(高清版)GBT 7729-2021 冶金產(chǎn)品化學(xué)分析 分光光度法通則

代替GB/T7729—1987冶金產(chǎn)品化學(xué)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(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件代替GB/T7729—1987《冶金產(chǎn)品化學(xué)分析分光光度法通則》,與GB/T7729—1987相比，除結(jié)構(gòu)調(diào)整和編輯性改動(dòng)外，主要技術(shù)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(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)提出。本文件由全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC183)歸口。本文件起草單位：鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司、鋼鐵研究總院、馬鞍山市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)品化學(xué)分析分光光度法通則本文件規(guī)定了冶金產(chǎn)品化學(xué)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(shè)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(chǎn)品化學(xué)分析用光度法的應(yīng)用、研究、人員培訓(xùn)。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(yīng)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(jié)果的準(zhǔn)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(jié)果的準(zhǔn)確度(正確度與精密度)第2部分：確定標(biāo)準(zhǔn)測量方法重復(fù)性與再現(xiàn)性的基本方法GB/T6682分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和試驗(yàn)方法GB/T8322分子吸收光譜法術(shù)語GB/T26798單光束紫外可見分光光度計(jì)GB/T26810可見分光光度計(jì)GB/T26813雙光束紫外可見分光光度計(jì)3術(shù)語和定義GB/T8322界定的術(shù)語和定義適用于本文件。分光光度計(jì)采用一個(gè)可以產(chǎn)生多個(gè)波長的光源，通過系列分光裝置，從而產(chǎn)生特定波長的光，光透過被測樣品后，部分光被吸收，計(jì)算樣品的吸光值，從而轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)用試劑，在沒有注明其他要求時(shí)，均指分析純或分析純以上試劑。實(shí)驗(yàn)用水應(yīng)符合GB/T定的一級水。6682中規(guī)定的二級或三級水。進(jìn)行痕量分析時(shí)應(yīng)使用符合GB/T6682規(guī)26儀器設(shè)備6.1基本要求用于光度法的分光光度計(jì)應(yīng)滿足GB/T26798、GB/T26810、GB/T26813的要求，同時(shí)最少應(yīng)具備以下三種功能：a)產(chǎn)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(qiáng)度。6.2儀器構(gòu)造光源是產(chǎn)生光能的設(shè)備。常用分光光度計(jì)的光源要能夠產(chǎn)生連續(xù)光譜，提供光度法需要的光譜區(qū)內(nèi)的所有波長光能?？梢姺止夤舛扔?jì)的光源常用鎢燈即鹵鎢燈(波長范圍約380nm～780nm),紫外分光光度計(jì)的光源常用鎢燈和氘燈(波長范圍約180nm～1000nm)。光源應(yīng)有良好的穩(wěn)定性。鎢燈應(yīng)經(jīng)常進(jìn)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(dāng)?shù)臑V光片可實(shí)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(diào)節(jié)機(jī)械裝置，實(shí)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(diào)的，通常調(diào)到和入口狹縫相同的寬度。狹縫的寬度是分光光度計(jì)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(jīng)吸收皿的兩壁應(yīng)相互平行。常用分光光度計(jì)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(shí)，皿的長度應(yīng)作校正。校正時(shí)將吸光度約為0.4的溶液分別注入校正皿和具有準(zhǔn)確光程長度的標(biāo)準(zhǔn)皿中，測定吸光度。以標(biāo)準(zhǔn)皿的吸光度為1.0,求出校正皿吸光度相對于標(biāo)準(zhǔn)皿的校正系數(shù)。使用校正皿進(jìn)行測定時(shí)，其所測溶液的實(shí)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(qiáng)度并將其轉(zhuǎn)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(jì)，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(shí)表示出這兩種光度讀數(shù)。一些分光光度計(jì)的顯示器直接給出以濃度表示的分析結(jié)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(jì)這類儀器顯示出的光度讀數(shù)，是相同時(shí)刻下透射過樣品溶液的光強(qiáng)度與透射過參比溶液的光強(qiáng)度之比，所以同時(shí)使用兩束光進(jìn)行測量。通常，從同一光源分出的兩束光分別投射到兩個(gè)對稱的檢測器上，或者都投射到一個(gè)檢測器上。