姜黄素分光光度法测定土壤有效硼的不确定度评定

'生态环境学报2009,18(3):1118-1121http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com姜黄素分光光度法测定土壤有效硼的不确定度评定刘婷琳，张浩原，黄赛花广东省生态环境与土壤研究所，广东广州510650摘要：测量不确定度是表征被测定值的分散性，并与测量结果相联系的参数。姜黄素分光光度法是测定土壤中有效硼主要方法之一，在其分析过程中操作步骤比较复杂，影响因素较多，但关于其不确定度的研究较少。评定了姜黄素分光光度法测定土壤中有效硼的不确定度。依照分析方法建立数学模型，并根据数学模型把不确定度分解为标准溶液不确定度、样品制备过程引入的不确定度、拟合标准曲线时所产生的不确定度、重复性实验引入的不确定度、试剂空白引入的不确定度和分析仪器引入的不确定度等，对影响测量结果的各个分量进行了分析评定，得出由标准溶液校准稀释过程引入的相对不确定度值是0.00535；样品制备过程引入的相对不确定度值是0.0370；拟合标准曲线时所产生的相对不确定度值是0.0124；重复性实验引入的相对不确定度值是0.00278；分析仪器引入的不确定度值是0.00150；样品的制备过程对测定结果的影响最大。以上因素是造成测定结果不确定度的主要分量。关键词：分光光度法；土壤；有效硼；不确定度中图分类号：S153.1文献标识码：A文章编号：1674-5906（2009）03-1118-04分光光度法是一种常见的检测方法，广泛地应2建立数学模型[1-4]用于食品、环保等各领域。有效硼是用来评价土ρ⋅V⋅t-1s[5]土壤有效硼含量(mg·kg)=壤对植物供应硼能力的指标。姜黄素分光光度法m是测定土壤中有效硼主要方法之一[6]，在其分析过-1ρ—显色液中硼含量，μg·mL；V—显色体积，程中操作步骤比较复杂，影响因素较多，因此给出mL；m—称取试样质量，g；ts—分取倍数。具有置信概率的检测结果，掌握对检测结果有较大3不确定度分量的主要来源及其分析评定影响的关键因素，是实施内部质量控制的重要工作不确定度分量的主要来源包括标准物质、样品[7]内容，测量不确定度是表征被测定值的分散性，制备过程、最小二乘法拟合标准曲线、重复性实验、并与测量结果相联系的参数。它可以给出测量结果试剂空白、分析仪器引入的不确定度。的可信程度，是对测量结果质量的定量评定。可以3.1标准溶液不确定度说，测量结果必须有不确定度的表述才是完整的，标准溶液不确定度主要来源于标准贮备液的[8]有意义的。而以姜黄素分光光度法测定土壤中有不确定度和稀释过程引入的不确定度。效硼为例，评定测定过程中的不确定度各分量的研3.1.1标准贮备液的不确定度究未见报道。本文根据NY/T149-1990对采用姜黄素硼标准贮备液由中国计量科学院提供，质量浓分光光度法测定土壤中有效硼过程中的不确定度度100μg·mL-1，相对标准不确定度U=1%，则来源进行全面分析，并最终给出评定结果。Urel(ρ)=0.01。1测试过程3.1.2稀释过程引入的不确定度称取10.00g风干过2.0mm筛的土样于250mL用10mL单标线移液管吸取10mL硼标准贮备锥形瓶中，加20.00mL水，连接冷凝管，文火煮沸液，置于100mL容量瓶（A级）中，用超纯水定5min，立即移开热源，继续回流冷凝5min，取下容至刻度，制成10μg·mL-1标准工作液，再用5mL-1锥形瓶，加入2滴100g·L硫酸镁溶液，摇匀后立刻度吸管分别吸取0，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0mL即过滤。移取1.00mL滤液于50mL蒸发皿内，加于50mL容量瓶中，配制0.00，0.20，0.40，0.60，4.00mL姜黄素-草酸溶液，在恒温水浴(55±3)℃上0.80，1.0μg·mL-1硼标准系列溶液。分别吸取1.00蒸发至干，继续烘焙15min，取下蒸发皿冷却到室mL按1.2操作显色测定吸光度并绘制工作曲线。温，加入20.00mL95％乙醇，使内容物完全溶解，3.1.2.1移液管导致的不确定度过滤后，以95％乙醇为参比溶液，在分光光度计以10mL单标移液管为例，根据JJG196-2006550nm波长处。用1cm光径比色皿测定吸光度。《常用玻璃量器检定规程》规定，10mL单标移液管基金项目：广东省科学院分析测试基金项目(sf200803)作者简介：刘婷琳（1966年生），女，高级实验师，主要从事光谱分析研究及环境监测工作。E-mail:tlliu@soil.gd.cn收稿日期：2009-04-22 刘婷琳等：姜黄素分光光度法测定土壤有效硼的不确定度评定1119容量允差为±0.020mL，允差可以认为是误差的极=0.00535限，在一个有效的生产过程中标定值比极限值可能3.2样品制备过程引入的不确定度性更大，假设为三角形分布较合理。因此产生的不样品制备过程引入的不确定度包括样品均匀确定度分量为：性、代表性、天平称量过程产生的不确定度，提0.020取过程的回收率，提取及显色过程体积引入的不u(v)==0.00816移16确定度。