黃林艷，趙彥輝，田中男，楊 剛，劉海萍，魯炳聞，房麗萍，趙亞嫻

1.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境發(fā)展中心環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所，北京 100029 2.國家環(huán)境保護污染物計量和標(biāo)準(zhǔn)樣品研究重點實驗室，北京 100029

多氯聯(lián)苯(Polychlorinated Biphenyls，PCBs)因具有良好的電絕緣性、熱穩(wěn)定性和阻燃性，在20世紀(jì)被廣泛用作變壓器、電容器等的絕緣流體，以及油漆、潤滑油等的添加劑[1-2]。雖然目前世界上大多數(shù)國家和地區(qū)已停止生產(chǎn)和使用PCBs，但因具有難降解性、遠距離遷移性、生物蓄積性等特點，PCBs在環(huán)境各介質(zhì)中仍廣泛存在[1,3-6]。另外，由于具有高毒性、持久性等特性，PCBs已被列入《關(guān)于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》中的首批優(yōu)先控制污染物名單[2]。作為締約方之一，我國也加大了對PCBs等持久性有機污染物的管控和監(jiān)測力度。根據(jù)氯取代數(shù)量和位置的不同，PCBs共有209種同類物，其中，2,4,4′-三氯聯(lián)苯(PCB 28)、2,2′,5,5′-四氯聯(lián)苯(PCB 52)、2,2′,4,5,5′-五氯聯(lián)苯(PCB 101)、2,3′,4,4′,5-五氯聯(lián)苯(PCB 118)、2,2′,3,4,4′,5′-六氯聯(lián)苯(PCB 138)、2,2′,4,4′,5,5′-六氯聯(lián)苯(PCB 153)和2,2′,3,4,4′,5,5′-七氯聯(lián)苯(PCB 180)這7種PCBs為環(huán)境中常見且含量相對較高的指示性PCBs，也是受到環(huán)境監(jiān)測和科研人員廣泛關(guān)注與研究的一類PCBs[1]。

標(biāo)準(zhǔn)樣品作為一種測量標(biāo)準(zhǔn)，在污染物分析檢測過程中發(fā)揮著重要的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制作用，用以保證污染物分析結(jié)果準(zhǔn)確、可比[7-9]。標(biāo)準(zhǔn)樣品量值的準(zhǔn)確性和溯源性是其作為標(biāo)準(zhǔn)量具的重要特性之一。因此，準(zhǔn)確并全面分析與評估標(biāo)準(zhǔn)樣品的量值不確定度至關(guān)重要。溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品的量值不確定度主要來源于樣品配制、樣品均勻性、樣品在有效期內(nèi)的長期穩(wěn)定性等方面，其中，樣品配制引入的不確定度涉及純品純度、稱量質(zhì)量、定容體積等方面[10-11]。

本研究研制了異辛烷中7種指示性PCBs混合標(biāo)準(zhǔn)樣品，全面分析了該混合標(biāo)準(zhǔn)樣品的量值不確定度來源，并評估了各分量的大小，以期為我國PCBs相關(guān)國際履約監(jiān)測和新污染物監(jiān)測提供有效支撐。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

精密電子天平(瑞士Mettler-Toledo，XP205)，量程為0～220 g，精度為0.01 mg；氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國Agilent，7890B-5975 MSD)；氣相色譜儀(美國Agilent，6890B)；庫侖法卡爾費休水分測定儀(瑞士萬通，831)；電感耦合等離子體-質(zhì)譜儀(美國Thermo Fisher，iCAP Qc)。以上儀器設(shè)備及玻璃量器均經(jīng)國家計量部門檢定合格并在有效期限內(nèi)。

PCB 28純品，證書純度為(100.0±2.5)%；PCB 52純品，證書純度為(99.4±2.5)%；PCB 101純品，證書純度為(99.0±2.5)%；PCB 118純品，證書純度為(99.3.0±2.5)%；PCB 138純品，證書純度為(100.0±2.5)%；PCB 153純品，證書純度為(99.9±2.5)%；PCB 180純品，證書純度為(99.0±2.5)%。以上純品均來自美國Accustandard公司。異辛烷、甲苯(美國J.T.Baker，農(nóng)殘級)；甲醇(美國J.T.Baker，HPLC級)；異辛烷中7種指示性PCBs混合溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品(美國Chem Service，100 μg/mL)；異辛烷中PCB 114溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品(生態(tài)環(huán)境部環(huán)境發(fā)展中心環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所，100 μg/mL，GSB 07-3664-2019)。

