确定度u(VB):容量瓶校准温度为20℃,而使用温度常有±5℃之间的变动,水的膨胀系数为2.1×10-4,则u(VB)=50×5×2.1×10-4/3=3.0×10-2mL;此外,容量瓶读数重复性引起的不确定度可以忽略不计。所以,50mL容量瓶体积的标准不确定度
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A级25mL单标线容量瓶的容量允差为±0.03mL,同上计算得u(V25)为2.3×10-2mL;A级5.0mL单标线吸量管的容量允差为±0.015mL,同上计算得u(V5)为8.7×10-3mL。
2.5计算分取比L的不确定度u(L)将2.4中得出的u(V50)=4.2×10-2mL,u(V5)=8.7×10-3mL代入下式计算得
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2.6计算体系配制测定过程带来的合成不确定度uc1(C)取5.0mL样品溶液测定3次,测得吸光度为0.248,0.242,0.245,则y平=0.245,代入回归方程,求出x(被测液中铅的浓度)为1.6μg/mL,代入公式(2)得茶叶样品中铅含量C为40μg/g。将x及上述各小节计算所得分量代入公式(3),计算得:uc1(C)=1.8μg/g。分析公式(3)中各项数据值大小可知,当称样量(m)、分取比(L)、容量瓶体积一定时,u(x)是影响uc1(C)主要因素,其余项的影响可忽略不计。
2.7计算样品前处理过程带来的不确定度uc2(C)茶叶样品在高温灰化的前处理过程中可能会导致样品一定程度的损失,其不确定度的来源较多而复杂,采用样品回收率的不确定度替代用样品前处理过程中引入的不确定度,即uc2(C)=u(R)。实验测得跟踪加标回收率为95%~104%,按(JJF-1059-199《测量不确定度评定与表示》)5.8节计算公式
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式中b+、b-为测定回收率偏离最佳回收率的概
率,b+=(104–100)%=4%,b-=(100-95)%=5%。所以
uc2(c)=u(R)=2.6%或
uc2(c)=C×u(R)=40μg/g×2.6%=1.0μg/g
2.8计算茶叶样品测定结果的合成不确定度uc(C)及扩展不确定度up
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3结论
采用4-(2–吡啶偶氮)-间苯二酚(PAR)分光光度法测定茶叶中铅含量,茶叶中铅含量可科学规范表示为:(40±4.2)μg/g;对本实验方法而言,通过提高分析方法的灵敏度有望进一步提高分析测定结果的准确度。
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