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        擴(kuò)散分光光度法測(cè)定蒜粉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中氟化物不確定度評(píng)定

        2021-08-23 12:37:46王力君張明陳秀娜
        化學(xué)分析計(jì)量 2021年7期
        關(guān)鍵詞:測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

        王力君,張明,陳秀娜

        (青海省地質(zhì)礦產(chǎn)測(cè)試應(yīng)用中心,西寧 810008)

        植物樣品中氟化物的含量測(cè)試是生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查的必測(cè)項(xiàng)目之一。氟化物是人體必需的微量元素之一[1],其在動(dòng)植物體內(nèi)不會(huì)發(fā)生生物降解,即便是較低水平的污染,長(zhǎng)期食用也會(huì)在人體內(nèi)大量積累,造成不同程度的危害[2]。植物樣品中氟化物的氟化物含量很低[3],準(zhǔn)確測(cè)量植物樣品中氟化物的含量具有十分重要的意義。目前用于分析植物樣品中氟化物的方法主要有擴(kuò)散分光光度法[2]、離子選擇電極法[4–6]、高溫燃燒水解/離子色譜法[7–10]、氣相色譜法[11]等。

        隨著對(duì)氟化物分析結(jié)果準(zhǔn)確性的要求日益增高,采用測(cè)量不確定度來(lái)表示檢測(cè)結(jié)果的可靠程度越來(lái)越被認(rèn)可[12]。測(cè)量不確定度是指表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性,是與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)[13],是對(duì)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的定量表征,測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度在很大程度上取決于其不確定度的大?。?4]。測(cè)量結(jié)果在附有不確定度說(shuō)明的情況下,才是充分完整并有實(shí)際意義的結(jié)果[15]。

        目前,國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 10022中氟化物的含量只有一個(gè)推薦值(35 μg/g),缺少相應(yīng)的不確定度范圍。筆者采用擴(kuò)散分光光度法測(cè)定國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10022中氟化物的含量,并對(duì)其進(jìn)行不確定評(píng)定,其結(jié)果為(33.67±0.794)μg/g,可以為更多的實(shí)驗(yàn)工作者提供參考。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 測(cè)試方法與評(píng)定依據(jù)

        采用擴(kuò)散分光光度法測(cè)試植物樣中的氟化物,并依據(jù)JJF 1059.1—2012 《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》評(píng)定其不確定度。

        1.2 主要儀器與試劑

        紫外分光光度計(jì):TU–1810型,北京普析通用公司。

        恒溫干燥箱:101–3A型,鶴壁市恒鑫儀器儀表有限公司。

        氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液:500 mg/L,編號(hào)為GSB 07–1266–2000,相對(duì)擴(kuò)展不確定度U=1%(k=2),北京環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所。

        茜素絡(luò)合指示劑、硫酸、丙酮、乙酸鈉、硫酸銀、冰乙酸、硝酸鑭、氫氧化鈉、無(wú)水乙醇:均為分析純,市售。

        氟試劑溶液:0.002 mol/L,準(zhǔn)確稱取0.772 g茜素絡(luò)合指示劑和70 g無(wú)水乙酸鈉置于燒杯中,加入少量水,低溫加熱并攪拌使其溶解,冷卻后加入70 mL冰乙酸后移至1 000 mL棕色容量瓶中,加水稀釋至標(biāo)線,搖勻,低溫避光保存,混合液pH值為4.5左右。

        硫酸銀–硫酸溶液:20 g/L,稱取2 g硫酸銀,溶于100 mL硫酸溶液(3+1)中。

        氫氧化鈉–無(wú)水乙醇溶液:40 g/L,稱取4 g氫氧化鈉,溶于無(wú)水乙醇中并稀釋至100 mL,于4 ℃冷藏保存。

        1.3 實(shí)驗(yàn)原理

        在擴(kuò)散盒的內(nèi)蓋上加入一定量的氫氧化鈉無(wú)水乙醇溶液,使其形成一層均勻分布的薄膜,植物樣品中的氟化物在硫酸和硫酸銀混合溶液的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),將植物樣品中的氟置換成氟化氫,氟化氫經(jīng)過(guò)氫氧化鈉薄膜的吸收被固定,此時(shí)將含有氟的氫氧化鈉薄膜用水多次沖洗至比色管中,加入混合顯色劑,可顯藍(lán)色,顏色深度與氟離子濃度在一定范圍內(nèi)存在線性關(guān)系,當(dāng)pH為4.5時(shí),生成的顏色可穩(wěn)定24 h。

        1.4 實(shí)驗(yàn)方法

        1.4.1 校準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

        用A級(jí)10.00 mL移液管準(zhǔn)確移取10.00 mL 氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液至1 000 mL的A級(jí)容量瓶中,用純水定容,得到質(zhì)量濃度為5 mg/L的氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液Ⅰ。分別移取0.05、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 mL氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液Ⅰ置于擴(kuò)散盒中,加入硫酸–硫酸銀溶液,立即蓋緊蓋子,放入烘箱靜置24 h。