1.2 純品雜質(zhì)測定方法

1.2.1 結(jié)構(gòu)相似雜質(zhì)

分別采用氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)和氣相色譜-氫火焰檢測器法(GC-FID)對PCBs純品中的結(jié)構(gòu)相似雜質(zhì)進行分析。通過對色譜柱型號、進樣口溫度和升溫速率等條件進行優(yōu)化，最終確定的GC-MS條件如下：色譜柱型號為DB-XLB(60 m×250 μm×0.25 μm)；柱溫為80 ℃保持1 min，以25 ℃/min升至220 ℃，再以2 ℃/min升至280 ℃，保持3 min；進樣口溫度為260 ℃；傳輸線溫度為280 ℃；分流進樣，分流比為10∶1；柱流速為1 mL/min；進樣體積為1 μL；采集模式為SCAN。

優(yōu)化后的GC-FID條件如下：色譜柱型號為DB-XLB(60 m×250 μm×0.25 μm)；柱溫為80 ℃保持1 min，以25 ℃/min升至220 ℃，再以2 ℃/min升至280 ℃，保持10 min；進樣口溫度為280 ℃；檢測器溫度為300 ℃；進樣模式為不分流進樣；進樣體積為1 μL；載氣流量為1.0 mL/min；氫氣流量為30 mL/min；空氣流量為400 mL/min。

1.2.2 水分

采用卡爾費休法測定PCBs純品的含水率。稱取7種指示性PCBs純品各20 mg，分別溶于約1.3 g甲苯中，制成甲苯溶液，平行測定6次，同時測定甲苯的含水率。

1.2.3 無機元素

稱取7種PCBs純品各5 mg，分別溶于5 mL丙酮-甲醇(體積比1∶9)中，制備成1 mg/mL的PCBs溶液，直接進電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)進行檢測，每個樣品平行測定2次。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)樣品制備方法

異辛烷中7種指示性PCBs混合標(biāo)準(zhǔn)樣品采用稱量-容量法制備。根據(jù)擬配制標(biāo)準(zhǔn)樣品濃度、純品純度和配制量等，計算出所需7種指示性PCBs純品的質(zhì)量。在(20±1) ℃的超凈間內(nèi)準(zhǔn)確稱量7種指示性PCBs純品(PCB 28，50.6 mg；PCB 52，50.5 mg；PCB 101，50.4 mg；PCB 118，50.9 mg；PCB 138，50.1 mg；PCB 153，50.0 mg；PCB 180，50.5 mg)，置于燒杯中，用異辛烷溶解并完全轉(zhuǎn)移至1 000 mL容量瓶中，恒溫后準(zhǔn)確定容，定容后的最終濃度為50.00 μg/mL。將樣品充分搖勻后，使用自動灌封設(shè)備進行分裝，并分成兩部分，分別放置于室溫和4 ℃冷藏條件下保存。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)樣品分析方法

采用GC-MS方法研究標(biāo)準(zhǔn)樣品的均勻性和穩(wěn)定性。優(yōu)化后的GC-MS條件如下：色譜柱型號為HP-5 MS(30 m×250 μm×0.25 μm)；柱溫為120 ℃保持1 min，以20 ℃/min升至180 ℃，再以5 ℃/min升至280 ℃；進樣口溫度為270 ℃；傳輸線溫度為280 ℃；分流進樣，分流比為10∶1；柱流速為1 mL/min；進樣體積為1 μL；采集模式為SIM。

2 結(jié)果與討論

2.1 配制不確定度

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)樣品配制濃度計算公式，標(biāo)準(zhǔn)樣品配制不確定度主要由純品純度不確定度、稱量質(zhì)量不確定度及定容體積不確定度3部分組成。

