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分光光度計技術規(guī)范的“差異性條款”
更新時間:2018-11-14 點擊次數(shù):1957

本文就原子吸收分光光度計的國家標準、檢定規(guī)程和行業(yè)標準三項技術規(guī)范中有關波長、靈敏度和光 譜帶寬的技術指標和試驗方法展開論述。通過比較和 分 析,論證了國家標準技術指標要求更高,試驗方法更科學 更合理,更適用于制造企業(yè)生產(chǎn)調(diào)試和出廠檢驗,同時也說明了行業(yè)標準的廢止是進步的。

原子吸收分光光度計已經(jīng)在各行各業(yè)被廣泛 使用,國內(nèi)制造原子吸收分光光度計的企業(yè)也越來 越多。根據(jù)原子化器的不同,主要分為火焰原子吸 收分光光 度 計 和 石 墨 爐 原 子 吸 收 分 光 光 度 計。原 子吸收 分 光 光 度 計 的 技 術 規(guī) 范 有 GB/T21187— 2007《原子 吸 收 分 光 光 度 計 國 家 標 準》(以下 簡 稱: 國標)和JJG694—2009《原子吸收分光光度計計量 檢定規(guī) 程》(以下 簡 稱:規(guī) 程)。此外,JB/T6780— 93《原子吸收分光光度計機械行業(yè)標準》(以 下 簡 稱:行標)于2017年5月廢止。該行標已沿用20余 年,有廣泛的 影 響 力,長期來原子吸收分光光度計 的制造企業(yè)都是在該行標的基礎上編寫企業(yè)標準, 現(xiàn)需要對企業(yè)標準進行修訂。 規(guī)程是計量技術機構實施周期檢定的技術依 據(jù),國標和 行 標 是 規(guī) 范 企 業(yè) 制 造 生 產(chǎn) 的 基 本 要 求, 同時也是 產(chǎn) 品 質 量 檢 驗 的 重 要 依 據(jù)。上 述 三 項 技 術規(guī)范中有關波長、靈敏度和光譜帶寬等項目在技 術指標及 試 驗 方 法 上 存 在“差 異”,下文 就 這 些“差 異”展開論 述,供原子吸收分光光度計制造企業(yè)和 相關檢測機構參考。 1 “波長示值誤差”與“波長準確度” 特定波長3次測量值的算術平均值與該特定波 長的標 準 值 之 差,在 規(guī) 程 中 稱 之 為 “波 長 示 值 誤 差”[1],而在國標和行 標中則稱之為 “波 長 準 確 度”[2,3],計算公式都可用公式(1)表示。 Δλ = 1 3∑ 3 i=1 λi -λr (1) 式中:Δλ—波長示值誤差(波長準確度),nm; λi—特定波長的測量值,nm; λr—特定波長的標準值,nm。 “波長示值誤差”與“波長準確度”,究其本質是 *相同的一個概念。根據(jù)計量術語及定義[4],“示 值誤差”的定義為儀器示值與對應輸入量的真值之 差,但沒有“準確度”的定義。與之相關的計量術語 只有“測 量 準 確 度”和“準 確 度 等 級”。測量 準 確 度 是指測 得 值 與 其 真 值 得 一 致 程 度,是 個 定 性 的 概 念;準確度等級是指滿足一定技術要求的測量儀器或測量系統(tǒng)的等別或級別。根據(jù)公式(1)和計量術 語定義,“波長示值誤差”更規(guī)范。 除了名稱上的差別之外,在譜線的選擇上也存 在差 異。 根 據(jù) 國 標 和 規(guī) 程,要 求 “在 汞、氖 譜 線 253.7nm、365.0nm、435.8nm、546.1nm、640.2nm、 724.5nm、871.6nm 中,按均 勻 分 布 規(guī) 則,選 ?。