        1.4.2 測(cè)定過(guò)程

        稱取0.2 g國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10022置于擴(kuò)散盒中,加入4 mL水,再加入4 mL硫酸–硫酸銀溶液,立即蓋緊蓋子,放入烘箱靜置24 h。

        將擴(kuò)散盒取出置于相對(duì)水平的平面上,取出盒蓋,用蒸餾水多次沖洗直至完全溶解氫氧化鈉的薄膜,并將此溶液轉(zhuǎn)移至25 mL的A級(jí)具塞比色管中,然后加入5 mL混合顯色劑(硝酸鑭、氟試劑和丙酮按照體積比1∶1∶3混合,現(xiàn)用現(xiàn)配),定容至標(biāo)線,搖勻,在室溫下放置60 min,采用3 cm比色皿,以空白溶液為參比,于620 nm波長(zhǎng)處測(cè)量吸光度。以氟質(zhì)量為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo),繪制校準(zhǔn)曲線,試樣中氟化物的含量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω(F)計(jì),單位以μg/g表示,按照式(1)計(jì)算:

        式中:m1——從校準(zhǔn)曲線上查得試樣溶液中的氟質(zhì)量,μg;

        m0——從校準(zhǔn)曲線上查得空白溶液中的氟質(zhì)量,單位為μg;

        m——試料質(zhì)量,單位為g。

        1.5 數(shù)學(xué)模型

        式中:ρ(F)——試樣中氟化物的質(zhì)量濃度,μg/ mL;

        A——試樣溶液測(cè)得的吸光度;

        a——校準(zhǔn)曲線的截距;

        b——校準(zhǔn)曲線的斜率。

        2 不確定度來(lái)源分析與計(jì)算

        根據(jù)氟化物的測(cè)定過(guò)程和結(jié)果的計(jì)算公式,引入相對(duì)不確定度主要來(lái)自:(1)氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液;(2)氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液配制;(3)試樣溶液配制;(4)試樣溶液重復(fù)性測(cè)定;(5)氟化物標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合;(6)測(cè)量?jī)x器(紫外分光光度計(jì))6個(gè)方面。

        2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(Cs)

        500 mg/L的氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對(duì)擴(kuò)展不確定度U=1%,k=2,則標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度:urel(Cs)=U/k=1%/2=5×10–3

        2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C1)

        用A級(jí)10.00 mL分度移液管準(zhǔn)確移取10.00 mL 500 mg/L的氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液至1 000 mL的容量瓶中,用純水定容,得到濃度為5 mg/L的氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液。

        2.2.1 10 mL移液管的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V1)

        計(jì)量容器的校準(zhǔn)和溫度會(huì)引入相對(duì)不確定度,標(biāo)準(zhǔn)溶液在稀釋過(guò)程中引入的不確定度主要來(lái)源于所用的移液管、容量瓶等計(jì)量容器[16]。依據(jù)JJG 196—2006玻璃量器檢定規(guī)程,按照矩形分布評(píng)定其不確定度。

        (1)10 mL分度移液管的容量允差為±0.05 mL[17],按照矩形分布評(píng)定其不確定度,取k= 3[18],則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        u(V10)=0.05 mL/k=0.028 9 mL

        (2)10 mL分度移液管在吸取溶液時(shí)的估讀讀數(shù)誤差為±0.01 mL[17],取k= 3[18],則其標(biāo)準(zhǔn)確定度:

        u(V10')=0.01 mL/k=0.005 8 mL

        (3)移液管和溶液的溫度與校正時(shí)的溫度不同引起的體積不確定度,設(shè)溫度波動(dòng)為±3 ℃,此時(shí)水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10–4/℃[14],取k= 3[18],則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        u(T10)=10×2.1×10–4×3/k=0.014 6 mL

        因此配制標(biāo)準(zhǔn)溶液過(guò)程中10 mL移液管引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        2.2.2 1 000 mL單標(biāo)線容量瓶的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        urel(V2)

        (1)1 000 mL容量瓶的容量允差為±0.40 mL,按照矩形分布評(píng)定其不確定度,取k= 3,則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        u(V1000)=0.40 mL/k=0.231 mL

        (2)1 000 mL容量瓶在定容時(shí)的估讀讀數(shù)誤差為±0.01 mL,取k= 3,則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        u(V1000')=0.01 mL/k=0.005 8 mL

        (3)設(shè)溫度波動(dòng)為±3 ℃,此時(shí)水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10–4/℃,取k= 3[18],則溫度變化對(duì)1 000 mL容量瓶所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        u(T1000)=1 000×2.1×10–4×3/k=1.454 mL

