铬法分析仪

p 　　XOS在全球范围内发布了一种新的镉分析仪Cadence& #8482 , 此仪器用于检测土壤中镉，检出限低于中国农业部规定的0.3ppm最低限值。除此之外，Cadence& #8482 还可以同时测量土壤和水稻、小麦等农产品中的其他重金属，如铅、铜、镍、铬等。这款分析仪是农业检查和环境评估的理想解决方案。 /p p 　　XOS负责销售的副总裁迈克?帕尔默(Mike Palmer)认为，这款仪器将给环境修复行业带来重大改变。“现有的仪器无法对土壤和食品中的镉和其他重金属进行定量分析。Cadence是一台便携式仪器，可以让用户在更短的时间内检测更多的样品，以更好的支持场地修复和土地使用决策。 /p p 　　在工业和经济快速发展的地区，土壤重金属污染已成为一个关键问题。镉(Cd)作为一种潜在的致癌物具有特殊的意义，因为它在有水的土壤中具有高度的移动性，并会被大米和小麦等重要的主食谷物所吸收。以前测量污染土壤中Cd采用湿化学方法，如ICP-MS或AAS，以满足法规要求的定量检出限。但是，采用湿化学方法需要一个昂贵的分析实验室和高素质人员，而且由于样品运输、前处理和分析都需要时间，故需要花费很长甚至一周的时间才能得到分析结果。与湿化学方法相比，Cadence是有一个可行的选择方案。 /p p 　　Cadence 采用高精度X射线荧光技术(HDXRF)，与传统的能量色散X射线荧光光谱技术相比，此技术在元素分析方面有更高的检测性能。HDXRF采用最先进的单色和聚焦光学技术，大大提高了信噪比。 /p p 　　 strong 关于XOS： /strong XOS是专用型x射线分析仪的领先制造商，为石油、消费品和环境领域提供元素分析解决方案。对于环境应用，XOS提供高精度XRF (HDXRF)分析仪，用于检测食品、土壤和水中的有毒元素。 /p

国内某工业园区综合污水处理厂，设计处理规模 4 万吨/日，实际处理 2 万吨/日。该污水处理厂主要服务对象为园区内的制药企业，废水中氯离子含量较高，日常氯离子浓度在4000-5000mg/L左右。由于废水氯离子浓度很高，会对重铬酸钾COD测量方法产生干扰，高氯环境也会大大提高在线仪表的维护量。因此，需要仪器具备抗氯离子干扰功能，且可靠性高。哈希最新一代CODmaxIII在线铬法COD分析仪被安装在该工业园区污水处理厂的排口， 用以实时监测污染源排口COD浓度。图1 CODmaxIII在线铬法COD分析仪现场COD分析仪设置的测量间隔为2小时测量一次，校准间隔为7天一次，标液核查间隔为24小时一次。CODmaxIII分析仪测量量程范围为10-5000mg/L，最高可屏蔽氯离子浓度为5000mg/L，在测试期间内的在线监测数据如下图：Application Notes图2 某污水厂排口CODmaxIII测试数据CODmaxIII在测试期间运行稳定，现场COD测量值基本在 160mg/L 左右，并未出现明显波动，运行稳定。CODmaxIII分析仪具有标液核查功能，符合最新环境标准要求。现场连续用2 个浓度的标液进行标液核查测试，测试浓度分别为20mg/L 和100mg/L，现场标液核查数据如下：图3 某污水厂排口CODmaxIII标液核查数据 从测试数据结果来看，CODmaxIII标液核查的数据结果全部都在误差接受范围内（≦10%）。由于现场是高氯环境，很容易堵塞在线仪表管路及计量测量单元。CODmaxIII 在线分析仪还具有抗污模式，每次测量时都会对仪器计量管消解管进行有效清洗，显著延长了进样、计量、 消解单元的维护周期。一般在线仪表在此工况不到一周的时间就需要对管路进行清洗，否则容易堵塞。