痕量分析基础.ppt
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1、痕量分析基础痕量分析基础现在学习的是第1页,共143页第一节第一节 痕量分析的基本概念痕量分析的基本概念表表2-1 2-1 测定组分的含量测定组分的含量被测组分含量g/g常量微量痕量超痕量11000.0110.00010.010.000110410610210411000.1g0.010.1g0.110mg10mL110mL0.011mL0.01mL现在学习的是第3页,共143页一、痕量分析中表示组分含量常用的符号一、痕量分析中表示组分含量常用的符号 1.1.1.1.重量单位表示法重量单位表示法重量单位表示法重量单位表示法表表2-3 2-3 词头词头因数中文名称符号101810151012 1
2、09106103101103106109101210151018阿飞皮纳微毫十千兆吉太拍艾afpnmdakMGTPE现在学习的是第4页,共143页 2.2.浓度单位表示法浓度单位表示法 用用g/mL、ng/mL、pg/mL、mg/L、ng/L(质量浓度)、(质量浓度)、g/g、ng/g和和pg/g(质(质量分数)来表示组分含量。量分数)来表示组分含量。现在学习的是第5页,共143页 二、痕量分析方法的评价二、痕量分析方法的评价 任何一种分析测定方法,根据其使用的对象和任何一种分析测定方法,根据其使用的对象和要求,都应有相应的效能指标。要求,都应有相应的效能指标。一般常用的分析效能评价指标包括:
3、一般常用的分析效能评价指标包括:检出限、定检出限、定量限、灵敏度、准确度、精密度、选择性、线性量限、灵敏度、准确度、精密度、选择性、线性与范围、重现性、耐用性等;与范围、重现性、耐用性等;测定方法的效能指测定方法的效能指标可以作为对分析测定方法的评价尺度也可以作标可以作为对分析测定方法的评价尺度也可以作为建立新的测定方法的实验研究依据。为建立新的测定方法的实验研究依据。现在学习的是第6页,共143页 1.1.检出限(检出限(Detection LimitDetection Limit)(1)检出限的定义检出限的定义 检出限以浓度(或质量)表示,是指由检出限以浓度(或质量)表示,是指由特定的分析
4、步骤能够合理地检测出的最小分特定的分析步骤能够合理地检测出的最小分析信号析信号x xL L求得的最低浓度求得的最低浓度c cL L(或质量(或质量q qL L)。)。现在学习的是第7页,共143页 国际纯粹和应用化学联合会国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)规定检出限为:规定检出限为:信号为空白测量值信号为空白测量值(至少至少20次次)的标准偏差的的标准偏差的3倍所对应的浓度倍所对应的浓度(或或质量质量)。现在学习的是第8页,共143页(2)检出限的确定检出限的确定配制配制1份浓度为份浓度为cb、接近于空白值的标准溶、接近于空白值的标准溶液,测量液,测量20次以上,得到平均信号次以上,得到平
5、均信号 ,求出,求出测量信号的标准偏差测量信号的标准偏差Sb。用下式计算出检出限(用浓度表示)用下式计算出检出限(用浓度表示)空白指与待测样品组成完全空白指与待测样品组成完全一致但不含待测组分的样品。一致但不含待测组分的样品。现在学习的是第9页,共143页 检出限一般有仪器检出限、分析方法检出限之分。检出限一般有仪器检出限、分析方法检出限之分。仪器检出限仪器检出限是指分析仪器能检出与噪音相区别的小信是指分析仪器能检出与噪音相区别的小信号的能力。号的能力。方法检出限方法检出限不但与仪器噪音有关,而且还决定于不但与仪器噪音有关,而且还决定于方法全部流程的各个环节,如取样,分离富集,测定方法全部流程
6、的各个环节,如取样,分离富集,测定条件优化等,即分析者、环境、样品性质等对检出限条件优化等,即分析者、环境、样品性质等对检出限也均有影响,实际工作中应说明获得检出限的具体条也均有影响,实际工作中应说明获得检出限的具体条件。件。现在学习的是第10页,共143页 检出限过去也称为检出极限,检测限,测检出限过去也称为检出极限,检测限,测定极限,波动浓度极限等定极限,波动浓度极限等 。现在学习的是第11页,共143页2.2.灵敏度灵敏度(Sensitivity)(Sensitivity)IUPAC规定灵敏度为:规定灵敏度为:待测物浓度待测物浓度(或质量或质量)改改变一个单位时所引起的测量信号的变化量。
