張國城　楊　洋

(北京市計量檢測科學(xué)研究院，北京 100029)

0　引言

原子熒光光度計具有分析靈敏度高、干擾少、線性范圍寬、可多元素同時分析等特點，是一種優(yōu)良的痕量分析技術(shù)，在環(huán)保、食品、疾控等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。該儀器是先建立校準曲線再來實現(xiàn)樣品檢測的，無論是該儀器的檢定還是使用，都對校準曲線的線性提出了嚴格的要求。但是，經(jīng)常遇到一些原子熒光光度計經(jīng)計量檢定合格，但是用來檢測樣品時卻誤差很大的情況。為此，本文將詳細討論校準曲線的建立和選取中存在的若干問題，為廣大計量工作者和儀器使用者提供參考。

1　標準曲線的制作

原子熒光光度計標準曲線的制作一般是通過配置一系列不同濃度的溶液，進樣相同體積來進行的(濃度法)。但在比較新型的原子熒光光度計中，不僅實現(xiàn)了自動進樣，而且實現(xiàn)了自動稀釋功能，即可只提供某一高濃度的母液，然后儀器根據(jù)程序設(shè)置每次取不同體積自動稀釋來制備校準曲線(體積法)。那么這兩種不同的制作方法對校準曲線是否有影響呢？

兩種方法的區(qū)別在于待測樣品中待測物質(zhì)/溶劑的比例不同。由于原子熒光光度計溶液中，除了砷等標準物質(zhì)外，還需要加入硫脲等還原劑，濃度法中溶劑的環(huán)境基本是一致的，其優(yōu)點是若溶劑中存在干擾物質(zhì)，則容易與待測物質(zhì)區(qū)別開來。體積法中干擾物質(zhì)也會隨標準系列增加，變化趨勢與待測物質(zhì)可能一致，不容易實現(xiàn)兩者的區(qū)分。另外，濃度法容易實現(xiàn)較大濃度跨度。

總之，體積法和濃度法本質(zhì)上是一致的。但實踐過程中發(fā)現(xiàn)，由于部分人員操作不熟練，用濃度法配置的溶液不甚理想，導(dǎo)致線性相關(guān)系數(shù)較差；而體積法中機器操作則減小了這種人為因素的影響，所以能得到較好的校準曲線。

2　校準曲線的有效期

很多化學(xué)分析儀器在分析之前，需要建立一條校準曲線。校準曲線建立以后，其有效期根據(jù)被檢測對象的復(fù)現(xiàn)性，長的可以幾個月，如液相色譜儀等，短的不到一天甚至只有幾個小時，典型的就是原子熒光光度計。一方面，是因為砷等物質(zhì)需要加入硫脲等還原劑，將其從五價還原到三價，以加快其與硼氫化物反應(yīng)的速度，該還原時間有時比較長。但經(jīng)驗表明，即使是還原充分的砷溶液，若用其他方法表征該溶液可能具有足夠的穩(wěn)定性和重復(fù)性，但是若用原子熒光光度法在不同時段表征時，其熒光信號值仍可能發(fā)生較大變化，即復(fù)現(xiàn)性差。這是因為原子熒光的檢測過程涉及復(fù)雜的動態(tài)化學(xué)反應(yīng)和物質(zhì)傳輸過程，影響因素多，難以克服。所以，為了減少各種因素的干擾，一般要求待測樣品與標準溶液同一天配制，建立的標準曲線有效期很短。

3　線性相關(guān)系數(shù)有效數(shù)字的保留

根據(jù)GB 5750.3—2006《水質(zhì)分析質(zhì)量控制》中8.2.7條款有如下規(guī)定：校準曲線相關(guān)系數(shù)只舍不入，保留到小數(shù)點后出現(xiàn)非9的一位，如0.99989→0.9998。如果小數(shù)點后都是9時，最多保留小數(shù)點后4位。相關(guān)系數(shù)這一有效數(shù)字的處理方法顯然不同于平時數(shù)據(jù)的處理方法，需要引起原子熒光光度計的檢定人員和使用人員的注意，它將影響一條已經(jīng)建立的曲線能否使用。

4　校準曲線的選取

每條校準曲線都有對應(yīng)的線性相關(guān)系數(shù)g ，它一般作為評價校準曲線好壞的標準，對于原子熒光光度計的檢定，要求g ≥0.995，而一般樣品檢測時經(jīng)常要求g ≥0.999。人們往往認為，曲線的線性系數(shù)越高，測量誤差肯定就越小。誠然，測量誤差小則線性系數(shù)肯定高，反之線性系數(shù)高則測量誤差不一定小，需要考慮被測樣品濃度范圍與校準曲線的關(guān)系。

