分光光度法测定游泳池水中尿素的不确定度分析

【摘要】 目的：分析分光光度法测定游泳池水中尿素的不确定度。方法：采取分光光度法对游泳池水中的尿素含量进行检测，依据不确定度评定标准分析检测结果的不确定度。结果：取样为10 mL，k=2时，尿素含量检测结果为取样10 mL时尿素含量0.746 mg/L，不确定度为0.101 mg/L。结论：游泳池水中尿素含量测定结果的不确定度由多项分量组成，分光光度法反映出测定的科学性，对游泳池水质监测具有重要指导意义。

【关键词】 不确定度； 二乙酰一肟； 分光光度法； 尿素； 游泳池水

Uncertainty Analysis of Spectrophotometry Method Determination of Urea in Swimming Pool Water/DENG Hong-lian，XIE Yan-hong，LIAO Li，et al.//Medical Innovation of China，2015，12（08）：100-102

【Abstract】 Objective：To analyze the uncertainty of spectrophotometry method determination of urea in swimming pool water.Method：Urea content in swimming pool water was detected by spectrophotometry method， uncertainty of test results was analyzed based on uncertainty evaluation criteria. Result：When sampling for 10 mL，k=2，the content of the detection result of the urea was 0.746 mg/L，the uncertainty was 0.101 mg/L. Conclusion：Uncertainty of test results of urea content in the pool water are composed of a number of components， spectrophotometric determination reflects the scientific nature， is with important guiding significance for the swimming pool water quality monitoring.

【Key words】 Uncertainty； Diacetyl oxime； Spectrophotometry； Urea； Swimming pool water

First-author’s address：Shiyan Prevention and Health-care Station of Baoan District in Shenzhen，Shenzhen 518108，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2015.08.036

客观现实所存在的系统性误差值属于不变性值，因无法完全被人们掌握与认知，所以可以认为这种误差值是以某种概率的形式分布在某个区域当中的，而概率分布的本身则为分散性的，不确定度的测量旨在明确被测量值的分散性参数[1]。当泳池中尿素与其分解产物的含量过高时，可对人体健康产生不同程度的损伤[2]。尿素作为一项重要的污染程度指标，已经成为游泳池水质的一项主要监测项目[3-4]。分析游泳池水尿素含量检测的不确定度可有效提高实验室检测数据的准确性与可靠性。为提高游泳池水中尿素含量的检测水平，笔者对分光光度法测定尿素的不确定度进行了计算分析，现将详细数据汇总如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 本次检测依据《测量不确定度评定与表示》JJF 1059-1999，采用二乙酰一肟分光光度法对游泳池水中的尿素含量进行检测[5]。遵照GB/T18204.29-2000《游泳水中尿素测定方法》对游泳池水当中的尿素含量进行测定[6]。水中的双乙酰与尿素发生反应后生成的产物为有色的二嗪衍生复合物，复合物的颜色深浅程度与尿素的含量为正比，可于460 nm波长时被最大程度吸收[7]。配制出一系列特定浓度的标准检测专用溶液，对标准溶液及样品行依次检测，以曲线回归方程式计算样品当中的尿素含量。

1.2 方法

1.2.1 尿素标准溶液数字建模的配制方法，精确量取0.1000 g尿素，于去离子水之中充分溶解，置于1000 mL的容量试验瓶中，加入0.1 mL氯仿，使用去离子水对溶液进行定容，所配制的溶液尿素含量为100 μg/mL。取10 mL上述标准溶液置入100 mL瓶中，以去离子水进行定容，此溶液中尿素含量为10 μg/mL。尿素10 μg/mL标准溶液数学模型： μg/mL，U2rel（C）=U2rel（W）+U2rel（P）+U2rel（V1）+U2rel（V2）+U2rel（V3）。

回归曲线方法，采取最小二乘法对曲线计算进行校准，标准回归方程格式为：Y=bX+a，已知Y值对X值的回归直线，计算出被测量的X值的数学模型作为：X=（Y-a）/b，计算方差公式为：U2rel（Xx）=U2rel（1）+U2rel（2）+U2rel（3）+U2rel（4）+U2rel（5）+U2rel（C）。

1.2.2 不确定度的分量与计算方法 称量过程引入不确定度Urel（W），电子天平检测检定证书所标注的允差值U为4 mg，以电子天平称取尿素W=0.1000 g，称取2次，据此天平称取试验尿素过程中的相对不确定度为：Urel（W）=[2×（4/）2]÷100=3.27×10-2；尿素的纯度不确定度Urel（P），依据GBW-09201国际标准物研究中心出具的证书，尿素标准物的不确定度为2%，根据均匀分布的原则换算，则相对标准值的不确定度为Urel（P）=0.02÷=1.15×10-2；1000 mL容量瓶引入不确定度Urel（V1），A级的1000 mL容量瓶最大的允差值为0.40 mL，所以不确定度为U（V1.1）=0.40÷=0.23 mL，采取称量法将容量瓶注满共计10次后进行称量，A类体积的重复不确定度：U（V1.2）=0.10 mL，在室温为（20±3）℃的条件下，H2O的膨胀系数为2.1×10-4 ℃，依据均匀分布的原则不确定度U（V1.3）=1000×3×2.1×10-4÷=0.36 m，1 L容量瓶引入过程的不确定度Urel（V1）为0.44×10-3。100 mL容量瓶引入的不确定度Urel（V2）与Urel（V1）类似，100 mL的A级容量瓶最大允差值为0.10 mL，Urel（V2.1）=0.06 mL，Urel（V2.2）=0.07 mL，Urel（V2.3）=0.04 mL，所以Urel（V2）=0.73×10-3；10 mL移液管引入的不确定度Urel（V3），与Urel（V1）类似，10 mL移液管的允差值为±0.01 mL，Urel（V3.1）=0.006 mL，Urel（V3.2）=0.007 mL，Urel（V3.3）=0.004 mL，因此Urel（V3）=0.95×10-3；根据上述数据与方差计算的公式计算，尿素的标准溶液相对不确定度为：