使用温度与校正温度之间的差异会引入不确3.2.1取样定度分量，水的膨胀系数为2.1×10-4/℃，假定校正本实验室人员在取样时均将样品充分混匀后温度与使用温度的差异为±5℃，按均匀分布计算，随机取样，可以认为样品是均匀的，具有充分的代则温度差异引入的不确定度为：表性的，由此所致的不确定度忽略不计。-43.2.2称样u(v)=10×2.1×10×5/3=0.00606mL水1根据检定证书，实验用precisa92SM-202A天平10mL单标移液管引入的标准合成不确定度为：的不确定度为0.3mg，包含因子k=2，因此其标准u"(v)=u2(v)+u2(v)=0.008162+0.006062=0.0102mL不确定度0.15mg，相对标准不确定度为：移1移1水10.15×2u(ms)==0.0000300rel4相对标准不确定度为：10u"(v)=u"(v移1)=0.0102=0.001023.2.3提取回收率rel移1v移110按标准方法做了加标回收率，达到90%~98%，同样得到5mL刻度吸管容量引入的相对标准不确按均匀分布计算，则样品提取回收率引入的相对标定度为0.00212，由于加姜黄素时使用同一支吸管，准不确定度为：+−22两5mL强相关，线性合成得0.00424。1mL单标2(b+b)÷2(2%+10%)u(Rec)===0.00120线移液管容量引入的相对标准不确定度为3120.00292。u(Rec)=0.0346+-3.1.2.2容量瓶体积引入的不确定度其中：b=(100-98)%=2%b=(100－90)%=10%以100mL容量瓶为例，根据JJG196-2006，100则u(Rec)=u(Rec)=0.0368relmL容量瓶（A级）容量允差为±0.10mL取三角形(90%+98%)÷2分布，则100mL容量瓶带来的不确定度为：3.2.4样品提取及显色过程体积的影响u(v)=0.10=0.0408mL参照3.1.2.1，可得20mL单标吸管容量引入的容16相对标准不确定度为：假设容量瓶标定时与使用时温差为≤±5℃，液u"(v)=0.000860rel移4体体积膨胀明显大于容量瓶的体积膨胀，因此，只加95%乙醇使用同一支移液管，因此出现两20mL考虑液体的体积膨胀，水的体积膨胀系数为强相关，相关系数r=1，按线性合成，2次使用移-42.1×10/℃，则温度变化产生的溶液体积变化引入液管不确定度为：的不确定度为：u"(v)=2u"(v)=2×0.000860=0.00172rel移5rel移4-4u(v)=100×5×2.1×10/3=0.0606mL水41mL单标线移液管相对标准不确定度为：两项合成得100mL容量瓶体积标准不确定度为：u(v)=0.00292rel移62222u"(v)=u(v)+u(v)=0.0408+0.0606=0.0730mL容1容1水45mL刻度吸管容量引入的相对标准不确定度为相对标准不确定度为：0.00212。因此，由样品制备过程中引入的相对标准u"(v容1)0.0730urel"(v容1)===0.000730不确定度为：v100容122222u(pre)=urel(ms)+urel(Rec)+u"rel(v)+urel(v)+urel(v)rel移5移6移7同样得到50mL容量瓶体积的相对标准不确定度22222=0.0000300+0.0368+0.00172+0.00292+0.00212=0.0370为：u"(v)=0.000733.3最小二乘法拟合标准曲线校准得出质量浓度rel容2因此，由标准溶液校准稀释过程引入的相对不确定时所产生的不确定度度为：采用6个质量浓度水平的标准溶液，用分光光u(sat)=u"2(v)+u""2(v)+u"2(v)+u"2()+u"2()度计测定其吸光值，用最小二乘法进行拟合，得到relrel移1rel移2rel移3rel容1rel容22直线方程y=0.4023C－0.0035，相关系数r=0.9993。=0.001022+0.004242+0.002922+0.000732+0.000732本次评定对样品溶液进行了8次测量，其平均质量 1120生态环境学报第18卷第3期（2009年5月）表1标准曲线与测定相关参数及计算结果Table1Calibrationcurveandcorrelativeparametersandcalculationresults-1-122Ci/(μg·mL)yiyˆCi－C/(μg·mL)(Ci－C)yi－yˆ(yi－yˆ)00-0.0035-0.60.360.00350.000012250.20.0770.076962-0.40.163.8E-051.444E-090.40.1540.157424-0.20.04-0.003421.17238E-050.60.2320.23788600-0.005893.4645E-050.80.3230.3183480.20.040.0046522.16411E-0510.40.398810.40.160.001191.4161E-0622C=0.6∑(Ci－C)=0.768.