现场的CODmaxIII在线分析仪在开启抗污模式后，可以做到 1 个月的维护间隔，能够大大降低运维人员的工作量。 CODmaxIII分析仪测量原理为重铬酸钾法，符合最新环境标准要求。仪器内置标样核查功能，并能根据核查结果自动完成校准和复核操作。 多级光学计量系统，有效缩短测量时间，提高超低量程测量精度。哈希抗污模式测量流程，能够显著延长进样、计量、消解单元等维护周期，可应用于高氯环境。仪器自带哈希Prognosys预诊断系统和 Diagnose自诊断功能，提供预防性维护提醒，降低停机风险。CODmaxIII在线铬法COD分析仪主要应用于污染源污水排口、市政污水进排口、工业废水排口等COD监测。在本案例中，CODmaxIII运行在高氯废水中表现稳定，标样核查结果满足污染源在线监测系统运行技术指标要求，满足最新环保标准要求。其抗污模式可以大大降低仪器维护量，提高仪器运行效率。

李昌厚 （中国科学院上海营养与健康研究所 上海 200233）摘要本文论述了面广量大的光吸收类分析仪器研发、生产、使用中必须注重的几个关键理论，以及理论与实践结合的问题。讨论了透过率误差、吸光度误差和吸光度理论值或真值的关系、杂散光与吸光度相对误差A/A和吸光度真值A之间的关系、光度噪声N与吸光度相对误差ΔA／A和吸光度真值A的关系、光谱带宽（SBW）与分析检测误差的关系等等，同时提出了解决这些问题的方法和建议。0、前言由于分析仪器是“四两拨千斤”的产业，它在各国的国计民生中已经显示出五大作用：①科学研究的“先行官”；②工业生产的“倍增器”；③军事上的“战斗力”；④人类活动中的“物化法官”；⑤民生领域的“安全保证”等。所以可以说，分析仪器在“农、轻、重、海、陆、空、吃、穿、用”各行各业已经无所不在，无所不有。同时基于分析仪器在科技、经济、国防和社会发展中所处的重要战略地位等等，加速分析仪器产业的发展、生产已成为全世界各国关注的重点之一。作者认为，全球分析仪器事业正处在日新月异、突飞猛进的变化时期。但是，全球的分析仪器行业还普遍存在一些理论问题，以及理论与实践相结合的问题。这些问题具体体现在没有解决好对仪器学理论的认识和理解、没有解决好在研发、制造、使用者中，真正重视仪器学理论和理论与实践相结合的问题上。本文为了保证研发者、生产者使用者能研发出优质分析仪器、使用者能真正用好分析仪器，作者将根据仪器学理论、分析化学理论和作者长期从事分析仪器研发、应用研究的实践经验、教训，从研发者、生产者和使用者的角度，从分析仪器的优质制造的更高要求的角度，以及分析仪器面临的紧迫使命等方面出发，寻找分析仪器行业优质制造中的问题，找差距、找瓶颈、找解决问题的办法，以保证我国分析仪器的优质制造，促使我国分析仪器更高速发展，尽快提高分析仪器的水平。作者写本文目的是抛砖引玉，希望引起分析仪器领域研发仪器、制造仪器、使用仪器的广大科技工作者们的高度重视，并且积极参与讨论这些问题。希望大家共同为提高全球分析仪器，特别是提高我国分析仪器研发、制造、使用水平而努力奋斗。作者认为，分析仪器要振兴、要发展，就必须要注重并处理好本文提出的仪器学理论问题，必须处理好、解决好理论与实践结合的问题。本文可供分析仪器（特别是紫外吸收类分析仪器）的研发者、制造者、使用者和有关领导们参考。1、透过率误差、吸光度误差和吸光度理论值或真值的关系[1]-[15]分析仪器的基础理论非常重要。分析仪器属于光、机、电、计算机和应用五为一体的、技术密集的高科技产品，涉及到的基础理论很多，如果不搞清楚其中的关键理论问题，大家闭着眼睛抓麻雀，或者是知其然不知其所以然，是不可能研发、生产出优质分析仪器的，使用者也不可能用好各类分析仪器、不可能得到准确可靠的分析检测数据。