曹双瑜 郝嫒玲 刘河疆

（1.新疆农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，乌鲁木齐 830091；2.乌鲁木齐水业集团水质检测中心，乌鲁木齐 830049）

提 要：对气相色谱-三重四级杆质谱法测定新疆棉田土壤中6 种邻苯二甲酸酯类（DEP、DIBP、DBP、BBP、DCHP、DEHP）含量的方法进行不确定度评定。根据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》、JJF 1135-2005《化学分析测量不确定度评定》的以及CNAS-GL006：2019《化学分析中不确定度的评估指南》的规定，建立棉田土壤中6 种邻苯二甲酸酯含量测定的数学模型，分析不确定度的来源，对各个不确定度分量进行计算和合成。结果表明，DEP、DIBP、DBP、BBP、DCHP、DEHP 的扩展不确定度分别为：0.020 mg/kg、0.019mg/kg、0.019mg/kg、0.024mg/kg、0.018mg/kg、0.020mg/kg。实验过程中的主要不确定度来源为标准溶液配制以及标准溶液曲线拟合所产生的。

邻苯二甲酸酯（phthalic esters，PAEs）是邻苯二甲酸形成的酯的统称。由于能够使聚氯乙烯（PVC）变得有弹性，广泛用于聚氯乙烯产品的生产中，因此普遍存在于日常生活的各种日用品中，如食品包装材料、玩具、医用材料以及化妆品等［1］。邻苯二甲酸酯属于环境内分泌干扰物（EDCs）［2］，其类雌激素效应可能导致生物体生殖系统发育异常，出现生殖功能障碍或其他内分泌干扰效应，即使在停止暴露于邻苯二甲酸酯很长时间后，对雌性生物的生育能力仍然具有影响［3］。在体内长期积累具有潜在的致癌、致畸性及生殖发育毒性的可能。如今，由于塑化剂大量而广泛的应用，邻苯二甲酸酯已成为全球性的主要环境有机污染物之一，引起世界各国的广泛关注［4，5］。

邻苯二甲酸酯（PAEs）以及多环芳烃PAHs 是我国土壤中挥发性有机污染物（SVOCs）含量最高的两大类化合物［6］。我国耕地土壤中邻苯二甲酸酯主要来源于地膜的使用，此外化学肥料也是耕地土壤中邻苯二甲酸酯的来源之一［7，8］。福建、广东和新疆是全国耕地土壤中邻苯二甲酸酯含量最高的三个省区［8］。2019 年全国地膜使用量137.9 万吨，覆盖面积17628.1 千公顷，其中新疆地膜使用量为24.3 万吨，覆盖面积35480.0 千公顷，地膜使用量占全国总量的17.6%，新疆地膜的使用量和覆盖面积均居全国各地区首位［9］。新疆农田土壤中含量最高的邻苯二甲酸酯依次是DEHP、DIBP、BBP、DNBP以及DCHP［8］。

2011 年在对新疆南疆地区棉田土壤中邻苯二甲酸酯监测时发现，土壤中邻苯二甲酸酯的总含量为1532.987 mg/kg，其中DEHP 的含量最高，紧随其后的是DIBP 和DBP［10］。阿克苏地区棉花转产区土壤中17 种邻苯二甲酸酯平均含量为180.2μg/kg，检出率95.7%。邻苯二甲酸酯含量从高到低依次为 DEHP、DEP、DBP、DIBP、DCHP、BBP 和DEEP。此外，阿克苏地区生产的蔬菜水果中邻苯二甲酸酯含量与土壤中的邻苯二甲酸酯浓度有显著的相关性，提示土壤中的邻苯二甲酸酯有可能通过食用农产品转移至人体中，对人体的健康带来一定的风险［11］。