持?5條逐一作3次 單 向 測 量”[1,2];根據(jù) 行 標,要 求“對 砷193.7nm、銅324.7nm、銫852.1nm 譜線 進 行 單 向3次測量”[3]。選擇不同的譜線不會對結果造成 顯著性影響,規(guī)程和國標要求在儀器的波長范圍內(nèi) 按均勻分布規(guī)則選取3至5條進行測量,結果會更 可靠。 2 “靈敏度”與“特征濃度”“特征量” 在國標中,對原子吸收分光光度計的“靈敏度” 提出了技術要求和試驗方法[2];而在行標中,則對儀 器的“特征 濃 度”和“特 征 量”提出了技術要求和試 驗方法[3]。從名稱上看,有一定的差異,但本質上都 表達了儀器的同一個特性。 特征濃度,是指能產(chǎn)生1%吸收信號(即0.0044 吸光度)時所對應的被測元素的濃度,是 火 焰 原 子 吸收分光光度計的一個重要技術指標,通常用“μg/ mL”為單位。特征量,是指能產(chǎn)生1%吸收信號(即 0.0044吸光度)時 所 對 應 的 被 測 元 素 的 質 量,是 石 墨爐原子吸收分光光度計的一個重要技術指標,通 常用“pg”為單位。 特征濃度以濃度單位為量綱,特征量以質量單 位為量 綱,這 是 因 為 兩 種 原 子 化 過 程 有 較 大 的 差 異?;鹧嬖踊^程是通過連續(xù)吸噴溶液樣品到 達火焰并通過火焰溫度實現(xiàn)原子化的,即進樣和原 子化同步進行;石墨爐原子化過程是樣品置于石墨 管后通過電加熱升溫的方式實現(xiàn)原子化的,即進樣 和原子 化 分 步 進 行,僅 石 墨 管 內(nèi) 的 樣 品 可 以 原 子 化。特征濃度與特征量的相同之處在于都是指能 產(chǎn)生1%吸收 信 號(即0.0044吸光 度)的 被 測 元 素 的濃度或質量。 根據(jù)行標,火焰原子吸收分光光度計特征濃度 的測定過程概括如下[3]:在儀器正常工作狀態(tài)下,用 0.5%(體積分 數(shù),下 同)硝酸水溶液作空白溶液調(diào) 零,測量0.50μg/mL的銅標準溶液(含0.5%硝酸) 的吸光度3次,取平均值,按公式(2)計算特征濃度。 cc=0.0044×c A珡 (μg/mL/1%)

(2)式中:cc—特征濃度,μg/mL; c—銅標準溶液的濃度,0.5μg/mL; A珡—標準溶液三次吸光度的平均值。 根據(jù)行標,石墨爐原子吸收分光光度計特征量 的測定過程概括如下[3]:在儀器正常工作狀態(tài)下,以 0.5%硝酸水溶液作空白溶液,測量空白吸光度 3 次,取平均值;再測量1.00ng/mL的鎘標準溶液(含 0.5%硝酸)和100ng/mL 的銅 標 準 溶 液(含0.5% 硝酸)的 吸 光 度3次,取 平 均 值,按 公 式(3)計 算 特 征量。 cm =0.0044×c×V A珡-A珡0 (g) (3) 式中:cm—特征濃度,μg/mL; c—標 準 溶 液 的 濃 度,鎘 1.00ng/mL,銅 100ng/mL; A珡—標準溶液測定3次吸光度的平均值; A珡0—空白溶液測定3次吸光度的平均值。 根據(jù)計量術語及定義[4],靈敏度全稱“測量系統(tǒng) 的靈敏度”,是指“測量系統(tǒng)的示值變化除以相應的 被測量值變化所得的商”。對于原子吸收分光光度 計來說,“測量系統(tǒng)的示值”指的是儀器的吸光度示 值,“被測量值”對火焰原子吸收分光光度計線性來 說指的是被測元素的濃度,對石墨爐原子吸收分光 光度計線 性 來 說 指 的 是 被 測 元 素 質 量。在 線 性 范 圍內(nèi),測試 兩 種(含 空 白 溶 液)標 準 溶 液 的 吸 光 度, 以被測元素的濃度或者質量為橫坐標,以吸光度為 縱坐標,用 小 二 乘 法 求 線 性 回 歸 方 程,斜 率 即 為 原子吸收 分 光 光 度 計 對 該 被 測 元 素 的 靈 敏 度。