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分光光度计技术规范的“差异性条款”
时间:2018-11-14 点击次数:484

本文就原子吸收分光光度计的国家标准、检定规程和行业标准三项技术规范中有关波长、灵敏度和光 谱带宽的技术指标和试验方法展开论述。通过比较和 分 析,论证了国家标准技术指标要求更高,试验方法更科学 更合理,更适用于制造企业生产调试和出厂检验,同时也说明了行业标准的废止是进步的。

原子吸收分光光度计已经在各行各业被广泛 使用,国内制造原子吸收分光光度计的企业也越来 越多。根据原子化器的不同,主要分为火焰原子吸 收分光光 度 计 和 石 墨 炉 原 子 吸 收 分 光 光 度 计。原 子吸收 分 光 光 度 计 的 技 术 规 范 有 GB/T21187— 2007《原子 吸 收 分 光 光 度 计 国 家 标 准》(以下 简 称: 国标)和JJG694—2009《原子吸收分光光度计计量 检定规 程》(以下 简 称:规 程)。此外,JB/T6780— 93《原子吸收分光光度计机械行业标准》(以 下 简 称:行标)于2017年5月废止。该行标已沿用20余 年,有广泛的 影 响 力,长期来原子吸收分光光度计 的制造企业都是在该行标的基础上编写企业标准, 现需要对企业标准进行修订。 规程是计量技术机构实施周期检定的技术依 据,国标和 行 标 是 规 范 企 业 制 造 生 产 的 基 本 要 求, 同时也是 产 品 质 量 检 验 的 重 要 依 据。上 述 三 项 技 术规范中有关波长、灵敏度和光谱带宽等项目在技 术指标及 试 验 方 法 上 存 在“差 异”,下文 就 这 些“差 异”展开论 述,供原子吸收分光光度计制造企业和 相关检测机构参考。 1 “波长示值误差”与“波长准确度” 特定波长3次测量值的算术平均值与该特定波 长的标 准 值 之 差,在 规 程 中 称 之 为 “波 长 示 值 误 差”[1],而在国标和行 标中则称之为 “波 长 准 确 度”[2,3],计算公式都可用公式(1)表示。 Δλ = 1 3∑ 3 i=1 λi -λr (1) 式中:Δλ—波长示值误差(波长准确度),nm; λi—特定波长的测量值,nm; λr—特定波长的标准值,nm。 “波长示值误差”与“波长准确度”,究其本质是 完全相同的一个概念。根据计量术语及定义[4],“示 值误差”的定义为仪器示值与对应输入量的真值之 差,但没有“准确度”的定义。与之相关的计量术语 只有“测 量 准 确 度”和“准 确 度 等 级”。测量 准 确 度 是指测 得 值 与 其 真 值 得 一 致 程 度,是 个 定 性 的 概 念;准确度等级是指满足一定技术要求的测量仪器或测量系统的等别或级别。根据公式(1)和计量术 语定义,“波长示值误差”更规范。 除了名称上的差别之外,在谱线的选择上也存 在差 异。 根 据 国 标 和 规 程,要 求 “在 汞、氖 谱 线 253.7nm、365.0nm、435.8nm、546.1nm、640.2nm、 724.5nm、871.6nm 中,按均 匀 分 布 规 则,选 取3至 5条逐一作3次 单 向 测 量”[1,2];根据 行 标,要 求“对 砷193.7nm、铜324.7nm、铯852.1nm 谱线 进 行 单 向3次测量”[3]。选择不同的谱线不会对结果造成 显著性影响,规程和国标要求在仪器的波长范围内 按均匀分布规则选取3至5条进行测量,结果会更 可靠。 2 “灵敏度”与“特征浓度”“特征量” 在国标中,对原子吸收分光光度计的“灵敏度” 提出了技术要求和试验方法[2];而在行标中,则对仪 器的“特征 浓 度”和“特 征 量”提出了技术要求和试 验方法[3]。从名称上看,有一定的差异,但本质上都 表达了仪器的同一个特性。 特征浓度,是指能产生1%吸收信号(即0.0044 吸光度)时所对应的被测元素的浓度,是 火 焰 原 子 吸收分光光度计的一个重要技术指标,通常用“μg/ mL”为单位。特征量,是指能产生1%吸收信号(即 0.0044吸光度)时 所 对 应 的 被 测 元 素 的 质 量,是 石 墨炉原子吸收分光光度计的一个重要技术指标,通 常用“pg”为单位。 特征浓度以浓度单位为量纲,特征量以质量单 位为量 纲,这 是 因 为 两 种 原 子 化 过 程 有 较 大 的 差 异。火焰原子化过程是通过连续吸喷溶液样品到 达火焰并通过火焰温度实现原子化的,即进样和原 子化同步进行;石墨炉原子化过程是样品置于石墨 管后通过电加热升温的方式实现原子化的,即进样 和原子 化 分 步 进 行,仅 石 墨 管 内 的 样 品 可 以 原 子 化。特征浓度与特征量的相同之处在于都是指能 产生1%吸收 信 号(即0.0044吸光 度)的 被 测 元 素 的浓度或质量。 根据行标,火焰原子吸收分光光度计特征浓度 的测定过程概括如下[3]:在仪器正常工作状态下,用 0.5%(体积分 数,下 同)硝酸水溶液作空白溶液调 零,测量0.50μg/mL的铜标准溶液(含0.5%硝酸) 的吸光度3次,取平均值,按公式(2)计算特征浓度。 cc=0.0044×c A珡 (μg/mL/1%)

