许 晋，罗 平，赵海华

(江门新财富环境管家技术有限公司，广东 江门 529100)

1 检测方法

1.1 方法依据及原理

依据HJ 636-2012《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》，对水中总氮的测量不确定度进行评定。

在120～124℃下，碱性过硫酸钾溶液使样品中含氮化合物的氮转化为硝酸盐，采用紫外分光光度法于波长220 nm 和275 nm 处，分别测定吸光度A220和A275，按A = A220- 2A275，计算校正吸光度A，总氮(以N 计)含量与校正吸光度A 成正比。

1.2 主要仪器及试剂

(1)紫外分光光度计：具10mm石英比色皿。

(2)高压蒸汽灭菌器：最高工作温度不低于120～124℃。

(3)具塞玻璃磨口比色管，25 mL。

(4)硝酸钾(KNO3)：基准试剂或优级纯。

1.3 操作步骤

根据实验需要将硝酸钾溶解并稀释配制成一些列浓度的标准溶液，以总氮(以N 计)浓度(mg/L)为横坐标，对应的吸光度值为纵坐标，绘制校准曲线，再对水中总氮进行测定。

1.3.1 校准曲线绘制

称取0.7218g 硝酸钾溶于适量水，移至1000mL容量瓶中，用水稀释至标线，混匀。用移液枪量取10mL该溶液至100mL容量瓶中，用水稀释至标线，混匀得硝酸钾标准使用液(ρN=10.0mg/L)。

将硝酸钾标准使用液，用200 μL、1 mL、5 mL和10 mL移液枪准确量取0.00，0.20，0.50，1.00，3.00 和7.00mL于25mL具塞磨口玻璃比色管中，加水和消解剂，在120～124 ℃消解30 min。冷却，加盐酸，加水定容，校准曲线溶液浓度分别为：0 ,0.080,0.20,0.40,1.20,2.80 mg/L。此系列标准溶液见表1。分别测定A220和A275，绘制校准曲线。

1.3.2 样品测定

用移液枪量取10mL水样于25mL具塞磨口玻璃比色管中，进行测定。对该实验进行不确定度评定分析。

表1 总氮校准曲线溶液配制

2 建立数学模型

根据测量原理得到水样中总氮含量测定的数学模型：

ρ = xf +ε

(1)

式中：ρ——样品中总氮(以N计)的质量浓度，mg/L；

x——线性回归法测定试样中总氮的质量浓度，mg/L；

f——稀释倍数；

ε：其他测量误差。

总氮浓度由线性回归方程计算得到：

y = ax + b

(2)

式中：y——紫外分光光度法测定总氮的吸光度值；

a——回归方程斜率；

b——回归方程截距。

测定水样中总氮时，引入的各不确定度相互独立，相对合成不确定度为：

(3)

式中：u (fs)——标准溶液配制称量与稀释过程引入的不确定度；

u (x)——线性回归方程x值拟合不确定度；

u (s)——样品测量重复性引入的不确定度。

3 不确定度的来源的分析

由检测方法和数学模型分析，引起不确定度来源有以下几个方面：

(1)总氮标准溶液配制引入的不确定度u (fs)；

(2)线性回归方程x值拟合不确定度u (x)；

(3)样品测量重复性引起的不确定度u (s)。

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4 不确定度分量的评定

4.1 配制总氮标准溶液引入的不确定度u(fs)

4.1.1 配制总氮标准使用液引入的不确定度u (fs1)

配制总氮标准使用液引入的不确定度采用B类不确定度评定方法进行测定。

总氮标准使用液的配制为称取0.7218g硝酸钾，于1000 mL容量瓶中稀释定容。然后用10 mL移液枪取10 mL该液于100 mL容量瓶中，稀释定容，配制成10.0 mg/L的总氮标准使用液。因此，此处需评定天平、移液枪和容量瓶的不确定度。

天平(ML204)、移液枪(10 mL)、容量瓶(100 mL)和容量瓶(1000 mL)的扩展不确定度见相应的校准证书，分别为：0.0003 g(k = 2)、3 μL(k = 2)、0.03 mL(k = 2)和0.13 mL(k = 2)，则相对不确定度为：

