美国TD-500D便携式测油仪检测和验证的实验方案
美国TD-500D便携式测油仪检测和验证的实验方案
水体中石油类物质含量的测定——紫外荧光光度法检测
TD-500D便携式油份浓度分析仪的使用方法参照美国TURNER DESIGNS公司操作手册
1、实验范围和目的
1．1 实验目的：本实验用来验证TD-500D仪器在较低浓度下的实验准确度和重现性，验证仪器对不同比例浓度的样品是否按比例检出响应值，计算数据间的准确度相对误差和精密度相对标准偏差。
1．2 验证 TD-500D仪器在1000ug/L范围对标称值样品能够准确检出，该仪器能够胜任野外监测和突发性污染事件应急监测的需求。
（地表水一类水质要求石油类浓度为50ug/L，若采取40ml水样于50ml具塞量筒内，使用2ml的正己烷溶剂进行萃取<或者是80ml的水样用4ml的正己烷在100ml的量筒内萃取>，则萃取比是20倍，那么含油为50ug/L的一类水质经过萃取理论上就被浓缩至浓度为1000ug/L的溶液了。）
1．3实验范围：本次实验的油类标准物质应用中国海洋环境监测中心出品的石油成分分析标准物质（GB W（E）080913），认定值及不确定度为：（1000±22）mg/L。
待检测样品浓度点是：1200ug/L，800ug/L，500ug/L，300ug/L
校准仪器的标准样品浓度分别是：1000ug/L和400ug/L。
2、定义：本次实验采用下列定义。
2．1石油类：在方法规定的条件下，用正己烷有机溶剂萃取、溶解，并且在紫外光源激发照射下能产生激发态并且能够被紫外检测器所检测的物质。
3、原理：使用正己烷溶剂稀释并定标从标准油物质里取出的不同体积的标准油物质配制成各个待检测的已知浓度油样品，测定各个确值B的样品的油份含量读数响应值C记录并算出响应值的均值X，计算均值和确值的相对误差A。
相对误差A= (平均值X—确值B) /确值B × 100%
在同一已知浓度样品下，连续测量该样品7次，记录数据并计算该组数据的相对标准偏差RSD，考察仪器的精密度重现性。
RSD%= S / Χ×100%，其中S为标准偏差，X为测量平均值.
4、试剂和材料：
4.1 标准油物质，不确定度为：（1000±22）mg/L
4.2色谱纯正己烷n-hexane（C6H14）：。
4.3 TD-500D仪器专用玻璃测量试管，8mm直径。
5、仪器和设备
5.1仪器：TD-500D便携式双通道油份测定仪，并配有8mm测量试管带试管适配器和测量校准器；
5.2 1ml A级刻度移液管、2ml A级刻度移液管、5ml刻度移液管、5ml大肚移液管。
5.3容量瓶：100ml、50ml、10ml。
5.4广口烧杯：50ml、100ml
5.5滴管（塑料巴氏吸管，定容用）
5.6擦镜纸
7、样品配制
7．1 已知浓度校准用标准油样品的配制
7.1.1使用规格为5ml的大肚移液管准确移取5.0ml浓度为1000mg/L的标准油物质到100ml容量瓶里定标，配得浓度为50000ug/L的标准油母液；
7.1.2使用规格为1ml的刻度移液准确移取1.0ml浓度为50000ug/L的标准油母液到50ml容量瓶里，定标，配得校准用浓度为1000ug/L的校准用标准油；
7.1.3使用规格为1ml的刻度移液管准确移取0.4ml浓度为50000ug/L的标准油样品到50ml容量瓶里，定标，配得校准用浓度为400ug/L的校准用标准油；
7.2已知浓度待检测溶液的配制
7.2.1使用规格为2ml的刻度移液管准确移取1.2ml浓度为50000ug/L的标准油样品到50ml容量瓶里，定标，配得待测浓度为1200ug/L的待测样品；
7.2.2使用规格为1ml的刻度移液管准确移取0.8ml浓度为50000ug/L 的标准油样品到50ml容量瓶里，定标，配得待测浓度为800ug/L的待测样品；
7.2.3使用规格为1ml的刻度移液管准确移取0.5ml浓度为50000ug/L的标准油样品到50ml容量瓶里，定标，配得待测浓度为500ug/L的待测样品；