U2rel（C）=（0.0327）2+（0.115）2+（0.00044）2+（0.00073）2+（0.00095）2=12.03×10-4

Urel（C）=3.47×10-2

2 结果

2.1 分光光度法测定结果 使用分光光度法分别检测一系列的尿素标准溶液，结果详见表1。

表1 尿素系列标准溶液测定结果明细表

尿素浓度（μg） 吸光度（y）

1次 2次 3次 4次 5次 6次 X

0.00 0.005 0.001 0.002 0.004 0.002 0.003 0.003

1.00 0.037 0.035 0.039 0.036 0.042 0.031 0.037

3.00 0.083 0.095 0.073 0.083 0.067 0.079 0.080

5.00 0.119 0.134 0.105 0.126 0.127 0.134 0.124

7.00 0.156 0.199 0.168 0.166 0.153 0.174 0.165

10.00 0.237 0.272 0.225 0.243 0.236 0.248 0.241

15.00 0.369 0.394 0.337 0.374 0.325 0.384 0.363

2.2 标准差计算结果 根据表1数据与线性方程公式y=bx+a行线性拟合计算，结果为y=0.0247x+0.0081，r=0.9995；标准差见表2。

表2 回归方程标准差计算结果明细表

尿素浓度（μg） x s x±s （x±s）2

0.00 0.003 0.001 0.002 4×10-5

1.00 0.036 0.003 0.033 1.09×10-5

3.00 0.080 0.009 0.071 5.04×10-5

5.00 0.124 0.011 0.113 1.28×10-5

7.00 0.168 0.016 0.152 2.31×10-5

10.00 0.244 0.016 0.228 5.2×10-5

15.00 0.363 0.027 0.336 1.13×10-5

∑（x-s）2=20.05×10-5

标准系列计算均数：x=5.86 μg，n=7，标准差s=5.31 μg

标准溶液的偏差平方和为：

∑（xi-x）2= Si2（7-1）2=5.312×6=169.1766 μg。

根据试验方法对一个样品进行两次测量，A1（吸光度）为0.185，A2（吸光度）为0.183，以直线方程计算x1=7.57 μg，x2=7.38 μg，xx=7.46 μg。

2.3 极差系数结果 Urel（2）平行试验A类不确定度计算，测量2次，极差系统C=1.13，。

2.4 分光光度法不确定度计算结果 回收12个样品加以标记，平均回收率为91.75%，因此 。

2.5 分光光度法计数分辨率不确定度计算结果 分光光度法计读数分辨率为0.001%，均匀分布下不确定度： 。

2.6 移液管不确定度计算结果 取样10 mL与标准溶液相同，Urel（5）=0.95×10-3。

2.7 合成相对标准不确定度计算

U2rel（Xx）=0.0292+0.0162+0.0482+（3.12×10-3）2+（0.95×10-3）2+（3.47×10-2）2=4.6×10-3，Urel（Xx）=6.79×10-2。

2.8 相对不确定度扩展计算 Urel=K Urel（Xx），K取值为2，则计算结果为：Urel=2×6.79×10-2

=13.58×10-2；因此相对不确定度扩展计算结果为U=Urel×Xx=13.58×10-2×7.46=1.01 μg；取样10 mL时，游泳池水中的平均尿素浓度为（0.746±0.101）mg/L。

2.9 不确定度计算结果统计 各项不确定度计算结果见表3。

表3 各项不确定度计算结果明细表

项目 不确定度结果

分光光度法不确定度 0.048

分光光度法计数不确定度 3.12×10-3

称管不确定度 0.95×10-3

合成相对标准不确定度 6.79×10-2

相对不确定度扩展 1.01 μg

取样10 mL不确定度 0.101 mg/L

3 讨论

尿素也称碳酰二胺是由氧、碳、氮及氢构成的一种有机化合物[8]。游泳池中的尿素主要来自于人体的分泌物、排泄物[9]。尿素测定是游泳池水质监测的一项重要指标[10]。随着人民生活水平的不断提高，游泳已经成为了人们日常休闲、锻炼、娱乐的一项重要活动，游泳池内的水质优劣直接影响游泳者的身体健康与安全。目前国外在测定水中尿素含量时多采取尿素酶法、硫酸消煮甲醛法、OPA法及二乙酰一肟比色法等[11-13]。二乙酰一肟分光光度法是我国检测游泳池水中尿素的标准方法[14]。二乙酰一肟分光光度法测定游泳池水中尿素含量具有操作简便，灵敏度高及精密度理想的特点，测量结果稳定，不确定度合理[15-16]。本次分析过程与结果表明分光光度法测量结果的不确定度是由多项分量所构成的，各个分量均已考虑到测量的全过程中的相关系统性效应以及随机性效应所导致的检测结果的不确定度。因此可以认为该测定方法可以全面正确的反映出检测结果的全貌及科学准确性，有助于提高实验室对游泳池水质的监控水平。

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（收稿日期：2014-11-20） （本文编辑：陈丹云）