4.1.2 配制总氮标准溶液引入的不确定度u (fs2)

配制总氮标准溶液引入的不确定度采用B类不确定度评定方法进行测定。

由于1#、2#、3#、4#、5#标准溶液是由标准使用液稀释配制得到，因此，此处需评定配制标准溶液时移液枪及比色管引入的不确定度。移液枪的相对标准不确定度由校准证书给出，比色管的不确定度由容量允差、使用温度差异二方面进行合成。

4.1.2.1 移液枪引入的相对标准不确定度

0.2 mL移液枪校准证书给出的不确定度是0.4 μL，按k=2计算，其相对标准不确定度为：

1 mL移液枪校准证书给出的不确定度是0.4 μL，按k = 2计算，其相对标准不确定度为：

5 mL移液枪校准证书给出的不确定度是2μL，按k = 2计算，其相对标准不确定度为：

10 mL移液枪校准证书给出的不确定度是3μL，按k = 2计算，其相对标准不确定度为：

4.1.2.2 比色管引入的相对标准不确定度

25 mL比色管的容量允差为 ± 0.25 mL(JJG 196-2006)，则25 mL比色管容量允差引入的相对标准不确定度为：

实验室的温度变化在±3℃间变化，水的体积膨胀系数为2.1 × 10-4℃-1，体积变化为25 mL × 2.1 × 10-4℃-1× 3℃ = 0.016 mL。即温度引入的比色管相对不确定度为：

25 mL比色管的相对标准不确定度为：

4.1.2.3 配制标准溶液

配制0#标准溶液使用25 mL比色管引入的相对不确定度为：5.80 × 10-3。

配制1#标准溶液使用0.2 mL移液枪和25 mL比色管引入的相对不确定度为：。

配制2#、3#标准溶液使用1 mL移液枪和25 mL比色管引入的相对不确定度均为：。

配制4#、5#标准溶液使用5 mL和10mL移液枪和25 mL比色管引入的相对不确定度均为：。

配制总氮标准溶液引入的相对不确定度中，配制1#标准溶液引入的不确定最大，因此，选择此不确定度为u (fs2)=5.89× 10-3。

4.1.3 配制总氮标准溶液引入的不确定度u (fs)为：

4.2 线性回归方程拟合引入的标准不确定度u (x)

线性回归方程的标准不确定度采用A类不确定度评定方法进行评定。回归直线的实验标准差SR：

(4)

式中：yi——各浓度测得的吸光度值；

xi——各质量浓度点的浓度值；

n——回归直线浓度点数。

校准曲线拟合的标准不确定度计算公式为：

(5)

式中：n——回归直线浓度点数；

p——测量样品次数；

——标准系列质量浓度的平均值；

m——第一次样品测定的质量浓度值。

表2 紫外分光光度法测定水中总氮的校准曲线

回归方程：y = 0.2384 x +0.0002，其中a=0.2384，b=0.0002，r=0.9998

根据贝塞尔公式计算校准曲线的剩余标准差：

校准曲线拟合的标准不确定度：

因此，校准曲线拟合引入的相对标准不确定度：

4.3 样品测量重复性引入的不确定度u (s)

样品测量重复性引入的不确定度采用A类不确定度评定方法进行评定。

对水样进行10次平行测定，结果见表3。

表3 水样重复测定结果

标准偏差由贝塞尔公式计算：

日常检测对水样测量一次(n = 1)，见表3编号1的数据，测量结果为1.0310 mg/L。得到样品测量重复性的相对标准不确定度为：

5 计算合成标准不确定度

各不确定度分量汇总于表4。

表4 不确定度分量一览表

合成标准不确定度：0.023

6 评定结果表示

7 结论

(1)紫外分光光度法测定水中总氮，测量结果为1.031 mg/L，测量扩展不确定度为0.048 mg/L(k = 2)，或表示为：测量结果为1.031 mg/L，测量扩展不确定度为5%(k = 2)。

(2)分析得出对不确定度贡献最大的主要分量是校准曲线测定引入的不确定度，其次为样品测定重复性引入的不确定度。