7.2.4使用规格为1ml的刻度移液管准确移取0.6ml浓度为50000ug/L的标准油样品到100ml容量瓶里，定标，配得待测浓度为300ug/L的待测样品；
8、实验步骤
8.1使用浓度为1000ug/L的标准油样品来校准仪器
8.1.1 在校准仪器之前请选择要使用的测量试管为8mm直径的玻璃小管。
8.1.2 准备一个干净的试管装满纯净的空白溶剂（色谱纯正己烷），并且用擦镜纸将试管外壁 擦拭干净，放在试管架里待用。
8.1.3 同时再准备另一个新的干净的试管装入浓度为1000ug/L的标准溶液，并且用擦镜纸将试管外壁擦拭干净，放在试管架里待用。
8.1.4 如果仪器是关机状态，则按下<ON/OFF>键打开仪器直接进入到倒数读秒开机准备阶段。
8.1.5 选择恰当的分析通道，通道状态会显示在屏幕的左下角，如果通道不正确，则按按键<A/B>来调整到正确的通道（请选通道A）。
8.1.6 按下<CAL>按钮，（显示屏提示按下<ENT>键后开始校准仪器），按下<ENT>按键。
8.1.7 （此时显示屏提示放入空白溶剂），将装有空白溶剂的试管放入仪器测量室里盖上顶盖子，按下<ENT>按键读取空白响应值。
8.1.8 （读取空白完毕后显示屏提示装入标准溶液），此时拿出装有空白溶剂的试管。
8.1.9 将装有浓度为1000ug/L的标准溶液的试管放入仪器测量室里，盖好顶盖。
8.1.10 按下<ENT>按键，读取标准溶液的响应值。
8.1.11 （读取标准溶液完毕后显示屏会提示按下<ENT>键则仪器校准完毕），此时在10秒内按下<ENT>按键以保存校准值，校准完毕。
8.1.12 按下<STD VAL> 键。
（此时来设定萃取倍数。平时实际水样的萃取倍数若是10倍的话，此时的STD值就应该设定为刚才放入的标准溶液1000ug/L的10分之1；若平时水样的萃取比控制在20倍的话，那么STD值的设定就应该为刚才放入的标准溶液1000ug/L的20分之1。这样以后在仪器测定萃取之后的实际水样时，仪器显示屏上显示的就是最终实际水样中的油份含量浓度，而不用再由人工根据萃取比换算出水样品中的油份含量了）。
8.1.13 通过调整<▲> 和<▼>键调整输入数字 1000 作为标准数值（此时默认萃取比为1:1）。长按<▲> 或<▼>键，数值将会自动翻滚。
8.1.14 数值调到1000后按下<ENT>键确定接受标准数值。
这样，仪器在1000ug/L状态下萃取比为 1:1 的校准就完成了。
8.2 测量浓度为1000ug/L的样品的重现性。
8.2.1 将浓度为1000ug/L的样品重新放入已校准好的仪器里，按READ键测量仪器的读数响应值，并记录。
8.2.2 将上述测量以间隔时间1分钟为限重复做出7次测量，记录数据并计算7次测量的相对误差和相对标准偏差RSD。
8.3 分别测量浓度为800ug/L和浓度为1200ug/L的样品的重现性。
按照8.2.2的步骤来分别测量上述两个浓度样品，记录数据并计算。
8.3 验证仪器在较低浓度样品下的测量准确性和重现性，在测完800、1000和1200后，使用浓度为400ug/L的标准油样品来校准仪器 。
8.3.1 按照上述实验步骤第8.1部分的方法使用400ug/L的标准油样品来校准仪器。
8.3.2 在400ug/L的校准状态下测量浓度为400ug/L的样品的重现性。
将浓度为400ug/L的样品重新放入已校准好的仪器里，按READ键测量仪器的读数响应值，并记录。
8.3.3 将上述测量以间隔时间1分钟为限重复做出7次测量，记录数据并计算7次测量的相对误差和相对标准偏差RSD。
8.3.4 分别测量浓度为300ug/L和浓度为500ug/L的样品的重现性来验证仪器在低浓度下的检测状态和检出能力。按照8.2.2的步骤来分别测量上述两个浓度样品，记录数据并计算。
8.4 记录表格一： （1000ug/L校准状态下的数据测量结果）
单位：ug/L
|
检测次数 |
样品浓度 |
相对误差 |
||
|
1200 |
1000 |
800 |
||
|
1 |
1200.0 |
1038.0 |
816.6 |
|
|
2 |
1158.0 |
1017.0 |
833.6 |
|
|
