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分光光度計技術規范的“差異性條款”
發布時間:2018-11-14 點擊次數:307次

本文就原子吸收分光光度計的國家標準、檢定規程和行業標準三項技術規范中有關波長、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,更適用于制造企業生產調試和出廠檢驗,同時也說明了行業標準的廢止是進步的。

真人百家家乐原子吸收分光光度計已經在各行各業被廣泛 使用,國內制造原子吸收分光光度計的企業也越來 越多。根據原子化器的不同,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 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 程》(以下 簡 稱:規 程)。此外,JB/T6780— 93《原子吸收分光光度計機械行業標準》(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 的制造企業都是在該行標的基礎上編寫企業標準, 現需要對企業標準進行修訂。 規程是計量技術機構實施周期檢定的技術依 據,國標和 行 標 是 規 范 企 業 制 造 生 產 的 基 本 要 求, 同時也是 產 品 質 量 檢 驗 的 重 要 依 據。上 述 三 項 技 術規范中有關波長、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 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 完全相同的一個概念。根據計量術語及定義[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的等別或級別。根據公式(1)和計量術 語定義,“波長示值誤差”更規范。 除了名稱上的差別之外,在譜線的選擇上也存 在差 異。 根 據 國 標 和 規 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 則,選 取3至 5條逐一作3次 單 向 測 量”[1,2];根據 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,規程和國標要求在儀器的波長范圍內 按均勻分布規則選取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。火焰原子化過程是通過連續吸噴溶液樣品到 達火焰并通過火焰溫度實現原子化的,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原子化的,即進樣 和原子 化 分 步 進 行,僅 石 墨 管 內 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下,用 0.5%(體積分 數,下 同)硝酸水溶液作空白溶液調 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。 根據計量術語及定義[4],靈敏度全稱“測量系統 的靈敏度”,是指“測量系統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,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,用最 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,兩 者 存 在 反 比例函數關系。行標規定,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 為0.088(μg/mL)-1,相當 于 測銅的靈敏度≤0.088(μg/mL)-1;行標 規 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 工作狀態下,用0.5%硝酸水溶液作空白溶液調零, 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 下,對0.5%(體積分數)硝酸水溶液連續 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”是測量指定濃度及指 定進樣量待測元素標準溶液的吸光度,測得的吸光 度不應小于規定的值。國標規定,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 的 靈 敏度”這一 重 要 特 性;2)國標所規定的靈敏度技術 要求優于行標的規定,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批量生產 調試與出廠檢驗。 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 的 溫 控 要 求 相 對 較 低。基 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 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,調節錳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,調節汞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 的 生產調試和出廠檢驗,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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