因 為吸光度是無量綱的物理量,故火焰原子吸收分光 光度計靈敏度的單位為(μg/mL)-1,石墨爐原子吸 收分光光度計靈敏度的單位為(pg)-1。 從特征濃度(特征量)和靈敏度的定義來看,前 者是指產(chǎn)生特定吸光度所需的標準溶液的濃度(質 量),后者 是 指 單 位 濃 度(單 位 質 量)的 改 變 所 引 起 的吸光度的 改 變,因 此 在 線 性 范 圍 內(nèi),兩 者 存 在 反 比例函數(shù)關系。行標規(guī)定,火焰原子吸收分光光度 計 測 銅 的 特 征 濃 度 ≤ 0.050μg/mL, 即 0.050μg/mL 0.0044 ,其倒 數(shù) 為0.088(μg/mL)-1,相當 于 測銅的靈敏度≤0.088(μg/mL)-1;行標 規(guī) 定,石 墨 爐原子吸收 分 光 光 度 計 測 鎘 的 特 征 量 ≤1.0pg,測 銅的 特 征 量 ≤100pg,相當于測鎘的靈敏度 ≥0.0044(pg)-1,測銅的靈敏度≥4.4(10-5(pg)-1。 根據(jù)國標,火焰原子吸收分光光度計靈敏度的 測定過程概括如下計量術語及定義[2]:在儀器正常 工作狀態(tài)下,用0.5%硝酸水溶液作空白溶液調(diào)零, 測量2.0μg/mL的銅標準溶液(含0.5%硝酸)的吸 光度次,取平均值。石墨爐原子吸收分光光度計靈 敏度的 測 定 過 程 概 括 如 下:在 儀 器 正 常 工 作 狀 態(tài) 下,對0.5%(體積分數(shù))硝酸水溶液連續(xù) 進 行7次 吸光度測量,取平均值,再對20ng/mL 的銅 標 準 溶 液(含0.5%硝酸)連續(xù)進行7次吸光度 測 量,取 平 均值,兩者之差即為靈敏度。 國標中“靈 敏 度”與 計 量 術 語 定 義 的“靈 敏 度” 有所不同,國標中的“靈敏度”是測量濃度及指 定進樣量待測元素標準溶液的吸光度,測得的吸光 度不應小于規(guī)定的值。國標規(guī)定,火焰原子吸收分 光光度計測量2.0μg/mL 的銅標準溶液,所得的吸 光度≥0.200,相 當 于 測 銅 的 靈 敏 度 ≥0.100(μg/ mL)-1。國標規(guī)定,石墨爐原子吸收分光光度計測 量20ng/mL的銅標準溶液,20μL進樣量,所得的吸 光 度 ≥0.080,相 當 于 測 銅 的 靈 敏 度 ≥0.0020 (pg)-1。 國標和行 標 中 關 于 原 子 吸 收 分 光 光 度 計 靈 敏 度的技術指標匯總于表1。

通過上 述 論 述 與 比 較,可 以 得 出 以 下 幾 點:1) 國標中 的“靈 敏 度”和 行 標 中 的“特 征 濃 度”“特 征 量”都表征 了 原 子 吸 收 分 光 光 度 計“特 量 系 統(tǒng) 的 靈 敏度”這一 重 要 特 性;2)國標所規(guī)定的靈敏度技術 要求優(yōu)于行標的規(guī)定,尤其是石墨爐原子吸收分光 光度計;3)國標中的“靈敏度”雖然在文字表述上與 計量學上靈敏度的定義有所出入,但其試驗方法簡 單、判定指標 直 觀,非常適用于制造企業(yè)批量生產(chǎn) 調(diào)試與出廠檢驗。 在對石墨爐原子吸收分光光度計靈敏度檢驗 時,國標中銅 作 為 被 測 元 素,而行標中則有銅和鎘 兩種被測元 素,主要是因為對石墨爐原子化而言, 鎘是低溫元 素,而 銅 是 中 溫 元 素,低溫元素對石墨 爐控制系 統(tǒng) 的 溫 控 要 求 相 對 較 低?;?于 已 選 擇 銅 作為被測元素,再增加一種低溫元素就顯得不是很 必要了。 