(高清版)GBT 7729-2021 冶金產品化學分析 分光光度法通則

代替GB/T7729—1987冶金產品化學分析分光光度法通則2021-08-20發(fā)布國家市場監(jiān)督管理總局I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件代替GB/T7729—1987《冶金產品化學分析分光光度法通則》,與GB/T7729—1987相比，除結構調整和編輯性改動外，主要技術變化如下：a)增加了“規(guī)范性引用文件”(見第2章);b)增加了“試劑和材料”(見第5章);c)刪除了“分光光度法的制(修)訂”(見1987年版的第5章);d)增加了“儀器操作方法”(見第7章);e)增加了“待測樣品制備”(見第8章);f)增加了“測量”(見第9章);g)增加了“附錄A分光光度法基本定律”(見附錄A)。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會提出。本文件由全國鋼標準化技術委員會(SAC/TC183)歸口。本文件起草單位：鋼研納克檢測技術股份有限公司、鋼鐵研究總院、馬鞍山市產品質量監(jiān)督檢驗所、冶金工業(yè)信息標準研究院。本文件所代替文件的歷次版本發(fā)布情況為：——本文件于1987年首次發(fā)布，本次為第一次修訂。1冶金產品化學分析分光光度法通則本文件規(guī)定了冶金產品化學分析用分光光度法(以下簡稱光度法)的原理、試劑和材料、儀器設備、儀器操作方法、待測樣品制備、測量和精密度。本文件適用于冶金產品化學分析用光度法的應用、研究、人員培訓。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T6379.1測量方法與結果的準確度(正確度與精密度)第1部分：總則與定義GB/T6379.2測量方法與結果的準確度(正確度與精密度)第2部分：確定標準測量方法重復性與再現(xiàn)性的基本方法GB/T6682分析實驗室用水規(guī)格和試驗方法GB/T8322分子吸收光譜法術語GB/T26798單光束紫外可見分光光度計GB/T26810可見分光光度計GB/T26813雙光束紫外可見分光光度計3術語和定義GB/T8322界定的術語和定義適用于本文件。分光光度計采用一個可以產生多個波長的光源，通過系列分光裝置，從而產生特定波長的光，光透過被測樣品后，部分光被吸收，計算樣品的吸光值，從而轉化成樣品的濃度，樣品的吸光值與樣品的濃度成正比。分光光度法基本定律見附錄A。5試劑和材料5.1試劑實驗用試劑，在沒有注明其他要求時，均指分析純或分析純以上試劑。實驗用水應符合GB/T定的一級水。6682中規(guī)定的二級或三級水。進行痕量分析時應使用符合GB/T6682規(guī)26儀器設備6.1基本要求用于光度法的分光光度計應滿足GB/T26798、GB/T26810、GB/T26813的要求，同時最少應具備以下三種功能：a)產生所選擇波長的光束并控制帶寬；b)待測溶液置于光路中；c)測量光強度。6.2儀器構造光源是產生光能的設備。常用分光光度計的光源要能夠產生連續(xù)光譜，提供光度法需要的光譜區(qū)內的所有波長光能?？梢姺止夤舛扔嫷墓庠闯Ｓ面u燈即鹵鎢燈(波長范圍約380nm～780nm),紫外分光光度計的光源常用鎢燈和氘燈(波長范圍約180nm～1000nm)。光源應有良好的穩(wěn)定性。鎢燈應經常進行檢查，以保持光譜組成的穩(wěn)定性。波長選擇器是能從光輻射能譜中分離出一定波長范圍的波帶，并能隨需要選擇波帶的裝置。波長選擇器分固定波長選擇器和連續(xù)變化波長的選擇器兩類。固定波長選擇器通常稱濾光片。在光路中，放置適當?shù)臑V光片可實現(xiàn)波長的選擇。最常用的是玻璃濾光片，它對光和熱有良好的穩(wěn)定性。