石油类物质是我国近海的主要污染物之一，沿海的陆源污染、船舶和油田污染、海底局部自然溢油是海域污染的主要原因^[1]。石油类对海洋环境以及海洋生物的生长、人类健康均产生影响，因此对海水石油类的监测具有重要意义。海洋中石油烃的测定影响因素很多，具有很多不确定的影响因素，如采样体积、酸化固定的体积影响、标准物质的配置、标注曲线的制作、仪器测定等。任松等对东海近海水质油类的测定进行了不确定度探讨，认为东海近海水质油类测定中的不确定度主要由海上现场特殊性随机因素贡献^[2]。

本实验采用紫外分光光度对海水中石油类含量进行测定，对测定结果进行不确定度的分析评估，以便进一步优化测定方法，提高测定数据的准确性。

1   材料与方法

1.1   主要仪器和试剂

紫外分光光度仪 (北京普析通用T6型，配置1 cm比色池)。

海洋环境监测石油成分分析标准物质 (国家海洋环境监测中心；标准值为 (1000±22) mg/L，标准证书号：国制标物10000759号。

正己烷，优级纯，天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.2   标准曲线的绘制

分别准确移取0，0.05，0.1，0.2，0.3，0.4 mL石油标准溶液置于10 mL容量瓶中，加正己烷稀释至刻度，混匀，于波长为225 nm处，以正己烷作参比，测定吸光值，已浓度为横坐标，吸光值为纵坐标，绘制标准曲线。

1.3   样品的测定

样品的测定过程参照海洋监测技术规范GB17378.4-2007^[3]中13.2.5.2样品的测定进行。将经5 mL硫酸溶液酸化的水样约500 mL全量转入800 mL锥形分液漏斗中，加10.0 mL正己烷于分液漏斗中，振荡2 min，静置分层。将下层水样放入原水样瓶中。用滤纸卷吸干锥形分液漏斗管颈内水分，正己烷萃取液放入20 mL带刻度比色管中；振荡水样瓶，将萃取过的水样倒回原分液漏斗，加10.0 mL正己烷重复萃取一次。将下层水样放入1000 mL量筒中，测量萃取后的水样体积。萃取液合并于上述带刻度比色管中，用正己烷定容至标线。测量水样体积，减去硫酸溶液用量得水样实际体积V₂。将萃取液移入1 cm石英测定池中，于波长225 nm处，以正己烷作参比，测定吸光值。

1.2   不确定度的评定方法

1.2.1   评定方法

通过对实验过程中标准溶液的配置、标准曲线的拟合、样品的测定等过程所产生的A类不确定度和B类不确定度分别进行计算，并求得该方法的扩展不确定度，计算过程按照《测量不确定度评定与表示》(JJF1059.1-2012) 的相关要求进行^[4]。

1.2.2   建立数学模型

建立数学模型首先应明确被测量以及所依赖的输入量之间的关系^[5]。因此，根据被测量与输入量的关系建立数学模型如下：

式中：C_oil为水样中油浓度 (mg/L)；Q 为正己烷萃取液中油浓度 (mg/L)；V₁为正己烷萃取液体积 (mL)；V₂为水样体积 (mL)。

2   结果与讨论

2.1   配制标准溶液引入的相对标准不确定度

2.1.1   标准溶液引入的相对标准不确定度

绘制标准曲线所用的标准溶液购于国家海洋环境监测中心，标准质量浓度为1000 mg/L，给出的最大允许误差为±22 mg/L，按照矩形均匀分布，取，石油类标准溶液的标准不确定度为：