2.1.1 純品純度及其不確定度

2.1.1.1 純度測定

為了使PCBs中的結(jié)構(gòu)相似雜質(zhì)得到完全分離，提高純度分析的準(zhǔn)確度，對GC-MS和GC-FID方法中的色譜柱型號、升溫程序、進樣口溫度等條件進行優(yōu)化，優(yōu)化后的儀器條件見1.2.1節(jié)。

將PCB 28、PCB 52、PCB 101、PCB 118、PCB 138、PCB 153和PCB 180純品分別配制成濃度為50 μg/mL的異辛烷溶液，采用優(yōu)化后的GC-MS方法進行分析。通過質(zhì)荷比分析和NIST譜庫檢索發(fā)現(xiàn)，7種指示性PCBs純品中的主要雜質(zhì)均為具有相同或相近氯取代數(shù)的PCBs或結(jié)構(gòu)類似物[12]。根據(jù)峰面積歸一化法計算各PCBs純品的純度值，結(jié)果如表1所示，PCB 28、PCB 52、PCB 101、PCB 118、PCB 138、PCB 153、PCB 180純品純度分別為99.56%、99.55%、99.51%、98.63%、100.0%、100.0%、99.36%。

表1 采用GC-MS法測定PCBs純品純度結(jié)果Table 1 Results of PCBs purities determined by GC-MS %

將7種指示性PCBs純品分別配制成1 000 μg/mL的異辛烷溶液，采用優(yōu)化后的GC-FID方法進行測定，通過峰面積歸一化法計算PCBs純品純度，結(jié)果見表2。從表2可知，采用GC-FID法測定得到的PCB 28、PCB 52、PCB 101、PCB 118、PCB 138、PCB 153、PCB 180純品純度分別為98.21%、98.34%、98.77%、97.84%、99.49%、99.84%、98.65%。

表2 采用GC-FID法測定PCBs純品純度結(jié)果Table 2 Results of PCBs purities determined by GC-FID %

采用卡爾費休法測定PCBs純品含水率，PCBs溶液含水率和甲苯溶劑含水率測定結(jié)果見表3。從表3可知，7種PCBs溶液含水率和甲苯溶劑含水率無顯著差異，表明7種指示性PCBs純品的含水率均可忽略不計。

采用ICP-MS法分析純品中的無機雜質(zhì)，共測定了30種無機元素的含量(Li、B、Na、Mg、Al、K、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、As、Se、Sr、Zr、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Ba、W、Au、Pb)。方法檢出限取空白樣品的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差。經(jīng)計算，PCB 28、PCB 52、PCB 101、PCB 118、PCB 138、PCB 153、PCB 180純品中的無機元素含量(質(zhì)量分數(shù)，下同)分別為6.05×10-6、6.03×10-6、6.03×10-6、6.03×10-6、6.16×10-6、6.03×10-6、6.63×10-6。

表3 PCBs純品含水率測定結(jié)果Table 3 Results of water contents of PCBs %

采用質(zhì)量平衡法計算純度值[13-16]，即：PCBs純品純度值為采用GC-MS法和GC-FID法測量所得色譜純度平均值，扣除水分、無機元素含量后的結(jié)果。計算公式為

(1)

式中：PPCBs為PCBs純品純度值，%；PGC-MS為采用GC-MS方法測定的PCBs純品純度值，%；PGC-FID為采用GC-FID方法測定的PCBs純品純度值，%；C水為PCBs純品的水分含量；C無機為PCBs純品的無機元素含量。

采用質(zhì)量平衡法計算得到的PCBs純品純度結(jié)果見表4。

表4 PCBs純品純度值及其不確定度Table 4 Results of purities and their uncertainties of PCBs %

計算結(jié)果顯示，PCB 28、PCB 52、PCB 101、PCB 118、PCB 138、PCB 153、PCB 180的純度測定值分別為(98.89±0.93)%、(98.95±0.86)%、(99.14±0.66)%、(98.24±1.30)%、(99.75±0.26)%、(99.92±0.08)%、(99.01±0.75)%。