目前，利用气相色谱-三重四级杆质谱法测定棉田土壤中邻苯二甲酸酯的不确定度评估的报道还不多。本文采用乙腈-水提取，玻璃Florisil 柱、丙酮-正己烷溶液净化的方法对土壤样品进行前处理，使用气相色谱-质谱（标准曲线-外标法）进行测定［12-14］，并根据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》［15］、JJF 1135-2005《化学分析测量不确定度评定》［16］、参考CNAS-GL006：2019《化学分析中不确定度的评估指南》［17］中的要求和其他相关文献［18-22］，对 新 疆 棉 田 土 壤 中6 种 邻 苯 二 甲 酸 酯（DEP、DIBP、DBP、BBP、DEHP、DEHP）实验过程中的不确定度进行计算和评估，以期为气相色谱-三重四级杆质谱法测定棉田土壤中邻苯二甲酸酯含量的质量控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、仪器与试剂

邻苯二甲酸酯混合标准物质（1mg/mL，1mL），其中DEP 纯度99.8%；DIBP 99.2%；DBP 99.8%；BBP 98%；DCHP 99.9%；DEHP 99.4%；乙腈、丙酮、正己烷（色谱纯公司）；氯化钠（分析纯）。

TSQ 8000 Evo 型气相色谱-三重四级杆质谱仪；AR522CN 型电子天平；N-1100V-W 型旋转蒸发仪；CT18RT 型离心机；MS3 型涡旋振荡器；A 级玻璃量器；玻璃佛罗里硅土净化小柱（1000mg/6mL）。

1.2 实验方法

1.2.1 标准溶液配制

准确吸取混合标准溶液1mL，用正己烷定容至100mL，得到10μg/mL 的混合标准中间液。将混合标准中间液用正己烷逐级稀释为5.00、10.0、20.0、50.0、100、200、500 以及1000μg/L 的混合标准工作液。

1.2.2 样品测定

准确称取粉碎均匀的土壤样品10.00g 于三角瓶中，加入纯水10mL，涡旋混匀1min，加入乙腈40mL，振荡2h 后，倒入100mL 不锈钢离心管中，4℃，10000r/min，离心5min，离心后将上清液过滤到装有6g 氯化钠的具塞量筒内，剧烈振荡2min，静置过夜分层，取上层乙腈20mL 至圆底烧瓶内，40℃旋转蒸发近干，加入正己烷3.0mL 溶解。将玻璃弗罗里硅土柱用丙酮-正己烷（10+90）溶液5.0mL、正己烷5.0mL 淋洗后（注意保持弗罗里硅土湿润），移入前述3.0mL 正己烷溶解液，丙酮-正己烷（10+90）溶液6.0mL 冲洗烧瓶后淋洗弗罗里硅土柱，用用圆底烧瓶接收全部洗脱液，重复此步骤1 次。将两次洗脱液合并，40℃旋转蒸发近干，用正己烷定容至5.0mL，过0.22μm 滤膜，用气相色谱-三重四级杆质谱仪测定，以保留时间和离子碎片丰度比定性，外标法定量。

1.3 回收样品测定

准确称取空白土壤样品6 份，每份10.00g 于三角瓶中，添加0.1mL 的混合标准中间液，按照2.2步骤处理，计算方法的精密度和回收率。

1.4 仪器工作条件

1.4.1 气相色谱条件

色谱柱：HP-5MS 毛细管柱（30m×0.25μm×0.25μm）；载气：高纯氦气，1.0 mL/min；进样量：1μL，不分流进样；进样口温度：250℃；程序升温：柱温80℃，保持2min；以20℃/min 升至160℃，保持5min；之后以10℃/min 升至290℃，保持3min。