此外,在規(guī) 程 中 不 要 求 對 靈 敏 度 進 行 檢 定,僅 要求對檢出限進行檢定,并且增加了線性誤差檢定 項目,規(guī)程起草人已撰文[5]解釋說明。 3 “分辨率”與“光譜帶寬偏差” 在行標中,“分 辨 率”項 目 的 試 驗 過 程 概 括 如 下[3]:設置0.2nm 光譜帶寬,調(diào)節(jié)錳279.5nm 譜線 能量接近滿 度,從279.0nm 掃描 至280.5nm,應能 分開錳279.5nm 和錳 279.8nm 兩譜 線,且 譜 線 間 波谷能量 D值應小于40%,如圖1所示。

在國標中,也 有“分 辨 率”項 目,試 驗 過 程 概 括 如下[2]:設置0.2nm 光譜帶寬,調(diào)節(jié)汞253.7nm 譜 線 能 量 響 應 接 近 滿 度,從 253.2nm 掃 描 至 254.2nm,測量譜線 兩 側 能 量 為 峰 值 能 量 一 半 時 所 對應的波 長,計 算 半 高 寬(即 兩 側 波 長 的 差 值),應 不超過0.2nm±0.02nm。 在規(guī)程 中,沒 有 “分 辨 率”,但 有 “光 譜 帶 寬 偏 差”,試驗過程與國標中的“分辨率”幾乎相同,區(qū)別 在于選用銅324.7nm 為試驗譜線,且以半高寬與光 譜帶寬標稱值(0.2nm)的差 值 為 計 算 結 果,應 不 超 過±0.02nm。 國標中名為“分辨率”,可實際上測試的是光譜 帶寬實際值 與 標 稱 值 的 差 值,即光譜帶寬偏差,在 名稱上仍沿用了已使用多年的“分辨率”一詞,規(guī)程 中則將項 目 名 稱 更 改 為“光 譜 帶 寬 偏 差”。光譜 帶 寬偏 差 試 驗 方 法 的 基 本 原 理 是 基 于 “譜 線 輪 廓 法”[6],即對空心陰極燈譜線能量掃描時,所得譜線 的半高寬就等于光譜帶寬。因此,只要在試驗所選 譜線的左右兩側約0.5nm 以內(nèi)沒有其他相鄰譜線, 用銅 324.7nm 和 汞 253.7nm 所 得 的 結 果 是 一 致的。 行標中“分 辨 率”的 試 驗 方 法,同 樣 是 基 于“譜 線 輪 廓 法 ”。 錳 279.5nm (279.482nm)和 錳 279.8nm(279.827nm)兩譜 線 相 距 0.345nm,若 設 置的0.2nm 光譜帶寬的實際值在允許偏差范圍,必 然能分辨出上述兩譜線,且也能滿足 D≤40%的要 求。如果設置的0.2nm 光譜帶寬的實際值過小,同 樣能分辨 錳 279.5nm 和錳 279.8nm 兩譜 線,也 同 樣能滿足 D≤40%的要求,但會造成儀器噪聲偏大 等問題,影 響 儀 器 的 使 用。通 過 上 述 討 論,可 以 認 為用光譜帶寬偏差代替分辨率更科學更合理。 4 結論 GB/T21187—2007《原子吸收分光光度計國家 標準》和JJG694—2009《原子吸收分光光度計計量 檢定規(guī)程》在“波長”和“光譜帶寬”兩項技術指標的 表述和試驗方法上有所不同,但從技術角度上沒有 差異。 GB/T21187—2007《原子吸收分光光度計國家 標準》和JB/T6780—93《原子吸收分光光度計機械 行業(yè)標準》在“波長”、“靈敏度”、“分辨率”等項目在 技術指標和試驗方法上有所差異,國標的技術指標 要求更高,試 驗 方 法 更 科 學,更 適 用 于 制 造 企 業(yè) 的 生產(chǎn)調(diào)試和出廠檢驗,這也說明了行標的廢止是對 先進技術的鼓勵與保護。

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