在使用一個(gè)檢測器時(shí)，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(dāng)高，可以視為兩束光能的比較是同時(shí)進(jìn)行的。6.3.2單光束分光光度計(jì)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(qiáng)度與透射過參比溶液的光強(qiáng)度而得到的。6.4儀器性能指標(biāo)儀器性能指標(biāo)包括：a)波長的準(zhǔn)確性：光學(xué)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(qiáng)度處的波長，與給定標(biāo)準(zhǔn)波長之間的偏差。b)波長設(shè)定的重復(fù)性：低壓汞燈或氘燈發(fā)射線，或光學(xué)濾光片的吸收曲線重復(fù)測量時(shí)，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(qiáng)度一半處的波長之差。d)雜散光：除設(shè)定波長外其他波長的總強(qiáng)度與波長選擇部分發(fā)射的光強(qiáng)度的比率?？墒褂脼V光片測量雜散光。e)分光光度計(jì)的準(zhǔn)確性：測量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的透射率或吸光度，以測量值和校準(zhǔn)值之差表示分光光度計(jì)的準(zhǔn)確性。f)分光光度計(jì)重復(fù)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(fù)多次測量，以測量值之間的差異表示分光光度計(jì)的重復(fù)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(shí)間內(nèi)吸光度的波動(dòng)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(dòng)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(shí)的吸光度，噪聲水平為短時(shí)間內(nèi)測量值的波動(dòng)。7儀器操作方法7.1儀器安裝條件儀器安裝應(yīng)符合下列要求(或遵循儀器安裝說明書):a)附近沒有產(chǎn)生強(qiáng)磁場、強(qiáng)電場、高頻輻射等的設(shè)備；4b)沒有強(qiáng)振動(dòng)或連續(xù)振動(dòng)；c)應(yīng)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(shè)置測量值應(yīng)為透射率、反射比、吸光度等與能量相關(guān)的量值，或者依照儀器的操作手冊設(shè)置。7.2.2測量波長的選擇和設(shè)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(zhì)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(nèi)。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(nèi)有其他吸光物質(zhì)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(jù)所用分光光度計(jì)的最佳量程，選擇合適的吸收皿規(guī)格。7.3測量準(zhǔn)備測量準(zhǔn)備工作應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：a)確認(rèn)設(shè)備是否穩(wěn)定運(yùn)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(diào)至0;c)然后取下(或關(guān)閉)遮光板，將透射率的示值調(diào)至100;d)重復(fù)b)和c)所示的操作，確認(rèn)沒有示值的波動(dòng)。如果設(shè)備具有自動(dòng)實(shí)施a)～d)操作的功能時(shí)，按照設(shè)備手冊進(jìn)行操作。在設(shè)備使用光電二極管檢測器的情況下，有些設(shè)備需進(jìn)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(yīng)按以下方式進(jìn)行：a)分別將兩個(gè)參比樣品放到樣品光路和參比光路，將透射率調(diào)整到100或者將吸光度調(diào)整到0。在沒有參比樣品的情況下也可以進(jìn)行此操作，可以通過數(shù)據(jù)處理獲得等效的結(jié)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(shí)，可以通過數(shù)據(jù)處理獲得等效的透射率或者吸光度；c)如果需要，校準(zhǔn)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(yīng)按以下方式進(jìn)行：a)將參比樣品放到光路中，將透射率調(diào)到100或者將吸光度調(diào)到0;b)將目標(biāo)樣品放到光路中，測量透射率或者吸光度；c)如果需要，重復(fù)上述a)和b)的操作，確認(rèn)讀數(shù)分散性較??；d)如果必要，校準(zhǔn)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(nèi)，樣品吸收皿和參比吸收皿最好具有相同的光學(xué)特征。在光學(xué)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(jìn)行校準(zhǔn)。如果設(shè)備具有基線校準(zhǔn)功能，就不需要校準(zhǔn)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(jìn)行操作。當(dāng)測量結(jié)果為透射率時(shí)，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(dāng)吸收皿的空白值確定之后，在同組數(shù)據(jù)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(yīng)采取合適的方式進(jìn)行前處理，轉(zhuǎn)換成試液。8.2顯色劑的選擇與待測元素生成吸光物質(zhì)的試劑(即顯色劑)對待測元素應(yīng)具有特效性。