则其相对标准不确定度为：

2.1.2   稀释定容过程引入的相对标准不确定度

标准溶液稀释过程引入的不确定度主要来自使用的移液管、容量瓶等玻璃计量容器因校准和温度所引入的相对不确定度^[5]，可分为两部分：

(1)：经查得10 mL容量瓶的最大允差为±0.020 mL，按照矩形均匀分布，取，其标准不确定度为：

则其相对标准不确定度为：

设定温度波动为±3℃，正己烷的膨胀系数为1.36×10^-3/℃，按照矩形均匀分布，取，温度变化对10 mL容量瓶引入的标准不确定度为：

则其相对标准不确定度为：

故配制标准溶液过程中10 mL容量瓶引入的相对标准不确定度为：

(2)：经查得1 mL刻度移液管的最大允差为±0.008 mL，按照矩形均匀分布，取，其标准不确定度为：

则其相对标准不确定度为：

设定温度波动为±3℃，正己烷的膨胀系数为1.36×10^-3/℃，按照矩形均匀分布，取，温度变化对1 mL刻度移液管引入的标准不确定度为：

则其相对标准不确定度为：

故配制标准溶液过程中1 mL刻度移液管引入的相对标准不确定度为：

结合2.1.1标准溶液所引入的相对标准不确定度为：

2.2   标准曲线拟合引入的相对标准不确定度

测定5个系列浓度的标准溶液，得出相应的平均峰面积A，用最小二乘法拟合得到直线方程A=0.02187C+0.00588和其相关系数r=0.9998，详见表 1。

表  1  标准溶液参数

Tab.  1  Standard solution parameters

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将标准样品溶液在紫外分光光度计上进行测定，每个浓度系列测定3次，得到其测定浓度C₀，则C₀的标准不确定度为：

式中：b为标准工作曲线斜率b=0.02187；p为待测样品的重复测定次数p=3；S_R为回归曲线的剩余标准偏差。

式中：A_0i为各标准液的实际响应值；a+bC_0i为根据回归曲线算出的理论值；n为回归曲线点的测量次数n=5×3；C为待测样品浓度的平均值，C=25mg/L；C₀为回归曲线各点浓度的平均值。

式中：C_0i为各标准液浓度值，由最小二乘法拟合曲线求得u(C₀)=0.1567mg/L。

故由标准曲线拟合引入的相对标准不确定度为：

2.3   样品前处理过程引入的相对标准不确定度

2.3.1   萃取、吸附所引入的相对标准不确定度

样品前处理过程引入的不确定度主要为前处理过程中萃取、吸附所引入的相对不确定度和所使用的移液管、量筒等玻璃计量容器因校准和温度所引入的相对不确定度^[6]。

在标准海水中加入海洋环境监测石油成分分析标准物质，进行6次测定，得出海水样品在萃取、吸附过程中会产生5.0%的误差率，详见表 2。

表  2  萃取误差率

Tab.  2  The error range of extraction

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按照矩形均匀分布，取，萃取、吸附的相对标准不确定度为：

2.3.2   移液、定容所引入的相对标准不确定度

(1) 经查得10 mL移液管的最大允差为±0.020 mL，按照矩形均匀分布，取，其标准不确定度为：

则其相对标准不确定度为：

设定温度波动为±3℃，正己烷的膨胀系数为1.36×10^-3/℃，按照矩形均匀分布，取，温度变化对10 mL单标移液管引入的标准不确定度为：

则其相对标准不确定度为：

故使用10 mL单标移液管移取正己烷溶液过程中引入的相对标准不确定度为：

(2) 经查得1000 mL量筒的最大允差为±10 mL，按照矩形均匀分布，取，其标准不确定度为：

则其相对标准不确定度为：

设定温度波动为±3℃，水的膨胀系数为2.1×10^-4/℃，按照矩形均匀分布，取，温度变化对1000 mL量筒引入的标准不确定度为：

则其相对标准不确定度为：

故萃取海水样品过程中1000 mL量筒引入的相对标准不确定度为：

结合萃取、吸附、10 mL单标移液管与1000 mL量筒在样品前处理过程中引入的相对标准不确定度为：

2.4   吸光值测定时重复性的相对标准不确定度

将加标后浓度为20 mg/L海水样品进行萃取，在实验条件下进行6次吸光值的重复性测定实验，测定结果分别为20.03 mg/L、19.90 mg/L、19.94 mg/L、19.99 mg/L、20.12 mg/L、19.90 mg/L，根据贝塞尔公式^[7-8]计算得出：

式中：w为重复测定样品的平均浓度值; w_i为各重复测定样品的浓度值；n为重复测定次数。

故实验中重复性的相对标准不确定度为：

2.5   各个不确定度分量的汇总

将上述各不确定度分量汇总如表 3所示。

表  3  各分量的不确定度汇总

Tab.  3  Summary table of the uncertainty of each component

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2.6   合成标准不确定度和扩展不确定度

本次实验合成标准不确定度的计算：

则合成标准不确定度为：

在95%置信水平下，取扩展因子k=2，则本次实验的扩展不确定度U为：

3   结论

本次实验所测海水中石油类浓度的不确定度报告为 (19.98±1.326) mg/L，扩展因子k=2。紫外分光光度法测定海水中石油类浓度的不确定度分析结果表明，其不确定度主要来自于实验中前处理过程的不确定度。在实验过程中，需要进一步提高萃取效率，减少前处理过程所造成的误差，从而保证实验质量，提高实验结果的准确性和有效性。