1.4.2 质谱条件

电子轰击（EI）离子源，70eV；离子源温度：300℃；传输线温度：280℃；选择离子反应监测扫描（SRM）。6 种邻苯二甲酸酯的质谱条件见表1。

表1 质谱条件

2 结果与分析

2.1 数学模型的建立

土壤中邻苯二甲酸酯的计算公式为：

X：样品中邻苯二甲酸酯的含量，mg/kg；

ρ：扣除空白后样品中邻苯二甲酸酯的浓度，μg/mL；

V：样品溶液定容体积，5.0mL；

m：样品的称样量，g；

Rec：回收率，%。

2.2 不确定度来源分析

根据实验过程以及数学模型，分析可能的不确定度来源，见图1。由于数学模型中各分量量纲不一致，采用相对标准不确定度进行评定［15-18］；同时由于数学模型只涉及乘除，因此样品中邻苯二甲酸酯含量的相对合成标准不确定度表示为：

2.3 不确定度分量评定

2.3.1 标准溶液引入的相对标准不确定度ucrel（std）

（1）标准物质纯度引入的相对标准不确定度urel（std-p）

通过邻苯二甲酸酯混合标准物质证书可知，DEP、DIBP 、DBP 、BBP 、DCHP 、DEHP 标准物质的纯度分别为99.8%、99.2%、99.8%、98%、99.9%、99.4%。标准物质纯度引入的不确定度评定，属于B 类评定，假设其概率分布为矩形分布，则6 种邻苯二甲酸酯标准物质的标准不确定度为［15-18］：

图1 气相色谱-三重四级杆质谱法测定棉田土壤中6 种邻苯二甲酸酯含量的不确定度来源

表2 标准物质纯度引入的相对标准不确定度

（2）标准溶液配制引入的相对合成标准不确定度ucrel（std-v）

影响标准溶液配制过程中不确定度的主要因素是各类玻璃量器的允差以及环境温度引起的试剂（正己烷）体积变化［20］。其不确定度评定属于B类评定，假设其概率分布为矩形分布，则玻璃量器的标准不确定度为：

u（std-g）=a（g）/k

玻璃量器的相对标准不确定度为：

urel（std-g）=u（std-g）/V

环境温度引起的试剂（正己烷）体积变化的标准不确定度为：

u（std-t）=a（w）/k

其中a（w）=环境温度偏差×溶剂（正己烷）膨胀系数×使用体积

环境温度引起的试剂体积变化的相对标准不确定度为：

具体数据见表3、表4、表5。

依据各玻璃器具以及试剂体积变化引入的标准溶液配制的相对合成标准不确定度ucrel（std-v）为：

表3 标准溶液配制各类玻璃量器引入的不确定度

表4 标准溶液配制环境温度引起的试剂体积变化引入的不确定度

表5 相对合成标准不确定度ucrel（std-c）

（3）标准曲线拟合引入的相对标准不确定度urel（cur）

在本实验中，含量X 是通过标准溶液在仪器中的响应值（Y）与其浓度的最小二乘法回归所得的线性方程来计算的，因此该线性方程会产生不确定度。一般，线性方程中最显著的不确定来源是响应值（Y）的随机变异［17，20］。分别对6 种邻苯二甲酸酯类物质的8 个浓度进行标准曲线绘制，以标准溶液中各待测物的浓度X 为横坐标，以标准溶液中各待测物的峰面积Y 为纵坐标。具体结果见表6、表7。

（4）标准溶液引入的相对合成标准不确定度ucrel（std）

各化合物具体数据见表8。

表6 6 种邻苯二甲酸酯类化合物的标准曲线方程

表7 6 种邻苯二甲酸酯类化合物的测定结果

表8 标准溶液引入的相对合成标准不确定度ucrel（std）

2.3.2 样品溶液引入的相对标准不确定度ucrel（sample）

（1）样品称量引入的相对标准不确定度urel（m）

样品称量所用的电子天平校准证书中允差为=±0.01g，其不确定度评定属于B 类评定［17］，假设其概率分布为矩形分布，置信因子k= 3，则样品称量的标准不确定度为：

