——无机元素定量分析过程中的不确定度评估

公开课现场

  分析测试百科网讯 2017年12月21日，由北京大学、首都科技条件平台北京大学研发实验服务基地、北京科学仪器装备协作服务中心主办，分析测试百科网协办的“首都科技条件平台北京大学课程第五讲：你的实验数据靠谱吗？——无机元素定量分析过程中的不确定度评估”在北京大学化学与分子工程学院中区多功能厅开讲。

　　北京大学分析测试中心 张莉

　　本次公开课的主讲人为北京大学分析测试中心、北京大学化学与分子工程学院无机化学博士张莉，她的主要应用方向为原子光谱在材料化学和生物化学中的应用。

　　报告从元素定量分析和不确定度的测定两个方面展开。

　　元素定量分析

　　选仪器

　　目前常用的元素分析方法主要有两大类，一类主要包括XRF（半定量，有标样分析）、EDS、SIMS、XPS（半定量，表面分析）、UPS。另一类主要包括：AES，原子发射光谱，与色谱联用可进行形态分析；AFS，原子荧光光谱，主要用于11种易气化元素，检出限ppb；AAS，原子吸收光谱，分为火焰原子吸收FAAS和石墨炉原子吸收GFAAS两类，检出限分别为ppm-ppb，ppb-ppt；其他方法，包括ICP-MS检出限ppb-ppt，主要用于阴离子检测的离子色谱，有机元素分析，测汞仪，卤素分析仪以及碳硫分析仪。

　　原子吸收光谱仪仪器组成包括光源、原子化系统、单色器、检测器、放大器以及读数器。ICP-OES可代替FAAS，可进行ppm-ppb级别的定量分析，缺点是样品要经过消解，会有损失。ICP-MS可替代GFAAS，可测元素74种，与LC联用可做形态分析，可进行ppb-ppt级别的定量分析，样品同样需要消解，可测纳米颗粒并进行单细胞分析。ICP-MS应用领域包括核工业、地质学、医药及生理分析、化工石化、环境、半导体等。

　　找方法

　　元素分析中样品的形态主要为固态和液态，固体还分为粉末、纤维、硅基等基底的镀层等，而液体样品可能会有水溶液、高盐样品、生物样品、有机样品等。称取的固体样品要已经干燥并且是均匀的，具有代表性的；样品中待测元素完全分解进入溶液；无论是湿法或干法灰化，都要避免损失；如使用分离富集，则要完全；避免污染，包括实验室环境、试剂、器皿和水；熔融时要考虑总固体溶解量注意雾化器堵塞与背景问题。

　　样品预处理方法主要有5种，湿法消解、熔融、干法灰化、高压消解、微波消解。湿法消解时酸要根据不同的元素选择硝酸、盐酸、氢氟酸或是混酸，注意元素之间的反应，以及背景影响。其他不同的前处理方法也要恰当选择。

　　除了要选择恰当的前处理方法外，还要选择合理的仪器条件和分析方法。包括雾化气流量，合适的泵速；要根据灵敏度、线性范围以及可能的干扰选择多条谱线；定量参数，包括积分时间，重复次数等；进样系统也要根据样品的不同进行选择和优化。

　　仪器测量方法包括：标准曲线法，常用于基体比较简单的溶液分析；外标法，空白加标准溶液，科研样品不适用，因为科研样品一般没有标样；内标法（核查）；标准加入法，复杂基体样品和高纯材料等杂质元素分析；氢化物发生法，易挥发元素；基体匹配法，了解样品的主要成分和浓度；加标回收的方法，核查标准物质。

　　测定不确定度

　　测量误差是指测量值与真值之差，容易造成逻辑混乱和实际操作中定量的困难。1993年ISO组织与其他7个国际组织发布了GUM，统一了不确定度的概念及其数学处理方法。不确定度是衡量一个实验室数据质量高低的定量指标。测量不确定度，表征合理赋予被测量之值的分散性，是与测量结果相联系的参数。测量不确定度分为4类：可以用统计方法进行评定的，不能用统计方法进行的不确定度分量，合成不确定度，扩展不确定度。

　　无机元素定量分析中不确定度的来源主要有7个：测量结果重复性、方法回收率、样品空白、标准曲线、校准溶液浓度、体积、质量。

　　公开课后，大家到张莉实验室进行了参观。

　　参观实验室

　　实验室中的PerkinElmer NexION 350X ICP-MS