7、变一个单位时所引起的测量信号的变化量。用用m表表示,示,。检出限与灵敏度的关系检出限与灵敏度的关系现在学习的是第12页,共143页例例1 1:火焰原子吸收光谱法检出限及自来水中钙、镁的:火焰原子吸收光谱法检出限及自来水中钙、镁的测定测定 一、一、仪器设备与试剂材料仪器设备与试剂材料 1仪器:仪器:WFX-1F2B型或型或WFX-110型原子吸收分光光度型原子吸收分光光度计计 2试剂:试剂:(1)1.0mgmL-1镁标准贮备溶液镁标准贮备溶液 (2)1.0mgmL-1钙标准贮备溶液钙标准贮备溶液 (3)50gmL-1镁标准工作液镁标准工作液 (4)50gmL-1钙标准工作液钙标准工作液现在学习的
8、是第13页,共143页二、实验步骤二、实验步骤1 1镁标准系列的配制:分别准确移取镁标准系列的配制:分别准确移取0.00,0.20,0.40,0.60,0.80,1.00mL的的50gmL-1镁标准工作液于一系列镁标准工作液于一系列50mL容量瓶中,容量瓶中,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀,备用。用蒸馏水稀释至刻度,摇匀,备用。2钙标准系列的配制:分别准确移取钙标准系列的配制:分别准确移取0.00,1.00,2.00,3.00,4.00,5.00mL的的50gmL-1钙标准工作液于一系列钙标准工作液于一系列50mL容量瓶中,用容量瓶中,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀,备用。蒸馏水稀释至刻度,摇匀,备用。3
9、检出限实验试验溶液的配制:检出限实验试验溶液的配制:(1)0.01gmL-1镁标准溶液配制:采用逐级稀释,用镁标准溶液配制:采用逐级稀释,用50gmL-1的镁标准工作液配制的镁标准工作液配制100mL的的0.01gmL-1的试验溶液,备用。的试验溶液,备用。(2)0.05gmL-1钙标准溶液配制:配制方法同镁试验溶液钙标准溶液配制:配制方法同镁试验溶液4.仪器参数设置(略)仪器参数设置(略)现在学习的是第14页,共143页5 5灵敏度的测定灵敏度的测定 按仪器操作步骤分别对镁标准系列和钙标准系列进按仪器操作步骤分别对镁标准系列和钙标准系列进行测定,记录吸光度。行测定,记录吸光度。6 6检出限的
10、测定检出限的测定 分别对镁、钙的试验溶液和空白溶液连续进行分别对镁、钙的试验溶液和空白溶液连续进行1010次以上交替测量,记录吸光度。次以上交替测量,记录吸光度。7 7自来水中镁、钙的测定自来水中镁、钙的测定 分别测定自来水中镁、钙的吸光度值,记录。分别测定自来水中镁、钙的吸光度值,记录。现在学习的是第15页,共143页五、数据处理五、数据处理 1灵敏度灵敏度 由镁、钙各自的标准系列浓度和吸光度值绘制标准校正曲线,由镁、钙各自的标准系列浓度和吸光度值绘制标准校正曲线,求斜率,计算灵敏度值求斜率,计算灵敏度值m。2检出限检出限 检出限计算公式:检出限计算公式:其中其中 cL为元素的检出限(为元素
11、的检出限(gmL-1););Sb为空白吸光度标准偏差。为空白吸光度标准偏差。用以上公式分别计算镁、钙的检出限。用以上公式分别计算镁、钙的检出限。现在学习的是第16页,共143页3.3.定量限(定量限(Limit of Quantitative Limit of Quantitative DeterminationDetermination,LQD)LQD)是指在保证具有一定可靠性是指在保证具有一定可靠性(一定准确度和精密一定准确度和精密度度)的前提下,分析方法能够测定出的样品中待测物的的前提下,分析方法能够测定出的样品中待测物的最低浓度。表示分析方法定量分析时实际可以测定的极最低浓度。表示分析
12、方法定量分析时实际可以测定的极限。限。它反映了分析方法测定低浓度样品时具有的可靠它反映了分析方法测定低浓度样品时具有的可靠性。性。现在学习的是第17页,共143页 1984 1984年,年,IUPACIUPAC规定其定义为:规定其定义为:定量限为信号空定量限为信号空白测量值标准偏差的白测量值标准偏差的1010倍所对应的浓度倍所对应的浓度(或质量或质量)。当待测物的含量当待测物的含量 LQDLQD,才可准确测定,所得分,才可准确测定,所得分析结果才有可靠性。对于痕量分析,希望检出限和定量析结果才有可靠性。对于痕量分析,希望检出限和定量限越小越好。限越小越好。现在学习的是第18页,共143页定量限