連續(xù)變化波長的選擇器，光束通過色散元件，借助于調節(jié)機械裝置，實現(xiàn)波長的連續(xù)變化和選擇。常用色散元件是棱鏡和光柵。光柵是線性色散。棱鏡的色散率隨波長不同而變化，但它比較容易消除光輻射的漫散射。石英棱鏡適用于紫外光區(qū)、可見光區(qū)和近紅外光區(qū)。在可見光區(qū)，玻璃棱鏡的色散率大于石英棱鏡，所以，可見光區(qū)常采用玻璃棱鏡。波長選擇器的出口狹縫，一般是可調的，通常調到和入口狹縫相同的寬度。狹縫的寬度是分光光度計的參數(shù)之一。常用的吸收皿是玻璃吸收皿和石英吸收皿。玻璃吸收皿用于可見光區(qū)和近紅外光區(qū)。石英吸收皿適用于近紫外光區(qū)、可見光區(qū)和近紅外光區(qū)(180nm～1000nm波長范圍)。光輻射所經吸收皿的兩壁應相互平行。常用分光光度計能使用幾種規(guī)格的吸收皿。使用幾只吸收皿做光度測定時，皿的長度應作校正。校正時將吸光度約為0.4的溶液分別注入校正皿和具有準確光程長度的標準皿中，測定吸光度。以標準皿的吸光度為1.0,求出校正皿吸光度相對于標準皿的校正系數(shù)。使用校正皿進行測定時，其所測溶液的實際吸光度為吸光度測定值與校正系數(shù)的乘積。檢測器是檢測通過溶液后的光強度并將其轉換為電訊號的部件。常由光電管、光電倍增管或光電3二極管及其電路組成。常用分光光度計，由檢測器輸出的電訊號，在顯示器表頭上表示為吸光度(A)或透射率(T),或者同時表示出這兩種光度讀數(shù)。一些分光光度計的顯示器直接給出以濃度表示的分析結果或其他信息。6.3主要儀器類型6.3.1雙光束分光光度計這類儀器顯示出的光度讀數(shù)，是相同時刻下透射過樣品溶液的光強度與透射過參比溶液的光強度之比，所以同時使用兩束光進行測量。通常，從同一光源分出的兩束光分別投射到兩個對稱的檢測器上，或者都投射到一個檢測器上。在使用一個檢測器時，該檢測器交替地接收兩束光能。對該系統(tǒng)來說，交替的頻率相當高，可以視為兩束光能的比較是同時進行的。6.3.2單光束分光光度計儀器顯示出的光度讀數(shù)，是相繼測定透射過樣品溶液的光強度與透射過參比溶液的光強度而得到的。6.4儀器性能指標儀器性能指標包括：a)波長的準確性：光學濾光片吸收曲線最大吸光度處的波長，或者低壓汞燈或氘燈的發(fā)射線最大強度處的波長，與給定標準波長之間的偏差。b)波長設定的重復性：低壓汞燈或氘燈發(fā)射線，或光學濾光片的吸收曲線重復測量時，波長測量值的方差。c)分辨率：單色器發(fā)射狹縫發(fā)出的單色光的光譜帶寬(以波長為單位)。測量低壓汞燈或氘燈發(fā)射的譜線，最大發(fā)射強度一半處的波長之差。d)雜散光：除設定波長外其他波長的總強度與波長選擇部分發(fā)射的光強度的比率?？墒褂脼V光片測量雜散光。e)分光光度計的準確性：測量標準物質的透射率或吸光度，以測量值和校準值之差表示分光光度計的準確性。f)分光光度計重復性：選擇穩(wěn)定性較好的樣品，測量其透射率或吸光度。然后取出樣品再放入并測量。重復多次測量，以測量值之間的差異表示分光光度計的重復性。g)基線的穩(wěn)定性：固定特定的測量條件，不放置樣品，測量“0”吸收處的吸光度，以規(guī)定測量時間內吸光度的波動表示基線的穩(wěn)定性。h)基線的平直性：不放置樣品，掃描特定波長區(qū)間并測量吸光度或透射率，測量值的波動范圍即為基線的平直性。i)噪聲水平：固定測量條件，測量未放置樣品時的吸光度，噪聲水平為短時間內測量值的波動。7儀器操作方法7.1儀器安裝條件儀器安裝應符合下列要求(或遵循儀器安裝說明書):a)附近沒有產生強磁場、強電場、高頻輻射等的設備；4b)沒有強振動或連續(xù)振動；c)應沒有灰塵，沒有腐蝕性氣體，沒有陽光直射；d)室溫為15℃~35℃,相對濕度為30%～80%。7.2儀器操作條件的建立7.2.1測量模式的選擇和設置測量值應為透射率、反射比、吸光度等與能量相關的量值，或者依照儀器的操作手冊設置。