(2)式中:cc—特征浓度,μg/mL; c—铜标准溶液的浓度,0.5μg/mL; A珡—标准溶液三次吸光度的平均值。 根据行标,石墨炉原子吸收分光光度计特征量 的测定过程概括如下[3]:在仪器正常工作状态下,以 0.5%硝酸水溶液作空白溶液,测量空白吸光度 3 次,取平均值;再测量1.00ng/mL的镉标准溶液(含 0.5%硝酸)和100ng/mL 的铜 标 准 溶 液(含0.5% 硝酸)的 吸 光 度3次,取 平 均 值,按 公 式(3)计 算 特 征量。 cm =0.0044×c×V A珡-A珡0 (g) (3) 式中:cm—特征浓度,μg/mL; c—标 准 溶 液 的 浓 度,镉 1.00ng/mL,铜 100ng/mL; A珡—标准溶液测定3次吸光度的平均值; A珡0—空白溶液测定3次吸光度的平均值。 根据计量术语及定义[4],灵敏度全称“测量系统 的灵敏度”,是指“测量系统的示值变化除以相应的 被测量值变化所得的商”。对于原子吸收分光光度 计来说,“测量系统的示值”指的是仪器的吸光度示 值,“被测量值”对火焰原子吸收分光光度计线性来 说指的是被测元素的浓度,对石墨炉原子吸收分光 光度计线 性 来 说 指 的 是 被 测 元 素 质 量。在 线 性 范 围内,测试 两 种(含 空 白 溶 液)标 准 溶 液 的 吸 光 度, 以被测元素的浓度或者质量为横坐标,以吸光度为 纵坐标,用 小 二 乘 法 求 线 性 回 归 方 程,斜 率 即 为 原子吸收 分 光 光 度 计 对 该 被 测 元 素 的 灵 敏 度。因 为吸光度是无量纲的物理量,故火焰原子吸收分光 光度计灵敏度的单位为(μg/mL)-1,石墨炉原子吸 收分光光度计灵敏度的单位为(pg)-1。 从特征浓度(特征量)和灵敏度的定义来看,前 者是指产生特定吸光度所需的标准溶液的浓度(质 量),后者 是 指 单 位 浓 度(单 位 质 量)的 改 变 所 引 起 的吸光度的 改 变,因 此 在 线 性 范 围 内,两 者 存 在 反 比例函数关系。行标规定,火焰原子吸收分光光度 计 测 铜 的 特 征 浓 度 ≤ 0.050μg/mL, 即 0.050μg/mL 0.0044 ,其倒 数 为0.088(μg/mL)-1,相当 于 测铜的灵敏度≤0.088(μg/mL)-1;行标 规 定,石 墨 炉原子吸收 分 光 光 度 计 测 镉 的 特 征 量 ≤1.0pg,测 铜的 特 征 量 ≤100pg,相当于测镉的灵敏度 ≥0.0044(pg)-1,测铜的灵敏度≥4.4(10-5(pg)-1。 根据国标,火焰原子吸收分光光度计灵敏度的 测定过程概括如下计量术语及定义[2]:在仪器正常 工作状态下,用0.5%硝酸水溶液作空白溶液调零, 测量2.0μg/mL的铜标准溶液(含0.5%硝酸)的吸 光度次,取平均值。石墨炉原子吸收分光光度计灵 敏度的 测 定 过 程 概 括 如 下:在 仪 器 正 常 工 作 状 态 下,对0.5%(体积分数)硝酸水溶液连续 进 行7次 吸光度测量,取平均值,再对20ng/mL 的铜 标 准 溶 液(含0.5%硝酸)连续进行7次吸光度 测 量,取 平 均值,两者之差即为灵敏度。 国标中“灵 敏 度”与 计 量 术 语 定 义 的“灵 敏 度” 有所不同,国标中的“灵敏度”是测量指定浓度及指 定进样量待测元素标准溶液的吸光度,测得的吸光 度不应小于规定的值。国标规定,火焰原子吸收分 光光度计测量2.0μg/mL 的铜标准溶液,所得的吸 光度≥0.200,相 当 于 测 铜 的 灵 敏 度 ≥0.100(μg/ mL)-1。国标规定,石墨炉原子吸收分光光度计测 量20ng/mL的铜标准溶液,20μL进样量,所得的吸 光 度 ≥0.080,相 当 于 测 铜 的 灵 敏 度 ≥0.0020 (pg)-1。 国标和行 标 中 关 于 原 子 吸 收 分 光 光 度 计 灵 敏 度的技术指标汇总于表1。