        因此在配制標(biāo)準(zhǔn)溶液過(guò)程中1 000 mL容量瓶引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        則在稀釋標(biāo)準(zhǔn)溶液的整個(gè)過(guò)程中引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        2.3 試樣溶液配制引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C2)

        2.3.1 10 mL移液管的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V3)

        同2.2.1的計(jì)算方法,計(jì)算得10 mL分度移液管的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        urel(V3)=3.04×10–3

        2.3.2 25 mL比色管的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(V4)

        (1)25 mL比色管的容量允差為±0.25 mL,按照矩形均勻分布評(píng)定其不確定度,取k= 3,則其標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        u(V25)=0.25 mL/k=0.144 mL

        u(V25')=0.05 mL/k=0.028 9 mL

        u(T25)=25×2.1×10–4×3/k=0.91×10–2mL

        因此在試樣溶液配制過(guò)程中25 mL比色管引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        則試樣溶液配制過(guò)程中引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        2.4 重復(fù)性測(cè)定引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel(C3)

        稱取0.200 0 g國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 10022(標(biāo)準(zhǔn)值為35 μg/g)放入塑料擴(kuò)散盒中,按照方法要求重復(fù)測(cè)定10次,評(píng)定重復(fù)測(cè)定引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,測(cè)試結(jié)果列于表1。

        表1 重復(fù)測(cè)定GBW 10022中氟化物濃度數(shù)據(jù)

        2.5 氟化物標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度urel(C4)

        用擴(kuò)散分光光度法測(cè)定國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),其系列標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定結(jié)果列于表2。

        對(duì)表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,計(jì)算得到線性方程y=0.092 8x+0.009 3,相關(guān)系數(shù)為0.999 8,根據(jù)貝塞爾公式[19]計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏差SR=6.40×10–3,標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(C4)按照式(3)計(jì)算:

        式中:SR——標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)偏差,SR=6.40×10–3;

        b——標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率,b=0.092 8;

        n——測(cè)量點(diǎn)個(gè)數(shù),n=8;

        p——樣品測(cè)量次數(shù),p=10;

        ——樣品溶液中氟化物平均測(cè)定值;

        ——系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液平均質(zhì)量濃度;

        ci——標(biāo)準(zhǔn)曲線中各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的質(zhì)量濃度。

        計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        u(C4)=4.58×10–2

        則標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        2.6 測(cè)量?jī)x器引入的不確定度urel(C5)

        查T(mén)U–1810型紫外分光光度計(jì)檢定證書(shū)可知,儀器相對(duì)擴(kuò)展不確定度U=0.7%,k=2,則儀器引起的相對(duì)不確定度urel(C5)=U/k=0.7%/2=3.5×10–3。

        3 不確定度的合成與評(píng)估

        擴(kuò)散分光光度法測(cè)定植物樣品中氟化物的6個(gè)主要不確定度分量列于表3。由表3可知,引起國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中氟化物含量結(jié)果不確定度的主要因素來(lái)源為氟化物標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引入的不確定度,其次是試樣溶液配制引入的不確定度和標(biāo)準(zhǔn)溶液定值引起的不確定度。

        表3 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中氟化物含量的相對(duì)不確定度匯總

        3.1 相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        合成上述分量,得到合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        3.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

        根據(jù)上述分析計(jì)算得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        3.3 擴(kuò)展不確定度

        取置信概率為95%,其中包含因子k=2,此時(shí)擴(kuò)散分光光度法測(cè)定植物樣品中氟化物的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為k·u=0.794 μg/g。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 10022中氟化物的測(cè)量平均值為33.67 μg/g,其擴(kuò)展不確定度urel(C)=(33.67±0.582) μg/g。

        4 結(jié)語(yǔ)

        采用擴(kuò)散分光光度法測(cè)定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 10022中氟化物的結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。結(jié)果表明,對(duì)不確定度貢獻(xiàn)最大的是校準(zhǔn)曲線的擬合,其次為試樣溶液的配制,而其它方面對(duì)不確定度的貢獻(xiàn)相對(duì)較小。因此在使用擴(kuò)散分光光度法測(cè)定植物樣中的氟化物時(shí),可以選擇更為精準(zhǔn)的移液計(jì)量器具,以減少試樣溶液在配置過(guò)程中引起的不確定度,還可以選擇定值更為精準(zhǔn)的氟化物標(biāo)準(zhǔn)溶液,減少因標(biāo)準(zhǔn)溶液定值引入的不確定度,從而提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

        通過(guò)對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10022中氟化物進(jìn)行測(cè)試,確定了GBW10022中氟化物的擴(kuò)展不確定度的范圍,以便為更多的實(shí)驗(yàn)工作者提供可靠的數(shù)據(jù)。

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