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導(dǎo) 讀

 

標(biāo)準(zhǔn)曲線法是化學(xué)定量分析的常用方法之一，但往往由于操作者缺乏必要的質(zhì)量控制知識而出現(xiàn)較大的實驗誤差。本文總結(jié)了在分析化學(xué)實驗室工作的經(jīng)驗和教訓(xùn)，嘗試全面闡述標(biāo)準(zhǔn)曲線制作的可能產(chǎn)生問題的點，旨在有效提高化學(xué)定量分析的準(zhǔn)確度和精密度。

 

一、理論偏離

 

1.違背比爾朗伯定律

 

比爾朗伯定律（Beer-Lambert Law）是光譜學(xué)中的一個基本定律，描述了物質(zhì)對光的吸收與物質(zhì)的濃度和光程長度之間的關(guān)系。該定律可以表達為：

 

A =?? *c*l 

 

A=?⋅c⋅l?⋅c⋅l

 

其中：

 

AA 是吸光度（Absorbance），即光通過樣品后的衰減程度。

 

?? 是摩爾吸光系數(shù)（Molar Extinction Coefficient），它是物質(zhì)特有的，與光的波長有關(guān)。

 

cc 是溶液的摩爾濃度（Molarity），即單位體積內(nèi)的摩爾數(shù)。

 

ll 是光程長度（Path Length），即光在樣品中通過的路徑長度。

 

 

比爾朗伯定律的適用條件是：

 

溶液必須是均勻的，沒有顆?；驊腋∥铩?/span>

 

吸收物質(zhì)的濃度較低，以保證吸收光與樣品的相互作用是線性的。

 

吸收光的波長必須在吸收物質(zhì)的吸收光譜范圍內(nèi)，且吸收帶較窄。

 

實際實驗對標(biāo)要求：

譜線純凈；

溶液濃度較低。

 

實際案例：在水質(zhì)分析中，檢測水中的重金屬含量時，如果水樣中的重金屬濃度過高，超過了儀器的線性響應(yīng)范圍，由于雜散光的干擾，校正曲線就會出現(xiàn)非線性現(xiàn)象。

 

2.塞曼效應(yīng)背景下的校正曲線反轉(zhuǎn)

 

塞曼效應(yīng)是物理學(xué)中的一個現(xiàn)象，它描述了在外部磁場存在的情況下，原子光譜線的分裂現(xiàn)象。這個效應(yīng)是由荷蘭物理學(xué)家Pieter Zeeman在1896年發(fā)現(xiàn)的，因此以他的名字命名。

 

當(dāng)原子或分子被置于磁場中時，由于電子的軌道運動和自旋，它們會與磁場相互作用，導(dǎo)致能級的微小變化。這種能級的變化會導(dǎo)致光譜線分裂成幾個分量，這種現(xiàn)象就是塞曼效應(yīng)。塞曼效應(yīng)可以分為兩種類型：

 

正常塞曼效應(yīng)（Normal Zeeman Effect）：當(dāng)磁場與觀測方向垂直時，光譜線分裂成三個分量，這是由于電子的軌道角動量與磁場相互作用的結(jié)果。

 

反常塞曼效應(yīng)（Anomalous Zeeman Effect）：當(dāng)磁場與觀測方向不垂直時，由于電子的自旋也參與與磁場的相互作用，光譜線分裂成更多的分量。

 

 

實際案例： 在使用塞曼效應(yīng)背景校正的石墨爐原子吸收光譜儀中，隨著樣品量的增加，背景值會逐漸升高。但總信號并不會隨著樣品量的增加而增加，特別是在高濃度區(qū)域，總吸收趨于一個恒定值。這導(dǎo)致在扣除背景信號后，樣品信號會隨著樣品量的增加而出現(xiàn)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，進而導(dǎo)致校正曲線非線性。

 

二、校準(zhǔn)曲線的線性范圍限制

 

本質(zhì)原因：某些方法的校正曲線線性范圍相對較窄比如原子吸收光譜分析，通常在1到2個數(shù)量級之間。

 

實際案例： 在食品檢測中，測定食品中的營養(yǎng)成分，如維生素C時，如果標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度選擇不當(dāng)，超出了線性范圍，那么即使樣品中的維生素C含量很低，也可能導(dǎo)致校正曲線非線性，影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性

 

三、相關(guān)系數(shù)不達標(biāo)

 