例如：紫外可见分光光度计（UVS）中的透过率误差△T与吸光度误差△A的关系，△T和△A与吸光度测量值Am、吸光度理论值A0的关系[1]，杂散光（S.L.）与吸光度相对误差△A/A0的关系[2]、[3]、[4]、[11]，光谱带宽（SBW）、噪声（N）与△A/A0的关系[3]等等。这些仪器学理论问题如果搞不清楚，既研发不出优质仪器，也用不好分析仪器。目前，国际上许多UVS的研发者、生产者，在仪器的使用说明书中，一般都给出吸光度范围、吸光度误差和透过率范围、透过率误差等等，但是，都未搞清它们之间的关系，有些是随便写的。许多厂商，只要是自己认为是所谓高档UVS,就千篇一律的写为：透过率从0-100%T时（甚至更高），透过率误差（△T）都为0.3%T，这是不对的、绝对做不到的。而吸光度误差都写为： 0.002Abs（0-0.5Abs）和0.004Abs（0.5-1.0Abs）。这里的△T和△A0是矛盾的，，绝大多数UVS生产厂商的产品都是如此，此现象很严普遍。对这个问题的研究工作，作者已经发表不少文章[1]、 [2]、[3]、 [4]、[15]，请读者自己查阅。透过率误差与吸光度误差和吸光度真值的关系，目前国际上很少有人系统的、认真的研究过。在这方面存在许多糊涂概念。作者对此作了深入研究，现在，我们来讨论透过率准确度、透过率误差与吸光度准确度和吸光度误差的关系，以及他们和吸光度真值A的关系。作者从比耳定律的原始表达公式入手，认真研究了这些关系。比耳定律指出：①A＝－logT，故T＝10－A；② C＝（－1/ab）logT, 故，T＝10－abc；①和②中：A为吸光度真值，T为透过率真值，a为摩尔吸光系数，b为光程，C为被测试样的浓度。由此可见，A、T、C之间有着密切的关系。由于A或T的测量误差，可引起对被测试样浓度C的测量误差。若设T的误差为ΔT，则可求出不同ΔT的情况下，相对吸光度误差ΔA/A (ΔA为吸光度真值A与测量值Am之差)与A的关系，或求出不同A下ΔA/A与ΔT的关系。作者研究了ΔA/A与ΔT和A的关系，导出了ΔA/A与ΔT和A的关系之间的理论计算公式如下，它具有普遍的指导意义。设：T－Tm＝ΔT （1－1）A－Am＝ΔA （1－2）（1－1）式、（1－2）中：Tm为透射比的测量值；Am为吸光度的测量值；由（1－1）式得：Tm＝T－ΔT （1－3）根据比耳定律：A＝－logT，可得： T＝10－A （1－4）（1－4）式代入（1－3）式，得Tm＝T－ΔT＝10－A－ΔT （1－5）；由（1－2）式得：Am＝A－ΔA（1－6）根据比耳定律：Am＝－log Tm （1－7）（1－5）式代入（1－7）式，则： Am＝－log Tm＝－log（10－A－ΔT） （1－8）（1－8）式代入（1－6）式，则：A－ΔA＝－log（10－A－ΔT）；所以，ΔA＝log（10－A－ΔT）+ A （1－9）（1－9）式为吸光度误差ΔA与吸光度真值A和透射比绝对误差ΔT关系的理论计算公式。由此可见：①ΔA与A和ΔT的数学关系式比较复杂；②当ΔT一定时，ΔA可通过不同的A求得；。③当A一定时，ΔA可通过不同的ΔT求得；由（1－9）式可得到表1－1～7（因为篇幅冗长，此不赘述；请具体参阅：李昌厚著，《仪器学理论与实践》，北京：科学出版社，P176，2008），由表1－1～7可得下图、表。这些图、表是作者长期研究的经验总结，是一项从理论到实践的、非常重要的仪器学科研成果。在光学类分析仪器的设计、制造、使用和维修工作中很有参考价值，它可以适用于（或覆盖）全世界所有的紫外可见分光光度计。