電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)量結(jié)果 的不確定度評(píng)定

郭小巖 李凡 徐楊 董璐

【摘要】 本文介紹了電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定方法，給出了具體詳細(xì)、完整的評(píng)定過程。

【關(guān)鍵詞】 電感耦合;質(zhì)譜儀;不確定度

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2020.05.009

The Evaluation of Uncertainty in Mearsurement Result of ICP-MS

GUO Xiao-yan1，LI Fan1，XU Yang2，DONG Lu1

（1.Liaoning Provincial Institute of Measurement，Shenyang 110004，China;

2.PetroChina Liaohe Petrochemical Company，Panjin 124000，China）

Abstract： The paper introduces the method of the evaluation of uncertainty in mearsurement result of ICP-MS，gives the detailed and complete process of the evaluation.

Key words： inductive coupling;mass spectrometer;uncertainty

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，英文名稱ICP-MS，是化學(xué)元素分析最常使用的三種儀器設(shè)備之一。它的主要用途是對(duì)各類金屬、非金屬的化學(xué)元素進(jìn)行分析。例如，測(cè)量高純度過氧化氫中的超痕量元素、對(duì)食品進(jìn)行元素分析、測(cè)量半導(dǎo)體中的無機(jī)雜質(zhì)等。由于其檢測(cè)限最低，所以在各類需要對(duì)元素進(jìn)行精密分析的行業(yè)和領(lǐng)域都有著十分廣泛的應(yīng)用。

1 概述

1.1 測(cè)量依據(jù)

測(cè)量依據(jù)JJF 1059-2006進(jìn)行。

1.2 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

使用ICP-MS儀器校準(zhǔn)用溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，具體信息如表1所示。

表1 校準(zhǔn)用溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)信息

[名稱 技術(shù)性能 擴(kuò)展不確定度 元素 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值 ICP-MS儀器校準(zhǔn)用溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) Be 10.0μg/L U=0.6 μg/L，k=2 In 10.0μg/L U=0.6 μg/L，k=2 Bi 10.0μg/L U=0.6 μg/L，k=2 ]

1.3 測(cè)量方法

以1×10-2 mg/L的Be、In、Bi、混合溶液進(jìn)樣，測(cè)量質(zhì)量數(shù)9、115、209處的離子計(jì)數(shù)，積分時(shí)間0.1 s，分別測(cè)量20個(gè)數(shù)據(jù)，取其平均值，分別扣除背景噪聲后，再除以其準(zhǔn)確濃度值，得到各元素的靈敏度。以18 MΩ·cm的高純水進(jìn)樣，測(cè)量質(zhì)量數(shù)9、115、209處的離子計(jì)數(shù)，積分時(shí)間0.1 s，分別測(cè)量11個(gè)數(shù)據(jù)，用測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差SA的3倍除以Be、In、Bi的靈敏度S，結(jié)果為各元素的檢出限。

2 數(shù)學(xué)模型及不確定度傳播率

2.1 數(shù)學(xué)模型

[CL=3SAS]

其中：CL——為元素檢出限;

SA——為測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差;

S——為儀器對(duì)元素的靈敏度。

2.2 不確定度傳播率

[u2cCL=c21u2SA+c22u2S]

2.3 靈敏系數(shù)

[c1=CLSA=3S]，[c2=CLS=-3SAS2]

3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

依據(jù)測(cè)量方法對(duì)被測(cè)儀器進(jìn)行重復(fù)性測(cè)量，各濃度中Be元素的測(cè)量結(jié)果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

3.1 測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度[uSA]

輸入量SA為11次空白溶液中元素測(cè)量列單次測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，則平均值的不確定度可以計(jì)算得到：

[uSA=SAn=0.45 cps]

3.2 儀器對(duì)元素的靈敏度引入的不確定度[uS]

儀器對(duì)元素的靈敏度的計(jì)算公式為：

[S=Ic]

其中：S——儀器對(duì)元素的靈敏度，cps/（μg/L）;

c——標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，μg/L;

I——儀器響應(yīng)強(qiáng)度值，cps。

數(shù)學(xué)模型：

[u2S=c21u2c+c22u2I]

靈敏系數(shù)：

[c1=-Ic2]，[c2=1c]

輸入量S的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要源于兩部分，一是標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度定值引入的不確定度[uC]，二是標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度[uI]。

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度定值引入的不確定度[uC]

由標(biāo)物證書GBW（E）130242可知標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的擴(kuò)展不確定度為0.6 μg/L，k=2，[uC=0.3] μg/L。

3.2.2 測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度[uI]

以1×10-2 mg/L的Be、In、Bi、混合溶液進(jìn)樣，測(cè)量質(zhì)量數(shù)9處的離子計(jì)數(shù)，積分時(shí)間0.1 s，分別測(cè)量11個(gè)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到[uI=71.18 cps]。

S引入的不確定度[uS]可以通過計(jì)算得：

[uS=]82.26 cps/（μg/L）

4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總（表3）

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度[ucCL]

上述各分量彼此互不相關(guān)，用方和根法合成計(jì)算得到：

[ucCL=u2SA+u2S]=0.450 μg/L

6 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

取k=2，U=uc（CL）×2=0.9 ng/L。

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