8.3適用范圍吸光物質(zhì)的溶液對朗伯-比爾定律的有效線性區(qū)間。生成吸光物質(zhì)時(shí)，溶劑、溶液酸度、溫度、各種有關(guān)試劑的濃度及其加入次序和反應(yīng)時(shí)間等對吸光物質(zhì)生成反應(yīng)的影響，以及吸光物質(zhì)生成反應(yīng)的最佳條件。8.5穩(wěn)定時(shí)間吸光物質(zhì)吸光作用的穩(wěn)定性及測定吸光度的時(shí)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(huì)引起干擾。引發(fā)干擾的原因可能是干擾元素本身就會(huì)產(chǎn)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(zhì)，使得試液的吸光度增加；也可能是干擾元素及試劑會(huì)破壞待測定元素與顯色劑生成的吸光物質(zhì)，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(zhǔn)曲線；2)在干擾最小的波長處進(jìn)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(zhǔn)曲線方法測定一系列(不少于五個(gè))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(guān)系曲線來表示校準(zhǔn)曲線。然后測量待測樣品，根據(jù)校準(zhǔn)曲線計(jì)算并確定樣品中的目標(biāo)物濃度。校準(zhǔn)曲線繪制溶液依照各標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定制備。以校準(zhǔn)曲線樣品中被測物濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)來繪制校準(zhǔn)曲線，然后根據(jù)校準(zhǔn)曲線，獲得被測物的濃度，校準(zhǔn)曲線示例見圖1。月標(biāo)樣品濃度圖1校準(zhǔn)曲線示例待測物濃度繪制校準(zhǔn)曲線時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：a)最好與目標(biāo)樣品進(jìn)行相同的預(yù)處理，并在相同的條件下進(jìn)行測量；b)分析物和共存物質(zhì)懸浮或引起解離或絡(luò)合時(shí)，或分析物濃度過高時(shí)，校準(zhǔn)曲線可能不會(huì)呈線性。當(dāng)樣品懸浮時(shí)，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(nèi)的校準(zhǔn)曲線；d)制備校準(zhǔn)曲線時(shí)，待測樣品濃度應(yīng)位于校準(zhǔn)曲線繪制溶液濃度之間；e)當(dāng)樣品懸浮時(shí)，在樣品吸光度之外還有散射引起的光衰減，此時(shí)，應(yīng)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(gè)吸收值的差繪制校準(zhǔn)曲線，這將要用到兩個(gè)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(zhǔn)曲線時(shí)，應(yīng)隨同操作步驟做空白試驗(yàn)。如用溶劑作參比溶液，空白試驗(yàn)溶液的光度讀數(shù)應(yīng)從試液的光度讀數(shù)中扣除。9.2標(biāo)準(zhǔn)加入法從同一待測樣品溶液中移取相同體積的四個(gè)或者更多樣品，除一個(gè)樣品外，其余溶液中加入已知濃度的待測物溶液，使幾個(gè)溶液形成濃度梯度，加入待測物的濃度應(yīng)與樣品溶液中待測物的濃度相當(dāng)或?yàn)橥粩?shù)量級。對這幾個(gè)溶液進(jìn)行顯色處理，然后定容至相同體積，測量其吸光度。以加入標(biāo)準(zhǔn)溶液后待測物濃度的增量為橫坐標(biāo)，以吸光度為縱坐標(biāo)，繪制相關(guān)曲線。相關(guān)曲線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)給出了待測物的濃度或者量。標(biāo)準(zhǔn)加入法只有在關(guān)系曲線呈現(xiàn)線性的情況下才適用。并且繪制校準(zhǔn)曲線的值通過原點(diǎn)的吸光度校正了空白測試值，校準(zhǔn)加入法示例見圖2。7圖2標(biāo)準(zhǔn)加入法示例每項(xiàng)冶金產(chǎn)品化學(xué)分析分光光度法國家標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)制定方法的精密度。精密度制定方法應(yīng)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(dāng)一束平行的、強(qiáng)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(zhì)，同時(shí)，通過的光程為b,則透射光強(qiáng)度式中：I?——入射光的強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度；e——自然對數(shù)的底；Km——吸收系數(shù)，在給定實(shí)驗(yàn)條件下為常數(shù)；p——質(zhì)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(qiáng)度；e——自然對數(shù)的底；K——吸收系數(shù)，在給定實(shí)驗(yàn)條件下為常數(shù)；c——物質(zhì)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(jié)合式，其單一表達(dá)式為式(A.4)或式(A.5):式中：I?——入射光的強(qiáng)度；a——質(zhì)量吸收系數(shù)，在給定實(shí)驗(yàn)條件下為常數(shù)；b——通過的光程；p——質(zhì)量濃度，單位為克每升(g/L)。9GB/T7729—2021式中：I?——入射光的強(qiáng)度；g——摩爾吸收系數(shù)，在給定實(shí)驗(yàn)條件下為常數(shù)；b——通過的光程；c物質(zhì)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(dāng)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