3 |
1284.0 |
1007.0 |
761.8 |
|
|
4 |
1180.0 |
996.0 |
846.1 |
|
|
5 |
1176.0 |
976.0 |
814.6 |
|
|
6 |
1143.0 |
1025.0 |
853.1 |
|
|
7 |
1193.0 |
1011.0 |
824.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
平均值AVE |
1190.6 |
1010 |
821.5 |
|
|
相对误差 |
0.78% |
1.00% |
2.69% |
|
|
标准偏差S |
45.59 |
20.08 |
29.99 |
|
|
相对标准偏差 RSD% |
3.83% |
1.99% |
3.65% |
|
8.5 记录表格二：（400ug/L校准状态下的数据测量结果）
单位：ug/L
|
检测次数 |
样品浓度 |
相对误差 |
||
|
500 |
400 |
300 |
||
|
1 |
498.5 |
387.5 |
313.8 |
|
|
2 |
522.4 |
402.5 |
305.9 |
|
|
3 |
489.8 |
393.2 |
287.7 |
|
|
4 |
542.8 |
427.9 |
308.6 |
|
|
5 |
512.9 |
395.9 |
278.6 |
|
|
6 |
511.8 |
411.1 |
293.8 |
|
|
7 |
520.3 |
400.2 |
304.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
平均值AVE |
514.1 |
402.6 |
298.9 |
|
|
相对误差 |
2.82% |
0.65% |
0.37% |
|
|
标准偏差S |
17.18 |
13.41 |
12.65 |
|
|
相对标准偏差 RSD% |
3.34% |
3.33% |
4.23% |
|
9、附加验证实验：
9.1、为验证仪器在极低浓度下的检出能力，我们自300ug/L的标准溶液里用5ml的刻度移液管采取5ml溶液移入10ml洁净容量瓶A内，使用空白正己烷定标A号容量瓶，此时A瓶内溶液浓度应为150ug/L。
使用300ug/L的标准溶液来校准仪器，校准完后放入150ug/L的A瓶溶液来测量其响应值，观察响应值读数情况，并记录和计算。
9.2、我们自300ug/L的标准溶液里采取2.5ml溶液移入10ml洁净容量瓶B内，使用空白正己烷定标B号容量瓶，此时B瓶内溶液浓度应为75ug/L。
使用150ug/L的标准溶液来校准仪器，校准完后放入75ug/L的B瓶溶液来测量其响应值，观察响应值读数情况，并记录和计算。
9.3、比较实际测出的A管平均响应值和B管测得的平均响应值，考察数值间是否具有倍数关系或与300ug/L的响应值之间是否存在一定的线性关系。
9.4、使用浓度为1000ug/L的标准油溶液，分别加入5支洁净的玻璃测量试管内待测。依次分别测量这5支不同的试管内溶液的响应值，记录数据，比较不同玻璃试管间响应值的相对误差和相对标准偏差，考察不同个体的玻璃小试管之间可能带来的随机误差。
记录表格三、
（使用300ug/L校准仪器后测150ug/L； 使用150ug/L校准仪器后测75ug/L的数据测量结果）
单位：ug/L
|
检测次数 |
样品浓度 |
绝对误差 |
||
|
300 |
150 |
75 |
||
|
1 |
|
146.5 |
80.5 |
|
|
2 |
|
140.6 |
89.7 |
|
|
3 |
|
158.0 |
68.0 |
|
|
4 |
|
168.4 |
53.5 |
|
|
5 |
|
155.7 |
49.6 |
|
|
6 |
|
157.9 |
72.9 |
|
|
7 |
|
135.6 |
69.2 |
|
|
8 |
|
134.8 |
56.4 |
|
|
9 |
|
144.3 |
87.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