13、与检出限的区别:定量限与检出限的区别:定量限定量限是是定量定量分析方法实际可能测定的某组分分析方法实际可能测定的某组分的下限。的下限。检出限检出限是指产生一个能可靠地被是指产生一个能可靠地被检出检出的分的分析信号所需要的某元素的最小浓度或含量。析信号所需要的某元素的最小浓度或含量。1.1.因为当元素在试样中的含量相当于方法的检出限时,因为当元素在试样中的含量相当于方法的检出限时,虽然能可靠地检测其分析信号,证明该元素在试样中确虽然能可靠地检测其分析信号,证明该元素在试样中确实存在,实存在,但定量测定的误差可能非常大,但定量测定的误差可能非常大,测量的结测量的结果仅具有定性分析的价值。果仅具有定
14、性分析的价值。现在学习的是第19页,共143页 2.2.与与检出限检出限不同,定量不同,定量限不仅受到测定噪声限制,限不仅受到测定噪声限制,而且还受到空白背景绝对水平的限制,只有当分析而且还受到空白背景绝对水平的限制,只有当分析信号比噪声和空白背景大到一定程度时才能可靠地信号比噪声和空白背景大到一定程度时才能可靠地分辨与检测出来。分辨与检测出来。噪声和空白背景越高,实际能测定的浓度就越高,噪声和空白背景越高,实际能测定的浓度就越高,说明高的噪声和空白背景值会使定量限变坏。说明高的噪声和空白背景值会使定量限变坏。定量限在数值上总应高于检出限。定量限在数值上总应高于检出限。定量限还称为测定限、检测
15、下限。定量限还称为测定限、检测下限。现在学习的是第20页,共143页4.4.准确度准确度(Accuracy)(Accuracy)表示测量值接近真实值的程度。表示测量值接近真实值的程度。用来用来表示分表示分析方法测量的正确性。析方法测量的正确性。由于由于“真实值真实值”无法准确知道,因此,通常无法准确知道,因此,通常采用回收率试验来表示。采用回收率试验来表示。(1)加标回收率()加标回收率(P)的类型)的类型 有空白加标回收率和样品加标回收率两种。有空白加标回收率和样品加标回收率两种。现在学习的是第21页,共143页空白加标回收率:空白加标回收率:在没有被测物质的空白样品基质中在没有被测物质的空
16、白样品基质中加入定量的标准物质,按样品的处理步骤分析,得到加入定量的标准物质,按样品的处理步骤分析,得到的结果与理论值的比值即为空白加标回收率。的结果与理论值的比值即为空白加标回收率。现在学习的是第22页,共143页 样品加标回收:样品加标回收:相同的样品取两分,其中一份加相同的样品取两分,其中一份加入定量的待测成分标准物质;两份同时按相同的入定量的待测成分标准物质;两份同时按相同的分析步骤分析,加标的一份所得的结果减去未加分析步骤分析,加标的一份所得的结果减去未加标一份所得的结果,其差值同加入标准的理论值标一份所得的结果,其差值同加入标准的理论值之比即为样品加标回收率。之比即为样品加标回收率
17、。回收率结果越接近回收率结果越接近100100表明分析方法准确度表明分析方法准确度越高。越高。现在学习的是第23页,共143页(2 2)测定回收率的要求)测定回收率的要求 A.分析时,一般控制回收率范围应为分析时,一般控制回收率范围应为85-115(待测待测物浓度物浓度200ugL)及及80%-120(待测物浓度待测物浓度200ugL)。B.测定液要配制成高、中、低三种浓度,每个浓度测定液要配制成高、中、低三种浓度,每个浓度测定测定3-5次,求出每种浓度的平均测定值次,求出每种浓度的平均测定值M,且,且RSD应应符合要求。由于预先要准确测定样品空白值或原含有的符合要求。由于预先要准确测定样品空
18、白值或原含有的待测物量,因此也应测定待测物量,因此也应测定3-5次,求其平均值次,求其平均值M0,且,且RSD应符合要求。应符合要求。回收率的回收率的RSD一般应为一般应为2以内。以内。现在学习的是第24页,共143页 C.加标后的测定值不得超出方法的测定上限,测定上加标后的测定值不得超出方法的测定上限,测定上限指校正曲线直线部分的变曲点相应的浓度值。限指校正曲线直线部分的变曲点相应的浓度值。加标量应与样品中待测物质的浓度水平相等或加标量应与样品中待测物质的浓度水平相等或相近,一般为样品含量的相近,一般为样品含量的0.50.52 2倍,在任何情况下,倍,在任何情况下,加标量不能大于样品中待测物
19、含量的加标量不能大于样品中待测物含量的3 3倍。倍。现在学习的是第25页,共143页 5.5.精密度精密度 系指用该法测定同一匀质样品的一组测量值彼此系指用该法测定同一匀质样品的一组测量值彼此符合的程度。它们越接近就越精密。符合的程度。它们越接近就越精密。在痕量分析中,常用在痕量分析中,常用 标准标准(偏偏)差差(standard deviation,SD或或S);相对标准相对标准(偏偏)差差(relative standard deviation,RSD),也称,也称变异系数变异系数(coefficient of variation,CV),表示。,表示。现在学习的是第26页,共143页 痕