7.2.2測量波長的選擇和設置波長也可以用波數(shù)(cm-1)、能量(eV)、頻率(Hz)等單位替代。繪制顯色劑和吸光物質的分子吸收光譜，以確定吸收波長和最佳對比度。一般選擇的波長位于吸收曲線最大吸收峰范圍之內。在有些情況下，如最大吸收峰很尖銳，或在最大吸收峰范圍內有其他吸光物質的干擾等，則不在吸收曲線最大吸收峰處工作，選擇吸收曲線另外的吸收峰或其他平坦部分。根據所用分光光度計的最佳量程，選擇合適的吸收皿規(guī)格。7.3測量準備測量準備工作應按以下步驟進行：a)確認設備是否穩(wěn)定運行；b)在雙光束法的樣品光路和單光束法的光路中放置(或啟用)遮光板來切斷光路，然后將透射率的示值調至0;c)然后取下(或關閉)遮光板，將透射率的示值調至100;d)重復b)和c)所示的操作，確認沒有示值的波動。如果設備具有自動實施a)～d)操作的功能時，按照設備手冊進行操作。在設備使用光電二極管檢測器的情況下，有些設備需進行輸出零校正。7.4測量方法7.4.1雙光束法測量方法雙光束法測量應按以下方式進行：a)分別將兩個參比樣品放到樣品光路和參比光路，將透射率調整到100或者將吸光度調整到0。在沒有參比樣品的情況下也可以進行此操作，可以通過數(shù)據處理獲得等效的結果；b)分別將待測樣品和參比樣品放到樣品光路和參比光路中，讀取透射率或者吸光度。在沒有參比樣品的情況下操作時，可以通過數(shù)據處理獲得等效的透射率或者吸光度；c)如果需要，校準吸收皿的空白值。7.4.2單光束法測量方法單光束法測量應按以下方式進行：a)將參比樣品放到光路中，將透射率調到100或者將吸光度調到0;b)將目標樣品放到光路中，測量透射率或者吸光度；c)如果需要，重復上述a)和b)的操作，確認讀數(shù)分散性較??；d)如果必要，校準吸收皿的空白值。57.4.3吸收皿空白值的測量在測量波長范圍內，樣品吸收皿和參比吸收皿最好具有相同的光學特征。在光學特征值不完全相同但差異較小的情況下，需要測量吸收皿的空白吸收值，再進行校準。如果設備具有基線校準功能，就不需要校準吸收皿空白值。在樣品吸收皿和參比吸收皿中放入相同的溶液(在測量波長的吸收值要小),分別作為為待測樣品和參比樣品，按照7.4.1或7.4.2的方法進行操作。當測量結果為透射率時，將其換算為吸光度。將獲得的值作為樣品吸收皿對參比吸收皿的空白吸收值。當吸收皿的空白值確定之后，在同組數(shù)據中要用相同的吸收皿組合。8待測樣品的制備8.1試液制備樣品應采取合適的方式進行前處理，轉換成試液。8.2顯色劑的選擇與待測元素生成吸光物質的試劑(即顯色劑)對待測元素應具有特效性。8.3適用范圍吸光物質的溶液對朗伯-比爾定律的有效線性區(qū)間。生成吸光物質時，溶劑、溶液酸度、溫度、各種有關試劑的濃度及其加入次序和反應時間等對吸光物質生成反應的影響，以及吸光物質生成反應的最佳條件。8.5穩(wěn)定時間吸光物質吸光作用的穩(wěn)定性及測定吸光度的時間要求。8.6干擾及其消除方法對于絕大多數(shù)的光度法，試液中共存的一種、數(shù)種元素或者試劑，可能會引起干擾。引發(fā)干擾的原因可能是干擾元素本身就會產生吸收，或者是干擾元素與所用試劑或顯色劑生成了吸光物質，使得試液的吸光度增加；也可能是干擾元素及試劑會破壞待測定元素與顯色劑生成的吸光物質，從而降低吸光度。消除這些干擾可以用分離的方法和不分離的方法。a)不分離的方法：1)宜用與被分析試液組成相近的溶液繪制校準曲線；2)在干擾最小的波長處進行測量；3)用掩蔽劑掩蔽干擾元素。b)分離的方法：分離的方法是將一種或數(shù)種干擾元素分離除去，或者將待測定元素定量地分離出來。分離方法以所用的試劑種類和數(shù)量盡量少、試劑毒性小、分離操作簡單為好。69測量9.1校準曲線方法測定一系列(不少于五個)確定濃度梯度的被測物樣品的吸光度，用被測物濃度和吸光度的關系曲線來表示校準曲線。