2.1.1.2 純度不確定度

采用GC-MS和GC-FID方法測量色譜純度引入的不確定度(分別為uGC-MS和uGC-FID)，主要包含測量重復(fù)性引入的不確定度(u1)、各組分響應(yīng)差異引入的不確定度(u2)和儀器測量線性引入的不確定度(u3)等分量，即：

(2)

(3)

測量重復(fù)性引入的不確定度用多次重復(fù)測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，即u1=RSD，見表1和表2。由于7種PCBs純品中的主要雜質(zhì)為氯數(shù)相同或相鄰1～2個的PCBs同類物，各組分響應(yīng)差異對色譜純度測量造成的誤差為結(jié)構(gòu)相似雜質(zhì)含量的50%，即u2=50%×結(jié)構(gòu)相似雜質(zhì)的含量。由于樣品進樣量在GC-MS和GC-FID的檢測線性范圍內(nèi)，儀器測量線性引入的不確定度可忽略不計，即u3=0。綜上所述，PCB 28、PCB 52、PCB 101、PCB 118、PCB 138、PCB 153、PCB 180純品的uGC-MS分別為0.22%、0.22%、0.24%、0.68%、0.00%、0.00%、0.32%，uGC-FID分別為0.90%、0.83%、0.62%、1.08%、0.26%、0.08%、0.68%，采用GC-MS和GC-FID方法測量色譜純度的合成不確定度分別為0.93%、0.86%、0.66%、1.28%、0.26%、0.08%、0.75%。

水分測量結(jié)果顯示，含水率均可忽略不計。相對于采用色譜法測量純度引入的不確定度，含水率引入的不確定度可忽略不計，因此，含水率不確定度為0。

總無機元素的含量均小于等于6.63×10-6，與有色譜響應(yīng)的部分雜質(zhì)的含量相差3個數(shù)量級。因此，相對于色譜純度引入的不確定度，總無機元素引入的不確定度可忽略不計，其值取0。

將上述3部分不確定度分量進行合成，則PCB 28、PCB 52、PCB 101、PCB 118、PCB 138、PCB 153、PCB 180純品純度標(biāo)準(zhǔn)值的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為0.93%、0.86%、0.66%、1.30%、0.26%、0.08%、0.75%。

2.1.2 稱量質(zhì)量不確定度

2.1.3 定容體積不確定度

2.1.4 配制不確定度

異辛烷中7種指示性混合標(biāo)準(zhǔn)樣品的配制標(biāo)準(zhǔn)不確定度計算公式為

(4)

式中：uchar為配制標(biāo)準(zhǔn)不確定度，μg/mL；C為配制濃度，μg/mL；uP為純品純度不確定度；P為純品純度；um為純品稱量質(zhì)量不確定度，mg；m為純品稱量質(zhì)量，mg；uV為定容體積不確定度，mL；V為定容體積，mL。

經(jīng)計算，該標(biāo)準(zhǔn)樣品中，PCB 28、PCB 52、PCB 101、PCB 118、PCB 138、PCB 153、PCB 180組分的配制標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為0.013、0.012、0.011、0.016、0.009、0.009、0.012 μg/mL。

2.2 瓶間均勻性不確定度

采用隨機抽樣方法，在樣品灌裝的前、中、后期隨機抽取標(biāo)準(zhǔn)樣品共15支。按照1.4節(jié)優(yōu)化后的分析條件，對每支樣品重復(fù)測定3次，采用單因素方差分析法對檢測結(jié)果進行統(tǒng)計分析[17]。

溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品的瓶間均勻性不確定度分量(ubb)計算公式為

(5)

式中：MS間為樣品間均方；MS內(nèi)為樣品內(nèi)均方；n為測量次數(shù)。

該標(biāo)準(zhǔn)樣品的均勻性統(tǒng)計結(jié)果如表5所示。經(jīng)計算，組分PCB 28、PCB 52、PCB 101、PCB 118、PCB 138、PCB 153、PCB 180的瓶間均勻性不確定度分別為0.15、0.18、0.27、0.22、0.23、0.20、0.18 μg/mL。

表5 標(biāo)準(zhǔn)樣品均勻性統(tǒng)計結(jié)果及其不確定度Table 5 Statistical results and uncertainties of homogeneity of the reference material μg/mL