∑(yi－yˆ)=1.67E-05-1浓度为0.501μg·mL。建立数据计算表格如表1。算术平均值标准不确定度为：其中yˆ＝0.4023C－0.0035。表1中：Ci—标准s(wi)-1u(w)==0.00278mg·kg溶液质量浓度；yi—吸光值；yˆ—由标准曲线查得n吸光值；C—平均质量浓度；Ci-C—标准溶液质因此，有效硼算术平均值的相对标准不确定度为：量浓度与平均质量浓度差；yi-yˆ—吸光值与由标准u(w)=u(w)=0.00278=0.00278rel曲线查得吸光值差。w1.00由上可得，标准溶液吸光值残差的标准偏差3.5试剂空白为：本实验所用试剂为分析纯试剂，符合标准规范n要求，因此，扣除空白所致的硼含量变化很小，可2∑(yi−yˆ)i=10.0000167=0.00452以忽略不计。s(y)==n−26-23.6分析仪器引入的不确定度标准溶液质量浓度残差的平方和：由紫外—可见分光光度计检定证书可知，仪器n2扩展不确定度为0.3%，（k=2）其相对标准不确定度Scc=∑(Ci−C)=0.768i=1为：则C的标准不确定度为：0.3%u(y)==0.15%=0.00150rel22s(y)11(C0−C)u(C)=++4结果报告mpnScc合成相对标准不确定度为：222222u(w)=urel(sta)+urel(pre)+urel(C)+urel(w)+urel(y)0.0045211(0.501−0.6)-1crel=++=0.00620μg·mL222220.4023860.768=0.00535+0.0370+0.0124+0.00278+0.00150=0.0395式中：n—标准溶液的测量次数，本次评定为Y=m1⋅D=1.00mg·kg−1m6；m—标准曲线斜率，本次评定为0.4023；P—C标准不确定度为：的测量次数，本次评定为8。−1u=u(w)×Y=0.0395×1=0.0395mg·kg因此，C的相对测量不确定度为：ccrelu(C)0.00620取k=2，则扩展不确定度为：u(C)===0.0124rel−1−1C0.501U=ku=2×0.0395=0.0790mk·kg≈0.08mg·kgc3.4重复性实验该土壤样品中的有效硼含量为：在重复性条件下，对该样品进行了8次独立测w=(1.00±0.08)mg·kg−1(k=2)试，有效硼含量分别为：0.992，1.01，1.01，1.00，5评定结果分析-10.998，0.992，1.00，1.01mg·kg。则有效硼含量的由图1可以看出，在重复性实验条件下测定土算术平均值为：壤有效硼时，∑wi−1u(sta),u(pre),u(C),u(w),u(y)是造成测w==1.00mg·kgrelrelrelrelreln定结果不确定度的主要分量，其中引入的不确定度单次测量的标准不确定度为：值最大。n∑(wi−w)26结论u(w)=s(w)=i=1=0.00786mg·kg-1（1）土壤样品中的有效硼质量分数为：iin−1−1w=(1.00±0.08)mg·kg(k=2) 刘婷琳等：姜黄素分光光度法测定土壤有效硼的不确定度评定11210.04值0.035度0.03定0.025确0.02不0.015对0.01相0.0050)))re(w)y)(sta(pUrelUrel(Urel(CUrelUrel不确定度分量图1相对不确定分量Fig.1Mapofrelativeuncertaintycomponent（2）在造成测定结果不确定度的各主要分量中XINGShucai.ComparisonandevaluationondeterminationofsulfideinwaterbyUVspectrophotometryandmethylenebluespecropho-样品的制备过程对测定结果的影响最大。tometry[J].AridEnvironmentalMonitoring,2009,23(1):57-58.[5]中国科学院南京土壤研究所微量元素组.土壤和植物中微量元素参考文献：分析方法[M].北京:科学出版社,1979:122-139.[1]杨锚,邵华,金芬,等.新鲜蔬菜和水果中硝酸盐紫外分光光度法TraceElementsGroupofInstituteofSoilScienceChinaAcademyof的测定[J].华中农业大学学报,2009,28(1):102-105.ScienceDeterminationMethodOfTraceElementsinSoilandYANGMao,SHAOHua,JINFen,etal.DeterminationofnitratesinPlants[M].Beijing:SciencePress,1979:122-139.freshvegetablesandfruitsbyUV-spectrophotometry[J].Journalof[6]中国土壤学会.土壤农业化学分析方法[M].北京:中国农业科技HuazhongAgriculturalUniversity,2009,28(1):102-105.