平均值AVE |
|
149.1 |
69.7 |
|
|
相对误差 |
|
0.6% |
7.07% |
|
|
标准偏差S |
|
11.52 |
13.68 |
|
|
相对标准偏差RSD% |
|
7.73% |
19.63% |
|
记录表格四、
使用不同的5支试管测试相同的1000ug/L标准油溶液的平行实验：
浓度：1000ug/L
|
检测次数 |
1号管 |
2号管 |
3号管 |
4号管 |
5号管 |
|
1 |
1026.0 |
1041 |
1008 |
970.3 |
1031.0 |
|
2 |
993.4 |
1032 |
1046 |
947.8 |
1064.0 |
|
3 |
997.7 |
1018 |
1060 |
973.6 |
1014.0 |
|
4 |
1027.0 |
1056 |
1042 |
951.8 |
1022.0 |
|
5 |
1033.0 |
1053 |
1039 |
972.1 |
1047.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
平均值AVE |
1015.4 |
1040.0 |
1039.0 |
963.1 |
1035.6 |
|
相对误差 |
1.54% |
4.00% |
3.90% |
3.69% |
3.56% |
|
标准偏差S |
18.40 |
15.60 |
19. 10 |
12.30 |
20.06 |
|
相对标准偏差 RSD% |
1.81% |
1.50% |
1.84% |
1.28% |
1.94% |
10、固定校准器的设定。
若以上实验基本符合要求，则根据需要将配套提供的固定校准器CheckPOINT™调整到1000ug/L或500ug/L的浓度点上，以替代配制的液体标准溶液，在外出工作时充当1000ug/L或500ug/L的标准溶液来使用，从而避免每次校准仪器都要重新配置液态标准溶液。
11、以上平行测定数据的平均值的汇总表： 单位：ug/L
|
项目 |
1200 |
1000 |
800 |
500 |
400 |
300 |
150 |
75 |
0 |
|
平均值 |
1190.6 |
1010.0 |
821.5 |
514.1 |
402.6 |
298.9 |
149.1 |
69.7 |
0.0 |
使用以上数据试着做出线性回归方程一：
线性相关系数R值为；SQRT (0.9995)= 0.99975
12、可靠线性范围内的线性关系。
观察记录表格三，我们看出150ppb和75ppb这两组数据的相对误差和相对标准偏差RSD值相对其它数据点来说比较大，因此，如果将75、150这2个点去掉，获得以下线性回归方程二：
线性相关系数R值为：SQRT (0.999)= 0.9995
13、实验数据分析。
13.1 在仪器经过1000ppb和400ppb两次校准后我们分别测定了1200～300ppb之间的6组不同数据，从数据的相对误差来说有4组数据的相对误差值小于＜1.0%，有2组数据＜3.0%，说明实验数据的准确度相对较准确，其精度满足小于＜5.0%的要求；
13.2 从相对标准偏差RSD值来看，6组数据中有4组数值在3%～4%，6组数据的均值为：
（3.83%+1.99%+3.65%+3.34%+3.33%+4.23%）/6 = 3.40%，表明实验数据的精密度重现性尚可。
13.3从附加实验的数据来看，其数据的相对误差和相对标准偏差都比较大了，其中150ppb的相对误差是0.6%反映其检测准确度还可保证，但是75ppb的误差就达到了7.07%，几乎已经失去了准确度。两组数据的RSD值都超过了5%，仪器的精密度也已没法确保了。
（观察仪器在校准时读取空白正己烷的数值是4.0～4.1之间，而同样条件在读取75ppb的溶液时数值是4.3～4.4之间，从仪器的检测器读数中可观察判断，当被测浓度小于＜75ppb时，检测器的读数分辨能力已经不足了，由此判断该仪器的检出限大概在75ppb～100ppb之间）。