样品称样量为10.00g，则样品称量的相对标准不确定度为：

（2）样品溶液配制引入的相对合成标准不确定度ucrel（v）

影响样品溶液配制过程中不确定度的主要因素是各类玻璃量器的允差以及环境温度引起的试剂（水、乙腈、正己烷）体积变化。其不确定度评定属于B 类评定，假设其概率分布为矩形分布，则玻璃量器的标准不确定度为：

玻璃量器的相对标准不确定度为：

环境温度引起的试剂体积变化的标准不确定度为：

其中a（vt）=环境温度偏差×溶剂体膨胀系数×使用体积

环境温度引起的试剂体积变化的相对标准不确定度为：

具体数据见表9、表10、表11。

依据各玻璃器具以及试剂体积变化引入的样品溶液配制的相对合成标准不确定度ucrel（v）为：

（3）仪器引入的标准不确定度urel（e）

查看仪器校准证书，实验所用仪器的测量精密度为2.9%，假设其概率分布为矩形分布［21］，置信因子，则仪器引入的相对标准不确定度为：

样品溶液引入的相对合成标准不确定度ucrel（sample）为：

表9 样品溶液配制各类玻璃量器引入的不确定度

表10 样品溶液配制环境温度引起的试剂体积变化引入的不确定度

表11 相对合成标准不确定度ucrel（v-c）

（4）测量重复性引入的相对标准不确定度urel（rep）

测量重复性的数据是通过重复测量而得到的观测列，其引入的标准不确定度是由重复测量的分散性来评估的，属于A类评定，可用标准偏差直接表示［20-22］。通过贝塞尔公式［15，19］计算可得样本标准偏差，再由样本标准偏差计算测量平均值的标准偏差即标准不确定度u（rep）和相对标准不确定度urel（rep）。制备6 份质量均为10.00g，添加化合物含量均为0.1mg/kg 的样品，具体数据见表12。

（5）实验回收率引入的相对标准不确定度urel（rec）

由于此次实验是通过在阴性样品中添加标准溶液，以计算回收率的方式评估整个实验测定的准确性，因此在测定实际阳性样品时的回收率有可能不同于阴性添加样品的回收率，因此需要对实验回收率引入的不确定度进行评估，同时用t-检验来确定平均回收率是否与100%回收率有显著性差异以及是否需要对检测结果进行修正［17，19，20］。此类评估属于A 类评定，可用标准偏差直接表示。通过贝塞尔公式计算可得样本回收率标准偏差，再由样本回收率标准偏差计算测量回收率平均值的标准偏差即标准不确定度u（rec）和相对标准不确定度urel（rec）。同时若t-检验显著，则需要通过回收率对含量平均值进行修正。具体数据见表13、14。

表12 测量重复性引入的相对标准不确定度urel（rep）

表13 实验回收率引入的相对标准不确定度urel（rec）

表14 6 种邻苯二甲酸酯的修正平均值ˉx'

3 相对合成不确定度的计算

样品中邻苯二甲酸酯含量的相对合成标准不确定度ucrel（X）

各化合物的合成标准不确定度

各分量的数据见表15。

表15 6 种邻苯二甲酸酯的合成标准不确定度u（X）

4 扩展不确定度的计算U（X）

95% 置信概率下，包含因子k=2，扩展不确定度：

6 种邻苯二甲酸酯类物质的扩展不确定度结果见表16。

表16 6 种邻苯二甲酸酯的扩展不确定度U（X）

5 结论

将6 种邻苯二甲酸酯类化合物的各不确定度分量的值用直方图表示（图2），可以看出配制标准溶液以及标准溶液曲线拟合所引入的不确定度分量值最大，其次是测量重复性以及实验回收率引入的不确定度。因此在实验过程中，尤其要注意标准溶液配制的精确度，此外还需要提高检测人员对整个实验过程的熟练掌握程度以及注意检测结果是否需要用回收率校正，从而提高整个检测的准确性。

图2 6 种邻苯二甲酸酯不确定度分量