甲苯是有毒有害物质，对大气、水体和土壤会造成污染。甲苯经吸入、食入或经皮肤吸收进入人体，会引起神经系统紊乱。甲苯广泛用作溶剂和化工原料，很容易通过各种途径进入环境中，因此环保部门和卫生部门对环境中的甲苯有严格的监测和控制。苯系物已列入我国水环境优先控制污染物“黑名单”中，《地表水环境质量标准》、《污水综合排放标准》和《室内空气质量标准》均将甲苯列为环境监测目标物，而可靠的测量结果对于环境质量判断具有重要意义。标准物质具有可溯源性，确保在不同的时间和空间对相同的物质进行测量时，获得的结果具有一致性和可比性。标准物质具有准确的特性量值、高度的均匀性与良好的稳定性，因而可以进行量值传递。计量监督部门对强制检定的仪器进行检定时经常用到标准物质，日常的分析检测工作更要经常使用标准物质来校准仪器、控制测量的准确度和精密度。环境监测的范围越来越广，环境监测数据的可靠性、一致性、可比性显得更加重要，作为量值传递和质量保证基础的环境标准物质的制备和使用越来越受到重视，并逐渐规范化。随着我国经济的迅速发展，各个行业对标准物质的需求量不断增加，而现有标准物质中，有机类标准物质所占比重很小，特别是有毒的甲苯标准物质则更少，这极大地限制了有机物监测的开展。笔者采用重量–容量法制备甲醇中甲苯溶液标准物质，采用气相色谱法(氢火焰检测器)对该标准物质进行均匀性、稳定性检验和量值核验。该标准物质可为甲苯分析量值的准确、可靠提供保障。

1　实验部分

1.1　主要仪器与试剂

气相色谱仪：GC–7820型，配有自动进样器，美国安捷伦科技有限公司；

电感耦合等离子体质谱仪：NexIon 350X型，美国珀金埃尔默公司；

电子天平：BT125D型，德国赛多利斯集团；

核磁共振波谱仪：[**]V[**]NCE III HD 400型，美国布鲁克公司；

气相色谱–质谱联用仪：GCMS–QP2010型，日本岛津公司；

恒温箱：FYL–YS–150L型，北京福意联电器有限公司；

甲醇：高纯试剂，美国MRED[**]公司；

甲苯：纯度为99.9%，不确定度为0.5%，德国Dr. Ehrenstorfer公司；

甲醇中甲苯溶液标准物质：编号为GBW08704，标准值为1 030 μg／mL，不确定度为3%，中国计量科学研究院。

1.2　仪器工作条件

1.2.1　气相色谱仪

色谱柱：HP–INNOW[**]X型毛细管柱(30 m×0.32 mm，0.5 µm，美国安捷伦科技有限公司)；

进样体积：1 µL；

分流比：10∶1；

检测器温度：260℃；

载气：氮气，流量为1.2 mL／min；

燃气：氢气，流量为30 mL／min；

助燃气：空气，流量为300mL／min；

尾吹气：氮气，流量为25 mL／min。

升温程序：于45℃保持5 min，以4℃／min的速率升温至120℃。

1.2.2　电感耦合等离子体质谱仪

雾化室：玻璃旋流雾化室，温度为3.0℃；

发射功率：1 550 W；

四级杆偏移电压：–5.1 V；

冷却气：氩气，流量为14 mL／min；

辅助气：氩气，流量为0.8mL／min；

雾化气：氩气，流量为1.0 L／min；

1.2.3　气相色谱–质谱联用仪

色谱柱：DB–624型毛细管柱（30 m×250 μm，0.25 μm，日本岛津仪器公司）；

载气：高纯氦气，流量为1.0 mL／min；

升温程序：起始温度为50℃，保持3 min，然后以10℃／min的速率升温至280℃，保持10 min；

气化室温度：280℃；

分流比：80∶1；

进样体积：0.2 µL。

离子源：EI；

电子能量：70 eV；

离子源温度：230℃；

接口温度：230℃；质量扫描范围：29～500 u。

1.2.4　核磁共振波谱仪

核磁管直径：5 mm，氢谱模式：1H；测量温度：22.5℃；扫描次数：16；豫驰时间：1 s；旋转频率：20 Hz；采样时间：4 s。

1.3　实验步骤

1.3.1　纯品核验

以高纯甲苯为原料，由气相色谱－质谱法、核磁共振氢谱两种方法进行定性，甲苯纯度由色谱峰面积归一化法计算值扣除无机成分与水分含量得到。

1.3.2　标准物质的制备

采用重量–容量法制备甲醇中甲苯溶液标准物质。移取甲苯约10 mL，混合均匀后密封保存，用于定性、定量分析及溶液的配制。在(20±2)℃的恒温室中，向250.00 mL容量瓶中加入一定量的甲醇溶液，然后用甲苯润洗3次专用注射器，准确吸取并称量甲苯0.249 43 g，加入到容量瓶中，用甲醇定容，摇匀。将配制好的甲醇中甲苯溶液充分摇匀后静置，然后分装到2 mL／支的安瓿瓶中，分装量为1.2mL／支，控制环境温度与湿度（温度不高于20℃，相对湿度不高于40%），得到约200瓶样品，粘贴标签后于室温下避光保存。