实验数据表明仪器在极低浓度下它的可靠检测范围应该是大于＞150ppb的，当被测物质含油量小于150ppb时检测数据的误差就可能增大了。
13.4一般条件下，仪器的可靠检测低点为300ppb时，如果我们平时工作中在监测非污染类水样（饮用水水源地水样）时，萃取比控制在20倍（使用2ml的正己烷来萃取40ml的水样），则由此换算成可检测的水中油份含量浓度应该为：300ppb/20= 15ppb（0.015mg/L）。同样，若萃取比是10倍的话（使用3ml的正己烷来萃取30ml的水样），则水中油份浓度含量应该为：300ppb/10= 30ppb（0.03mg/L），这基本上也能满足一类水质石油类含量不大于0.05mg/L的要求。
13.5 考察使用5支不同的玻璃小管来测试同样的1000ppb浓度的样品的数据。
从数据反映来看其5组数据的相对误差不太理想，最小相对误差是1.54%，最大相对误差是4.0%，这说明了不同个体的玻璃小管之间是存在细微的差别的，有可能对实验的准确度引入误差，这是由玻璃小管的加工生产差异引入的。
但同时，该5组数据的相对标准偏差RSD都同时小于＜2.0%，这又反映了在同一条件下仪器的精密度（重现性）还是可以得到保证的。
13.6 由此，在不考虑被动随机引入外部器件的偶然误差和操作系统误差的条件下，在测定范围不小于150ppb的情况下仪器总体来说还是稳定和相对准确的。
13.7 此次实验得到了一条回归方程，该方程大概可以作为以后检测时的参考工作曲线，在监测条件要求较高的情况下由线性回归而得到相对准确的测定值。
14、本次实验的条件控制
14.1以上所有实验尽可能确保实验器具的洁净，移液管和容量瓶在使用前都用空白正己烷清洗4遍，移液管再用待移取溶液润洗1-2次。玻璃测量小管在每次加装溶液后都必须用擦镜纸将小管外表壁擦拭干净；
14.2 每个数据的测定大概都以时间间隔1分钟多一点后再按下 READ键来读数；
14.3 本次实验实行梯度校准，尽量使校准值涵盖而不远离被测值，这样在低浓度范围里能保持仪器的分辨能力。
14.4 本次实验数据的计算采用Excel的相关函数计算处理，一组数据的算术平均值采用的函数是：AVERAGE（Xn:Xm）；标准偏差S值采用的函数是STDVE（Xn:Xm）; 线性相关系数R值采用的函数是R= SQRT(R2)。
15、其他
15.1、需要注意的是本实验方案是验证仪器目的，因此在校准仪器时我们设定STD值得时候采取的都是1：1的萃取倍数，目的是读数方便，使我们一目了然的看到实测值和真值之间的差距。
而在实际工作应用中，我们都是需要事先萃取水样的，这样的话水样的萃取比就是实际校准时我们设定STD值的比例。
例如：我们采来40ml水样，使用2ml的正己烷去萃取的话，这时的萃取比就是40/2=20倍。
那么我们实际校准仪器时若使用40mg/L浓度的标准溶液去校准仪器时，做到需要设定STD值时我们应该在仪器上输入STD值为：40/20=2。（STD值是校准的标准溶液/除以萃取倍数）
这样的好处在于，以后做样品的时候，仪器上显示的测量值就是实际水样品中的含油浓度的值，而不需要人工来换算一下萃取倍数从而还原萃取之前水样的浓度了。
15.2、另外，仪器显示的浓度单位，如果您设置STD时使用的数值是ug/L（ppb）的单位的话，仪器以后显示的单位就是ug/L（ppb），反之，您设置STD时使用的是mg/L（ppm）时，以后显示的值得单位就是mg/L（ppm）了。
例如： 40mg/L=40000ug/L，如果您设置STD时，按照20倍萃取比来计算的话，
40000ug/L÷20=2000，这时您若输入STD数值是2000，并按<ENT>键确定话，仪器以后使用时屏幕上显示的数值的单位就是ug/L或ppb。
同理，40mg/L=40000ug/L，如果您设置STD时，按照20倍萃取比来计算的话，
40mg/L÷20=2，这时您若输入STD数值是2，并按<ENT>键确定话，仪器以后使用时屏幕上显示的数值的单位就是mg/L或ppm。
15.3、 本次实验没有安排较高浓度的测量，因为高浓度样品总是容易测量和被检出。