在建立校正曲線時，相關(guān)系數(shù)（Correlation Coefficient）是一個衡量兩個變量之間線性關(guān)系強度的重要統(tǒng)計參數(shù)。相關(guān)系數(shù)的值通常用字母 "r" 表示，其值的范圍在-1到1之間。相關(guān)系數(shù)接近1或-1的值表示變量之間有很強的線性關(guān)系。相關(guān)系數(shù)接近0的值表示變量之間沒有或非常弱的線性關(guān)系。

在校正曲線的構(gòu)建中，相關(guān)系數(shù)用來衡量預(yù)測值與實際值之間的線性關(guān)系。如果相關(guān)系數(shù)低于某個閾值（這個閾值通常由分析方法或軟件設(shè)定），則意味著預(yù)測值與實際值之間的關(guān)系不夠線性，可能是由于以下幾個原因：

數(shù)據(jù)分散：實驗數(shù)據(jù)點在圖上過于分散，沒有形成明顯的線性趨勢。

非線性關(guān)系：變量之間的關(guān)系可能本質(zhì)上是非線性的，需要使用非線性模型來描述。

 

數(shù)據(jù)質(zhì)量問題：數(shù)據(jù)中可能存在錯誤或異常值，影響了相關(guān)系數(shù)的計算。

 

實驗誤差：實驗操作不當(dāng)或儀器精度不足可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

 

模型不適用：使用的校正模型可能不適合當(dāng)前的數(shù)據(jù)集，需要重新選擇或開發(fā)更合適的模型。

 

軟件方法編輯QCP界面的相關(guān)系數(shù)要求

在許多科學(xué)分析軟件中，如質(zhì)譜（QCP）軟件，用戶可以設(shè)置相關(guān)系數(shù)的最低要求。如果計算出的相關(guān)系數(shù)低于這個設(shè)定值，軟件可能會警告用戶校正曲線的質(zhì)量不高，從而不會自動接受這條校正曲線。這樣做的目的是為了確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

因此，當(dāng)校正曲線上的相關(guān)系數(shù)低于軟件方法編輯QCP界面的相關(guān)系數(shù)要求時，意味著校正曲線不會呈線性，這可能是由于多種因素造成的。在這種情況下，需要進一步調(diào)查和分析數(shù)據(jù)，以確定問題所在，并采取相應(yīng)的措施來改進校正曲線的質(zhì)量。這可能包括重新收集數(shù)據(jù)、檢查實驗操作、清除異常值、選擇更合適的校正模型等。

實際案例：在環(huán)境監(jiān)測中，測定空氣中的污染物濃度時，如果校正曲線的相關(guān)系數(shù)低于分析軟件設(shè)定的閾值，那么即使樣品的濃度在預(yù)期范圍內(nèi)，校正曲線也可能不會呈現(xiàn)線性。

 

四、標(biāo)樣空白值高

 

1.標(biāo)樣空白的吸光度

吸光度（Absorbance, abs）：吸光度是描述光通過樣品后被吸收程度的物理量，通常用abs表示。在原子吸收光譜分析中，吸光度與樣品中待測元素的濃度成正比。

 

標(biāo)樣空白的作用：標(biāo)樣空白用于校正儀器背景噪聲和樣品基體效應(yīng)。通過測量空白樣品的吸光度，可以對實際樣品的吸光度進行校正，從而得到更準(zhǔn)確的分析結(jié)果。

 

2.標(biāo)樣空白吸光度的控制

理想控制值：石墨原子吸收標(biāo)樣空白的吸光度最好能控制在0.005 abs以下。這是因為，如果空白吸光度過高，它將對樣品的吸光度測量產(chǎn)生顯著影響，導(dǎo)致分析結(jié)果的偏差。

 

線性差的原因：如果標(biāo)樣空白的吸光度過高，它可能掩蓋了樣品中待測物質(zhì)的真實吸光度，導(dǎo)致校正曲線的線性差。這是因為在校正曲線的計算中，需要從樣品的吸光度中減去空白樣品的吸光度。如果空白吸光度過高，這種減法操作可能導(dǎo)致誤差增大，從而影響校正曲線的線性。

 

3.排查和降低空白吸光度

排查原因：如果石墨原子吸收標(biāo)樣空白的吸光度大于0.005 abs，需要找到導(dǎo)致吸光度高的原因?？赡艿脑虬ㄔ噭┘兌炔粔?、容器或儀器污染、操作過程中的交叉污染等。

 

降低空白吸光度：找到原因后，需要采取相應(yīng)的措施來降低空白吸光度。這可能包括更換更純的試劑、清潔或更換容器和儀器、改進實驗操作流程等。