然后測量待測樣品，根據校準曲線計算并確定樣品中的目標物濃度。校準曲線繪制溶液依照各標準的規(guī)定制備。以校準曲線樣品中被測物濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標來繪制校準曲線，然后根據校準曲線，獲得被測物的濃度，校準曲線示例見圖1。月標樣品濃度圖1校準曲線示例待測物濃度繪制校準曲線時，應注意以下幾個方面：a)最好與目標樣品進行相同的預處理，并在相同的條件下進行測量；b)分析物和共存物質懸浮或引起解離或絡合時，或分析物濃度過高時，校準曲線可能不會呈線性。當樣品懸浮時，除了樣品的吸光度之外還可以觀察到散射引起的光衰減，可能無法精確測量分析物的吸光度；c)優(yōu)先使用直線范圍內的校準曲線；d)制備校準曲線時，待測樣品濃度應位于校準曲線繪制溶液濃度之間；e)當樣品懸浮時，在樣品吸光度之外還有散射引起的光衰減，此時，應用樣品吸收和散射吸收共同存在的波長下的吸收值減去只有散射吸收的波長下的吸收值，用兩個吸收值的差繪制校準曲線，這將要用到兩個波長；f)光度法測定中，雖然可以通過一定分析步驟消除干擾，但在所得的光度讀數(shù)中，仍然包含了背景吸收和試劑空白的光度讀數(shù)，通常叫作“試劑空白”。在分析試樣和繪制校準曲線時，應隨同操作步驟做空白試驗。如用溶劑作參比溶液，空白試驗溶液的光度讀數(shù)應從試液的光度讀數(shù)中扣除。9.2標準加入法從同一待測樣品溶液中移取相同體積的四個或者更多樣品，除一個樣品外，其余溶液中加入已知濃度的待測物溶液，使幾個溶液形成濃度梯度，加入待測物的濃度應與樣品溶液中待測物的濃度相當或為同一數(shù)量級。對這幾個溶液進行顯色處理，然后定容至相同體積，測量其吸光度。以加入標準溶液后待測物濃度的增量為橫坐標，以吸光度為縱坐標，繪制相關曲線。相關曲線與橫坐標的交點給出了待測物的濃度或者量。標準加入法只有在關系曲線呈現(xiàn)線性的情況下才適用。并且繪制校準曲線的值通過原點的吸光度校正了空白測試值，校準加入法示例見圖2。7圖2標準加入法示例每項冶金產品化學分析分光光度法國家標準，應制定方法的精密度。精密度制定方法應遵守GB/T6379.1和GB/T6379.28(資料性)分光光度法基本定律A.1朗伯-波格定律當一束平行的、強度為I?的單色光(入射光),以垂直于界面的方向入射通過一具有平面的平行表面、并且是均勻的、各向同性的、不發(fā)光也無散射作用的吸光介質，同時，通過的光程為b,則透射光強度式中：I?——入射光的強度；e——自然對數(shù)的底；K——線性吸收系數(shù)；b——通過的光程。A.2比爾定律在其他因數(shù)為確定值的情況下，平行單色光束的強度，隨著吸光化合物的濃度的增加而按指數(shù)形式I?——入射光的強度；e——自然對數(shù)的底；Km——吸收系數(shù)，在給定實驗條件下為常數(shù)；p——質量濃度，單位為克每升(g/L)。I=I?·e-Ka…………(A.3)式中：I?——入射光的強度；e——自然對數(shù)的底；K——吸收系數(shù)，在給定實驗條件下為常數(shù)；c——物質的量濃度，單位為摩爾每升(mol/L)。A.3朗伯-比爾定律A.3.1朗伯-比爾定律是朗伯-波格定律和比爾定律的結合式，其單一表達式為式(A.4)或式(A.5):式中：I?——入射光的強度；a——質量吸收系數(shù)，在給定實驗條件下為常數(shù)；b——通過的光程；p——質量濃度，單位為克每升(g/L)。9GB/T7729—2021式中：I?——入射光的強度；g——摩爾吸收系數(shù)，在給定實驗條件下為常數(shù)；b——通過的光程；c物質的量濃度，單位為摩爾每升(mol/L).A.3.2朗伯-比爾定律的變換式：當一束平行單色光以垂直入射方式通過一具有平面的平行表面，并且是均勻的、各向同性的、不發(fā)光也無散射作用的由n種相互不起作用