痕量分析

痕量分析的定义: 样品中待测组分含量低于 100µg/g的分析工作
痕量分析的分类 根据待测组分的性质,痕量分析可为无机痕量分 析和有机痕量分析 无机痕量分析:测定无机痕量组分的分析,逐 渐发展完善 有机痕量分析:测定有机痕量组分的分析,刚 起步不久
与无机痕量分析相比, 有机痕量分 析有以下特点: • • 有机物数目庞大 问题突然
>10mL
1---10mL 0.01---1mL <0.01mL
痕量分析----以”测出极低含量组分为目的” ， 样品的多少不予限定。 表1-2 测定组分的含量
含量 被测组分 % 常量 微量 1-100 0.01-1 μg/g 104-106 100-10000
痕量
超痕量
0.0001-0.01
<0.0001
2)环境科学领域 • 环境污染重大事件 典型例子：日本的水俣病（痕量汞中毒） 富山市的骨痛病（痕量镉中毒）
•
环境分析研究对象含量低 大气、土壤、水及生物体中化学物质的本底水 平（背景值）含量极低，属于痕量和超痕量分析 某些污染元素或化合物产生毒性效应的浓度范 围很低
• 环保战略-----立足于真实规定有害标准值以及在 有害物质的存在量没有达到标准值之前就可以准确检测。 检测等同于保护
• 检出限与灵敏度 灵敏度定义：被测组分浓度或含量改变一个单位时所引 起的测量信号的变化，m=dx/dc或理解为分析工作曲线的 斜率
检出限与灵敏度的定量关系公式：XL=kα空白/m
•
检出限与测定限 测定限--- 定量分析中能可靠地被测定出来的下限
测定限--- 定量分析范畴，以空白值标准偏差的10 倍相对应的浓度值作为分析方法的测定限 检出限--- 定性分析范畴，在数值上总是低于测定 限
10-18 10-15 10-12 10-9 10-6 10-3 10-2 10-1 101 102 103 106 109 1012 1015 1018
以前文献常用ppm, ppb, ppt表 示痕量组分在样品中的相对含量,但是 它们不是国际单位,也不是法定计量单 位,采用国际单位ug/g, ng/g, pg/g更 为恰当
2 )精密度 • 精密度定义：表示多次测量某一量时的测定值 的离散程度，用相对标准偏差表示SR ，作为衡量 重复性的指标。
• 精密度与测量浓度的关系：组分浓度接近测量 方法的低限时，测量值的精密度相当差；随着测 量信号的增大，相对标准偏差急剧降低，并保持 不变；当测量值继续增大， SR 又重新增大
• 大多数痕量必需元素有非常狭窄的最佳浓度范 围，缺少或过量对人体健康均有害 例如:

硒的有益浓度范围0.04-0.1µ g/g
人体所需氟量限制在狭小范围内，如饮 用水中氟的适宜浓度为0.5-1.0 µ g/g

5. 痕量分析的特点 1) 易受沾污
2) 空白值不稳定
3) 需要较多的操作
二、痕量分析基础 １.痕量分析中的检出限、精密度和准确度 1) 检出限 • 检测功能的优劣用检出限表示
• 我国法定计量单位：以国际单位制为基础并 根据我国情况适当增加一些其它单位构成的 • 我国法定计量单位的构成 SI基本单位 SI 辅助单位 具有专门名称的导出单位
国家选定的非国际单位制单位
由以上单位构成的组合形式单位 由词头和以上单位所构成的十进倍数和 分数单位
3.痕量分析的应用 1)材料科学领域 • 核材料： 原子反应堆使用的高纯石墨，要求稀土元素杂质 含量控制在ng/g以下 第三代高分辨率锗辐射探测器采用的高纯金属锗， 要求稀土元素杂质含量控制在pg/g以下 • 半导体材料： 重金属杂质具有电活性，降低载流子寿命 重金属杂质含量要求控制在0.1ng/g以下
1-100
<1
痕量分析中采用微量分析技术的优点: • 提高灵敏度 • 节省样品、减少高纯试剂用量 • 节约时间 • 减少试验废物
3.痕量分析中的单位词头
表1-3 词头
因 数 名 法文名称 atto femto pico nano micro milli centi dé ci deca hecto kilo mé ga giga té ra peta exa 称 中文名称 阿 [托 ] 飞[母托] 皮 [可 ] 纳 [诺 ] 微 毫 厘 分 十 百 千 兆 吉 [咖 ] 太 [拉 ] 拍 [它 ] 艾[可萨] 符号 a f p n μ m c d da h k M G T P E
• 痕量分析中改善精密度的途径 降低空白值 实验表明，空白值越大或不恒定，所得结 果精密度就越差。 增加测量次数 测量条件最优化的选择 正确选择分析方法
3) 生命科学领域 • 痕量元素研究较少的原因 含量低（µ g/g-ng/g)； 缺少或过多对健康的影响需很长时间才能发 现 • 人体中痕量元素按生物学效应分为以下三类：必需、 非必需和有毒元素 必需元素：人体生物化学反应所必需，人体 营养不可缺少的组分 非必需元素：惰性元素、大多数稀有元素、 放射性元素和作用尚未确定的元素 有毒元素：包括镉、汞、铅、砷、铍、钇、 钪、铀、钍、镭等
• 检出限的定义：产生可分辨的最低信号所需要组分 的浓度值 • 检出限的表示方法： 绝对检出限（以分析物重量表示） 相对检出限（以分析物浓度表示）
•
检出限的确定 空白值=0时 a) 测量背景10次以上，求出背景测量值的标 准偏差α背景 ； b) 将α背景 乘以3倍； c) 在被测组分的工作曲线（强度对浓度）上 求出与3α背景 相对应的浓度值，即为方法 的检出限
关
一、 绪论 1.痕量分析的定义和分类 痕量一词在不同时期有不同的数量水平 • 20世纪初期，以化学分析为主，可以定量到0.1-0.2% 的组分。痕量是指含量低于上述组分，即可定性但不能 定量的组分统称为痕量组分。 • 20世纪40-50年代，一些简便、快速、灵敏的仪器分 析方法逐步取代经典化学分析方法。痕量组分是指含量 低于100µ g/g的组分,这个定义一直沿用到现在。
国际单位制计量单位 • 国际单位制：1960年由第10届计量大会决议建立， 在米制的基础上发展起来的。国际单位制的国际简称为 SI。 • 国际单位制的构成：
SI 词头
SI 单位 SI单位的十进倍数或分数单位
SI单位的组成
o SI基本单位：米、千克、秒、安培、开尔文、 摩尔、坎德拉
空白值≠ 0时 a) 测量空白10次以上，求出空白测量值的标 准偏差α空白； b) 将α空白 乘以3倍；
c) 在被测组分的工作曲线（强度浓度）上 求出与3α空白 相对应的浓度值
d)将上述求出的浓度值加上空白值即为方法 的检出限
在痕量分析中，常出现这种情况，尽管分析方 法十分灵敏，但由于空白值无法降低，其检测 功能也难以改善。从某种意义上可以说，痕量 分析中检出限的改善除取决于分析方法本身外， 在很大程度上还依赖于是否能降低空白值。
2. 痕量分析与微量分析 微量分析-为了解决这样一个课题“用尽可能少的样品 获得尽可能多的化学信息”而提出的分析技术,取样量和操 作规模小于某一限度的技术 。 表1-1 分析试样用量
方法 试样重量 试液体积
常量分析
半微量分析 微量分析 超微量分析
>0.1g
0.01---0.1g 0.1---10mg <0.1mg
o SI辅助单位：弧度和球面度
o SI导出单位： 用SI基本单位表示的SI导出单位 具有专门名称的SI导出单位 用具有专门名称的SI导出单位表示的 SI导出单位 用SI辅助单位表示的SI导出单位
• 国际单位制的优点：先进、适用、简单、科学
法定计量单位
• 法定计量单位：国家以法令形式规定强制使 用或允许使用的计量单位
日本的水俣病痕量汞中毒富山市的骨痛病痕量镉中毒大气土壤水及生物体中化学物质的本底水平背景值含量极低属于痕量和超痕量分析某些污染元素或化合物产生毒性效应的浓度范围很低环保战略立足于真实规定有害标准值以及在有害物质的存在量没有达到标准值之前就可以准确检测
痕 量 分 析
问题的提出（以光通讯为例） 光通讯---光导纤维传导光信号 光导纤维材料的传导性能取决它的纯度 有色金属杂质（铁、铜、钒、钴、镍等） 具有吸光作用，降低光的传导效率 杂质含量控制在ng/g-pg/g级（痕量组分指 含量低于100µ g/g以下的组分） 光通讯的进展与痕量杂质的准确测定密切相