出版社,2000:223-224.[2]姜玉梅,王潇蕤.紫外分光光度法测定山楂中的黄酮含量[J].广东SoilScienceSocietyofChina.AnalysisMethodofSoilAgricultural化工,2009,36(4):183-186.Chemistry[M].Beijing:AgirculturalSciencePressofChina,2000:JIANGYumei,WANGXiaorui.UVspectrophotometricdetermination223-224.oftotalhawthornflavonoids[J].GuangdongChemistry,2009,36(4):[7]李圣增,李进科,秦华.水中COD测量不确定度的评定[J].中国计183-186.量,2008(1):97-99.[3]冯博,崔巍.紫外分光光度法进行总氮测定的影响因素分析[J].吉LIShengzeng,LIJinke,QINHua.UncertaintyevaluationofCODin林水利,2009(3):29-30.water[J].ChinaMeterage,2008(1):97-99.FENGBo,WEIWei.TheanalysisofimpacttoUVspectrophotometric[8]李慎安.测量不确定度表达百问[M].北京:中国计量出版社,2000:determinationoftotalnitrogen[J].JilinWaterConservancy,2009(3):99-104.29-30.LIShenan.OneHundredQuestionsoftheExpressionofDetermina-[4]邢书才.紫外分光光度法与亚甲蓝分光光度法测定水中硫化物方tionUncertainty[M].Beijing:ChinaMetrologyPublishingHouse,法的比对及评价[J].干旱环境监测,2009,23(1):57-58.2000:99-104.UncertaintyevaluationoftheavailableboroninsoilwithcurcuminspetrophotonetryLIUTingling,ZHANGHaoyuan,HUANGSaihuaGuangdongInstituteofEcologyandEnvironmentalandSoilSciences,Guangzhou510650,ChinaAbstract:Uncertaintyistheparameterthatattributethedispersityofmeasuredvalueandtiedwiththedeterminatevalue.CurcuminspectrophotonetryisoneofthemajormethodtodeterminatetheavailableBoroninsoil,withmorecomplexoperatingprocedureandmoreinfluencingfactors.Buttheuncertaintyresearchofthismethodisfew.Thisarticleevaluatedtheuncertaintysourceofcurcuminspectrophotonetrymethod.Establishedthemathematicalmodel.Accordingtothismodel,dividedthetotaluncertaintytostandardsolutionuncertainty,prepareprocedureuncertainty,fittingregressionlineuncertainty,repeatabilitytestuncertaintyandanalysisin-strumentuncertainty.Thecomponentuncertaintythataffecttheresultwereevaluated,gainthevalueofstandardsolutionuncertaintywas0.00535,thevalueofprepareprocedureuncertaintywas0.0370,thevalueoffittingregressionlineuncertaintyis0.0124,thevalueofrepeatabilitytestuncertaintywas0.00278andthevalueofanalysisinstrumentuncertaintywas0.00150.Thepreparepro-cedurehadthelargestaffecttothedeterminationresult.Theabovefactorsweremajorcomponentstodeterminationresultuncer-tainty.Keywords:spectrophotonetry;soil;availableboron;uncertainty'