2.3 長期穩(wěn)定性不確定度

在一定的時間間隔內(nèi)，對異辛烷中7種指示性PCBs混合標(biāo)準(zhǔn)樣品進行長期穩(wěn)定性檢測，檢測時間分別為標(biāo)準(zhǔn)樣品制備完成后的第0、1、3、6、9、12、18個月。每次各隨機抽取3支室溫保存和4 ℃冷藏保存條件下的樣品，每樣平行測定3次，以3支樣品的測定平均值作為穩(wěn)定性檢測的檢驗數(shù)據(jù)，結(jié)果見圖1。根據(jù)穩(wěn)定性檢驗方法[17]，在穩(wěn)定性檢測數(shù)據(jù)顯示標(biāo)準(zhǔn)樣品的特性沒有發(fā)生顯著變化時，假定特性量值(Y)與保存時間(X)之間存在線性關(guān)系，即Y=b1X+b0。當(dāng)|b1|小于t(α,n-2)×sb1時，樣品穩(wěn)定。其中，sb1為斜率不確定度，t(α,n-2)為查表值。由表6可知，在室溫和4 ℃冷藏兩種保存條件下，該標(biāo)準(zhǔn)樣品在18個月的保存期內(nèi)均呈穩(wěn)定狀態(tài)。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)樣品在4 ℃冷藏和室溫保存條件下的長期穩(wěn)定性Fig.1 Long-term stability of the reference materialunder 4 ℃ and room temperature

表6 標(biāo)準(zhǔn)樣品穩(wěn)定性統(tǒng)計結(jié)果及其不確定度Table 6 Statistical results and uncertainties of stability of the reference materialμg/mL

長期穩(wěn)定性不確定度分量(ults)的計算公式為

ults=sb1×t

(6)

式中：t為穩(wěn)定性考察時長，月。

本研究采用室溫保存條件下的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)計算樣品長期穩(wěn)定性不確定度，結(jié)果如表6所示。該標(biāo)準(zhǔn)樣品中，組分PCB 28、PCB 52、PCB 101、PCB 118、PCB 138、PCB 153、PCB 180的長期穩(wěn)定性不確定度分別為0.59、0.71、0.52、0.53、0.82、0.47、0.32 μg/mL。

2.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

溶液標(biāo)準(zhǔn)樣品的量值不確定度(uCRM)主要由配制不確定度(uchar)、瓶間均勻性不確定度(ubb)和長期穩(wěn)定性不確定度(ults)等分量組成，即：

(7)

經(jīng)合成，異辛烷中7種指示性PCBs混合標(biāo)準(zhǔn)樣品中，PCB 28、PCB 52、PCB 101、PCB 118、PCB 138、PCB 153、PCB 180的量值合成擴展不確定度(UCRM)(95%置信概率下，k=2)分別為1.2、1.5、1.2、1.1、1.7、1.0、0.7 μg/mL，具體見表7。

表7 標(biāo)準(zhǔn)樣品量值不確定度Table 7 Uncertainties of the certified values of the reference material μg/mL

3 結(jié)論

本研究通過全面分析7種指示性PCBs純品中的結(jié)構(gòu)相似有機物、水分和無機物等雜質(zhì)的含量，采用質(zhì)量平衡法對純品純度進行了定值，并評估了其不確定度。采用稱量-容量法制備了濃度為50.0 μg/mL的異辛烷中7種指示性PCBs混合標(biāo)準(zhǔn)樣品，并對標(biāo)準(zhǔn)樣品的均勻性和長期穩(wěn)定性進行了研究，全面評估了配制不確定度分量、均勻性不確定度分量和長期穩(wěn)定性不確定度分量等量值不確定度的大小，最終合成的該標(biāo)準(zhǔn)樣品中7種指示性PCBs組分的量值擴展不確定度為0.7～1.7 μg/mL。該標(biāo)準(zhǔn)樣品可為PCBs相關(guān)分析檢測提供準(zhǔn)確、可靠的實物標(biāo)準(zhǔn)，為我國PCBs相關(guān)監(jiān)測與管理提供技術(shù)保障。