2　结果与讨论

2.1　甲苯定性及纯度核验分析结果

2.1.1　气相色谱–质谱法定性核验

气相色谱–质谱法最常用于监测易挥发或半挥发的有机物，在1.2.3 气相色谱–质谱联用仪工作条件下，对原料试剂甲苯进行定性分析。图1为甲苯的总离子流色谱图，图2为甲苯的质谱图。经查询与对比，图2与NIST甲苯的标准图谱匹配度为94%。

2.1.2　核磁共振法定性核验分析

参考文献对甲苯进行定性核验，在1.2.4核磁共振波谱仪工作条件下对甲苯进行核磁共振氢谱分析，甲苯的核磁共振氢谱图如图3。图3中，化学位移δ 7.09×10^–6～7.23×10^–6处为苯环上氢的特征峰，δ 2.32×10^–6处的单峰为甲基特征峰，表明被分析物为甲苯。

2.1.3　纯度量值核验分析

根据文献对甲苯的分析条件进行优化，得到甲苯的分析方法，在1.2.1仪器工作条件下对甲苯进行色谱分析，采用色谱峰面积归一法测定甲苯的纯度。在1.2.2仪器工作条件下，采用电感耦合等离子体质谱法测定金属元素含量，用卡尔·费休法测定水分含量。测得金属总含量为0.000 1%，水分含量为0.02%。分析结果表明金属和水分含量极小，可忽略不计。图4为在1.2.1仪器工作条件下甲苯的色谱图，甲苯原料纯度分析结果见表1。

由表1可知，实验验证的甲苯纯度在证书给出的纯度及不确定度范围内，故此后的计算采用证书给出的纯度与不确定度。

2.1.4　溶剂及溶液分析

溶剂甲醇为高纯试剂，采用与甲苯相同的分析方法进行检验，确保溶剂中不含有甲苯，对甲苯的定值结果没有影响，并保证满足分析测试使用要求。在与甲苯纯度分析相同的色谱条件下，得甲醇的色谱图如图5。图6则为甲醇中甲苯溶液的色谱图。由图5可知，甲醇色谱图中未出现甲苯的色谱峰。由图6可知，甲醇色谱峰与甲苯色谱峰分离完全，甲醇不干扰甲苯的定量。

2.2　均匀性检验

均匀性是标准物质质量保证的前提。通过考察标准物质瓶间和瓶内量值进行均匀性检验。在甲醇中甲苯溶液标准物质封装过程的前、中、后期分别取样，共取11支分装样品，采用与甲苯纯度分析相同的色谱条件进行均匀性检验，每瓶测量3次，取平均值作为检测结果，甲醇中甲苯溶液的均匀性检验数据见表2。

对表2中数据采用方差分析法进行处理，得组间平方和Q1=115.31，组间方差s₁²=11.53，组内方差s₂²=5.70，F=2.02，组内平方和Q₂=125.37，组间自由度v₁=10，组内自由度v₂=22。置显著性水平为0.05，查表得F_(v1，v2)=2.30，F<F_(v1，v2)，表明甲醇中甲苯溶液标准物质的均匀性良好。

2.3　稳定性检验

稳定性是标准物质的主要特征，是指在指定的贮存条件下与时间范围内，标准物质特性量值维持在限定范围内的特性。

2.3.1　长期稳定性检验

为了评价标准物质的稳定性，在贮存期间必须定期对标准物质进行抽样测定。在每一次抽样测量过程中，尽可能控制各种条件，使其趋于一致，使测量结果之间的差异着重反映标准物质量值变化所引起的差异。基于先密后疏的原则，对研制的甲醇中甲苯标准物质，从2017年2月到2018年3月进行了13个月的稳定性检验。采用与甲苯纯度分析相同的色谱条件进行分析，在不同的时间间隔内，随机取安瓿瓶3支，重复测定3次，取平均值作为稳定性检验结果。甲醇中甲苯溶液标准物质长期稳定性检测数据见表3。由表3可知，在考察期间，甲醇中甲苯溶液标准物质的浓度没有显著变化，在13个月内其特征量值稳定。

以检测月份为自变量、甲醇中甲苯溶液标准物质的甲苯含量为因变量进行线性回归，得直线斜率b₁= –0.135 4，标准偏差s=3.506 2，直线截距b₀=998.701，斜率不确定度s(b₁)=0.289 1，查表得t_0.95，5=2.57，|b₁|<s(b₁)t_0.95，5，表明直线斜率不显著，制得的甲醇中甲苯溶液标准物质长期稳定性良好。

2.3.2　短期稳定性检验

将制得的甲醇中甲苯溶液标准物质于50℃避光保存12天，分别在第1，2，3，5，7，9，12天随机取样1支，采用色谱法重复测定3次，计算其平均值及标准偏差，检验特征量值是否随时间变化，以考察标准物质的短期稳定性，检测数据见表4。