校準曲線建立了兩個物理量之間的線性關(guān)系，但并不意味著兩個物理量在任意范圍內(nèi)都存在相似的關(guān)系，這就是常說的儀器線性范圍。不同儀器有不同的線性范圍，甚至同一儀器在不同狀態(tài)下的線性范圍也有些差別。根據(jù)GBT 21191—2007《原子熒光光譜儀》國家標準，要求儀器線性范圍達到102～103，但實際操作中并不能建立一條跨度如此大的曲線來滿足該范圍內(nèi)樣品的檢測。就像很多分析儀器需要根據(jù)被檢測量的范圍來選擇不同量程一樣，原子熒光光度計也應(yīng)根據(jù)不同被測對象的濃度范圍建立不同的校準曲線，這是提高測量準確性的需要。

首先，對于大部分分析儀器而言，高濃度和低濃度時，儀器的靈敏度有所差別，一般低濃度時算出的靈敏度比較高。所以，建立的校準曲線與待測樣品的靈敏度應(yīng)該相對應(yīng)。

(1)

其中Δxi為濃度實測值與標準值之差，即濃度誤差。所以可以理解為，線性回歸的結(jié)果，是使得校準曲線上各點的濃度誤差值的平方和最小。由于這里考慮的是絕對誤差Δxi，而非相對誤差Δxi/xi，所以，對于曲線兩端不同濃度區(qū)，相同的Δxi引起的Δxi/xi可能差別很大。從相對誤差的角度看，線性回歸的結(jié)果是遷就高濃度，而犧牲低濃度，即使校準曲線線性系數(shù)很高，低濃度測量相對誤差仍然可能超過100％。

因此，在建立原子熒光校準曲線時，需要注意：

1)建立的校準曲線，最好使得待測樣品點落在曲線中部，而不是在曲線兩端，更不應(yīng)在兩端延長線上；2)一般來說，校準曲線的最大與最小校準點間最好不超過10倍；3)若一批待測樣品的量值確實比較分散，則建議分區(qū)間建立多條校準曲線。

5　線性回歸引入的不確定度

原子熒光光度計檢測結(jié)果不確定度評定過程中，往往被忽略卻又占很重要比例的就是線性回歸引入的不確定度。因為標準曲線的建立是通過統(tǒng)計方法來實現(xiàn)的，存在不確定度，因此，通過曲線得到被測樣品的濃度，必然包含了線性回歸所引入的不確定度。

根據(jù)線性回歸不確定度公式(2)，當待測點越偏離校準曲線的中心時，評估得到的不確定度越大(當曲線中各濃度點不是均勻分布時，該中心為所有濃度點的平均值的位置)。

(2)

以某臺原子熒光光度計根據(jù)JJG 939—2009建立砷校準曲線的數(shù)據(jù)為例，數(shù)據(jù)見表1，該校準曲線g =0.999。

表1　某臺原子熒光光度計測量砷的曲線數(shù)據(jù)

選取曲線上若干點(xpred)，利用式(2)(取p=7)計算線性回歸引入的擴展不確定度U和相對擴展不確定度Urel(k=2)，結(jié)果見表2。

表2數(shù)據(jù)表明，越靠近校準曲線兩端，線性回歸引入的擴展不確定度越大；在低濃度端，線性回歸引入的相對擴展不確定度非常大，甚至已經(jīng)超出可接受范圍，而高濃度端由于基值大，得到的相對擴展不確定度值看起來卻很小。這如同前面所討論的，從相對誤差角度看，線性回歸的結(jié)果是遷就高濃度，而犧牲低濃度。因此，當被測樣品濃度靠近校準曲線低濃度端時，需要重新制作與之相匹配的低濃度的校準曲線，否則得到的測量結(jié)果相對誤差和線性回歸相對擴展不確定度將會很大。相比之下，當樣品濃度靠近校準曲線高濃度端時，只要其仍在儀器的線性范圍內(nèi)，測量結(jié)果相對誤差和線性回歸相對擴展不確定度卻相對可以接受。

表2　校準曲線上若干點的線性回歸擴展不確定度

6　結(jié)論

由于原子熒光光譜儀檢測過程的復(fù)雜性，導(dǎo)致不同時段溶液熒光值復(fù)現(xiàn)性差，校準曲線有效期短；需要根據(jù)待測樣品的濃度建立相匹配的校準曲線，盡量使得測量值落在曲線中部而不是兩端，特別是當待測樣品量值處于校準曲線低濃度端時，其測量結(jié)果的相對誤差和線性回歸引起的相對不確定度會很大。因此，如果說計量是儀器量值準確的保障，那么建立合理的校準曲線，是實現(xiàn)原子熒光量值準確測量的前提。

[1]艾明澤，肖哲主編.化學(xué)計量.北京：中國計量出版社，2007

[2]JJG 939—2009 原子熒光光度計計量檢定規(guī)程

[3]GB 5750.3—2006《水質(zhì)分析質(zhì)量控制》

[4]GB/T 21191—2007 《原子熒光光譜儀》

[5]李慎安，等.化學(xué)實驗室測量不確定度.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007