20、量分析时,常用痕量分析时,常用RSD表示精密度,表示精密度,并可细分并可细分为批内为批内(或日内或日内)精密度及批间精密度及批间(或日间或日间)精密度。精密度。批内精密度批内精密度(within-run precision):是同一次测定的是同一次测定的精密度。通常采用高、中、低三种浓度的同一样品各精密度。通常采用高、中、低三种浓度的同一样品各7-10份,每种浓度的样品按所拟定的分析方法操作,一次份,每种浓度的样品按所拟定的分析方法操作,一次开机后,一一测定。计算每种浓度样品的开机后,一一测定。计算每种浓度样品的SD值及值及RSD值。批内精密度也可视为日内精密度值。批内精密度也可视为日内精密度
21、(with-in-day precision)。所得所得RSD应争取达到应争取达到5以内,但不能超过以内,但不能超过10%。现在学习的是第27页,共143页 批间精密度批间精密度(between-run precision):是不同次测定是不同次测定的精密度。通常采用高、中、低三种浓度的同一样品,每的精密度。通常采用高、中、低三种浓度的同一样品,每种浓度配制种浓度配制7-10份,置冰箱冷冻。自配制样品之日开份,置冰箱冷冻。自配制样品之日开始,按所拟定的分析方法操作,每天取出一份测定,始,按所拟定的分析方法操作,每天取出一份测定,计算每种浓度样品的计算每种浓度样品的SD值及值及RSD值。批间精密
22、度也可值。批间精密度也可视为日间精密度视为日间精密度(day to day precision)。所得所得RSD应控制在应控制在15以内。以内。现在学习的是第28页,共143页标准偏差标准偏差 在统计学中,常用总体标准偏差来衡量精密度,总体标准偏差也在统计学中,常用总体标准偏差来衡量精密度,总体标准偏差也称为均方根偏差,常用称为均方根偏差,常用表示。表示。为无限多次测定的平均值(总体平均值);当消除系统为无限多次测定的平均值(总体平均值);当消除系统误差时,误差时,即为真实值。即为真实值。现在学习的是第29页,共143页 然然而而在在实实际际工工作作中中n是是有有限限的的,因因此此,对对一一组
23、组数数据据的的标标准准偏偏差,称为样本标准偏差,常用差,称为样本标准偏差,常用S表示:表示:样本标准偏差样本标准偏差 :相对标准偏差相对标准偏差(变异系数)(变异系数):现在学习的是第30页,共143页例例2 2:分析某铁矿中铁的含量,五次分析结果为:分析某铁矿中铁的含量,五次分析结果为37.4537.45、37.2037.20、37.3037.30、37.5037.50、37.2537.25,试计算标准偏差、相对标准偏差。试计算标准偏差、相对标准偏差。答案:答案:S S0.130.13 CVCV0.350.35现在学习的是第31页,共143页 6 6选择性选择性(selectivity)(s
24、electivity)是指在样品介质中有其他组分共存时该分析方法对是指在样品介质中有其他组分共存时该分析方法对供试物质准确而专属的测定能力。供试物质准确而专属的测定能力。它与它与专属性专属性(specificity)的含义稍有不同。专属性是的含义稍有不同。专属性是指一种方法仅对一种分析成分产生唯一信号;选择性则可指一种方法仅对一种分析成分产生唯一信号;选择性则可对多种化学成分产生不同响应,而主要成分的响应可与其对多种化学成分产生不同响应,而主要成分的响应可与其它响应区分。它响应区分。现在学习的是第32页,共143页 因此,因此,选择性选择性是指该法用于复杂样品分析时相互干是指该法用于复杂样品分
25、析时相互干扰程度的量度。扰程度的量度。在痕量分析中考察一个分析方法的选择性时,应在痕量分析中考察一个分析方法的选择性时,应着重考虑杂质、降解产物、相关化合物以及基质等其着重考虑杂质、降解产物、相关化合物以及基质等其他组分是否对被测物的测定有干扰。一般,通过添加他组分是否对被测物的测定有干扰。一般,通过添加上述物质的样品与未曾添加的样品所得分析结果进行上述物质的样品与未曾添加的样品所得分析结果进行比较而确定。比较而确定。现在学习的是第33页,共143页 7 7线性与范围线性与范围 (linearity and range)(linearity and range)分析方法的线性分析方法的线性是在
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