以检测日期为自变量、甲醇中甲苯溶液标准物质的甲苯含量为因变量进行线性回归，得直线斜率b₁= –0.100 4，标准偏差s=2.148 1，直线截距b0=996.122，斜率不确定度s(b₁)=0.219 6，查表得t_0.95，5=2.57，|b₁|<s(b₁)t_0.95，5，表明直线斜率不显著，制得的甲醇中甲苯溶液标准物质短期稳定性良好，甲醇中的甲苯标准物质在运输过中能够保持量值稳定。

2.4　定值不确定度评定

采用重量–容量法配制值作为标准值，对定值不确定度有贡献的主要因素有配制过程引入的不确定度、均匀性引起的不确定度和稳定性引起的不确定度。

2.4.1　配制引入的相对标准不确定度u₁

重量–容量法配制溶液，溶液浓度按式(1)计算：

式中：c——溶液的质量浓度，μg／mL；

          P——溶质的纯度，%；

         m——溶质的称量质量，g；

         V——溶液的配制体积，mL。

由式(1)可知，配制溶液引入的不确定度包括溶质纯度、天平称量以及容量瓶体积引入的不确定度。

（1）甲苯纯度引入的不确定度u(P)。甲苯采用纯度标准物质，标准值为99.9%，扩展不确定度为0.5%，取容量因子k=2，得相对标准不确定度u(P)=0.25%。

（2）称量引入的不确定度u(m)。称量不确定度来自两方面：称量变动性、天平校正产生的不确定度。检定证书给出天平的最大允差为±0.15 mg，天平称量变动性为0.1 mg。每一次称量均为独立观测结果（每次取样需称量两次），按照均匀分布分析(k=√3)，二者合成得：

配制质量浓度为1 000 μg／mL，体积为250.00 mL的甲醇中甲苯溶液标准物质，甲苯称量质量m=249.43 mg，由此引入的相对标准不确定度u(m)=uc(m)／m=0.084%。

（3）配制体积引入的不确定度u(V)。

标准溶液制备中使用的容量瓶为250.00 mL，合格的250.00 mL容量瓶最大允差为±0.15 mL。假定为均匀性分布(k=√3)，则250.00 mL容量瓶容量标

准偏差为0.15／√3=0.09 mL；在20℃时，8次充满250.00 mL蒸馏水至容量瓶标线并称量，得到定容重复性标准偏差为0.02 mL；溶液配制温度控制在(20±2)℃范围内变动，甲醇体积膨胀系数为1.2×10–3，则250.00 mL甲醇因温度波动产生的体积变化为250×2×1.2×10–3=0.6 (mL)，假定温度变化为均匀性分布(k=√3)，则250.00 mL甲醇因温度波动产生的标准偏差为0.6／√3=0.35 (mL)。将以上3项合成并计算250.00 mL容量瓶定容体积引入的相对不确定度：

则配制过程引入的相对标准不确定度：

 2.4.2　封装引入的相对标准不确定度u₂

在封装过程中，由于安瓿瓶瓶口火焰温度较高，会使溶液挥发，每只安瓿瓶封装存在差异性，所

以封装引起的不确定度存在着一定的差别。在装之前，采用气相色谱法对样品进行分析；在封装完成以后，随机取3瓶样品，采用同封装之前相同的色谱条件进行分析，计算封装后测定值的相对偏差，作为封装引入的相对标准不确定度。结果表明，u₂=0.34%。

2.4.3　均匀性引入的相对标准不确定度u₃

根据JJF 1343–2012  《标准物质定值的通用原则及统计学原理》，计算得均匀性引起的相对标准不确定度u3=0.14%。

2.4.4　稳定性引入的相对标准不确定度u₄

甲醇中甲苯溶液标准物质的稳定性引入的相对标准不确定度u4由式(2)计算：

式中：s(b₁)——稳定性检测数据拟合直线斜率的相对标准不确定度；X——给定的保存期限，月。将2.3.1，2.3.2中数据代入式(2)，得甲醇中甲苯溶液标准物质的长期、短期稳定性引入的相对标准不确定度分别为u₄，1=0.26%，u₄，2=0.35%。

2.4.5　相对扩展不确定度

各个不确定度分量互不相关，将甲苯纯度、配制过程、样品均匀性和稳定性引入的相对标准不确定度合成，得标准物质定值的相对合成标准不确定度：

取k=2，计算得甲醇中甲苯溶液标准物质定值的相对扩展不确定度Urel=kuc=1.28%≈2%。

2.5　标准物质验证

用甲醇中甲苯溶液国家一级标准物质对配制的甲醇中甲苯溶液进行标定，以验证该标准物质浓度的可靠性，本次配制值为996.73 μg／mL，3次标定值平均偏差为0.12%，结果表明配制的甲醇中甲苯标准物质量值准确、可靠。

3　结语

对甲苯进行定性和纯度核验分析，采用重量–容量法制备甲醇中甲苯溶液标准物质。均匀性、稳定性检验及国家一级标准物质验证结果表明，所研制的甲醇中甲苯溶液标准物质量值准确，在12个月期间稳定性良好。该标准物质可为环境领域中甲苯的含量检测、分析方法确认及量值溯源提供重要的参考依据。