通过上 述 论 述 与 比 较,可 以 得 出 以 下 几 点:1) 国标中 的“灵 敏 度”和 行 标 中 的“特 征 浓 度”“特 征 量”都表征 了 原 子 吸 收 分 光 光 度 计“特 量 系 统 的 灵 敏度”这一 重 要 特 性;2)国标所规定的灵敏度技术 要求优于行标的规定,尤其是石墨炉原子吸收分光 光度计;3)国标中的“灵敏度”虽然在文字表述上与 计量学上灵敏度的定义有所出入,但其试验方法简 单、判定指标 直 观,非常适用于制造企业批量生产 调试与出厂检验。 在对石墨炉原子吸收分光光度计灵敏度检验 时,国标中铜 作 为 被 测 元 素,而行标中则有铜和镉 两种被测元 素,主要是因为对石墨炉原子化而言, 镉是低温元 素,而 铜 是 中 温 元 素,低温元素对石墨 炉控制系 统 的 温 控 要 求 相 对 较 低。基 于 已 选 择 铜 作为被测元素,再增加一种低温元素就显得不是很 必要了。 此外,在规 程 中 不 要 求 对 灵 敏 度 进 行 检 定,仅 要求对检出限进行检定,并且增加了线性误差检定 项目,规程起草人已撰文[5]解释说明。 3 “分辨率”与“光谱带宽偏差” 在行标中,“分 辨 率”项 目 的 试 验 过 程 概 括 如 下[3]:设置0.2nm 光谱带宽,调节锰279.5nm 谱线 能量接近满 度,从279.0nm 扫描 至280.5nm,应能 分开锰279.5nm 和锰 279.8nm 两谱 线,且 谱 线 间 波谷能量 D值应小于40%,如图1所示。

在国标中,也 有“分 辨 率”项 目,试 验 过 程 概 括 如下[2]:设置0.2nm 光谱带宽,调节汞253.7nm 谱 线 能 量 响 应 接 近 满 度,从 253.2nm 扫 描 至 254.2nm,测量谱线 两 侧 能 量 为 峰 值 能 量 一 半 时 所 对应的波 长,计 算 半 高 宽(即 两 侧 波 长 的 差 值),应 不超过0.2nm±0.02nm。 在规程 中,没 有 “分 辨 率”,但 有 “光 谱 带 宽 偏 差”,试验过程与国标中的“分辨率”几乎相同,区别 在于选用铜324.7nm 为试验谱线,且以半高宽与光 谱带宽标称值(0.2nm)的差 值 为 计 算 结 果,应 不 超 过±0.02nm。 国标中名为“分辨率”,可实际上测试的是光谱 带宽实际值 与 标 称 值 的 差 值,即光谱带宽偏差,在 名称上仍沿用了已使用多年的“分辨率”一词,规程 中则将项 目 名 称 更 改 为“光 谱 带 宽 偏 差”。光谱 带 宽偏 差 试 验 方 法 的 基 本 原 理 是 基 于 “谱 线 轮 廓 法”[6],即对空心阴极灯谱线能量扫描时,所得谱线 的半高宽就等于光谱带宽。因此,只要在试验所选 谱线的左右两侧约0.5nm 以内没有其他相邻谱线, 用铜 324.7nm 和 汞 253.7nm 所 得 的 结 果 是 一 致的。 行标中“分 辨 率”的 试 验 方 法,同 样 是 基 于“谱 线 轮 廓 法 ”。 锰 279.5nm (279.482nm)和 锰 279.8nm(279.827nm)两谱 线 相 距 0.345nm,若 设 置的0.2nm 光谱带宽的实际值在允许偏差范围,必 然能分辨出上述两谱线,且也能满足 D≤40%的要 求。如果设置的0.2nm 光谱带宽的实际值过小,同 样能分辨 锰 279.5nm 和锰 279.8nm 两谱 线,也 同 样能满足 D≤40%的要求,但会造成仪器噪声偏大 等问题,影 响 仪 器 的 使 用。通 过 上 述 讨 论,可 以 认 为用光谱带宽偏差代替分辨率更科学更合理。 4 结论 GB/T21187—2007《原子吸收分光光度计国家 标准》和JJG694—2009《原子吸收分光光度计计量 检定规程》在“波长”和“光谱带宽”两项技术指标的 表述和试验方法上有所不同,但从技术角度上没有 差异。 GB/T21187—2007《原子吸收分光光度计国家 标准》和JB/T6780—93《原子吸收分光光度计机械 行业标准》在“波长”、“灵敏度”、“分辨率”等项目在 技术指标和试验方法上有所差异,国标的技术指标 要求更高,试 验 方 法 更 科 学,更 适 用 于 制 造 企 业 的 生产调试和出厂检验,这也说明了行标的废止是对 先进技术的鼓励与保护。

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