透过率误差ΔT与吸光度误差ΔA和吸光度真值A的关系2、杂散光与吸光度相对误差A/A和吸光度真值A之间的关系[1]-[14]、[6]、[9]、[14] 、[15]作者对杂散光（S）进行了理论推导，得到了S与吸光度相对误差ΔA/A和吸光度真值A之间的关系为：ΔA＝log（Tm/T）＝log[（T+S）/T（1+S）] （令Tm＝（T+S）/（1+S）和S/T=10A S则ΔA＝log [（T+S） /T（1+S）]＝log [（1+10AS）/（1+S）]； 作者根据该计算公式，算出了14种常见的杂散光下，吸光度相对误差A/A和吸光度真值A之间的关系[1]（如文献[1]中的表5－8所示；因为篇幅所限、表格太长，此处不能列出此表，请读者自己查阅）。作者根据表5-8，绘制了以下12条曲线。表5-8和这12条曲线非常重要、非常实用，是作者的一项重要科研成果。表5－8和曲线对紫外可见分光光度计的设计、制造、使用、维修者非常有用，它可以适用、覆盖全世界所有的紫外可见分光光度计。杂散光S与与吸光度相对误差A/A和吸光度真值A之间的关系杂散光对紫外可见分光光度计分析测试误差的影响可分成两种形式，第一种形式是杂散光的波长与测试波长相同。它是由于测试波长因为某些原因而偏离正常光路，在不通过试样的情况下，直接照射到光电转换器上。引起这种杂散光的原因，大多数是由于光学元件、机械零件的反射和漫射所引起。这种杂散光可以通过一个对测试波长不透明的样品来检查。当发现放在比色皿中的不透明样品的透射比不为零时，说明仪器中有这种杂散光存在。但必须注意，当仪器存在零点误差时，有可能造成混淆。如果在不透明的样品上涂上白色，则可增加样品本身反射和散射的效果，可以提高测量灵敏度。杂散光的第二种形式是指测试波长以外的、偏离正常光路而到达光电转换器的光线。它通常是由光学系统的某些缺陷所引起的，如光学元件的表面被擦伤、仪器的光学系统设计不好、机械零部件加工不良，使光路位置错移等等。通常情况下，我们所讲的杂散光，是指包括上述两种杂散光在内的杂散光。假设Is为杂散光的总和，It为光电转换器检测到的总能量，它包括测试波长的能量I和杂散光的能量Is，即It＝I+Is。在实际分析测试工作中，我们需要知道的是杂散光能量Is相对于总能量It的比值。我们常称之为杂散光的量S＝Is/It。由于：I » Is，因此，可以近似的认为It＝I，所以，可以认为S＝Is/I 。S＝Is/I表示：当测试波长的能量降低时，杂散光比例就会相应增加。对紫外可见分光光度计的边缘波长来说，光源的强度、光电转换器的灵敏度和单色器的透过率都是比较低的，这时杂散光的影响就会更加明显。所以，在紫外可见分光光度计中，应该首先检查200～220nm处的杂散光。我们知道，杂散光对参考光束和样品光束的影响是相同的。因此，根据比耳定律，可得到：A＝－log(It+Is)/(I+Is)；因Is＝SI，所以A＝－log（It+ SI）/（I+ SI）＝－log（It+ SI）/[I（1+ S）]=－log[（It/I）+S] /(1+S)= －log(T+S) /(1+S)=－log(T+S) + log(1+S)。当T＝10％，S＝0％时，A＝－log0.1＝1当T＝10％，S＝1％时，A＝－log（0.1+0.01）+ log1.01=0.9629由此可见，当样品的透射比为10％时（即吸光度为1时），1％的杂散光，可使其吸光度从1.000降到0.9629。同理：透射比为10%时，0.1％的杂散光，将使吸光度从1.000降到0.963。一般使用者在紫外可见分光光度计的分析工作中，试样的吸光度都在1Abs以下，如果仪器的杂散光为0.05%时，对1Abs的试样测试时，测试误差仅为0.0019左右（见前述图、表）。因此，杂散光为0.05%时，就基本上能满足绝大部分分析工作的要求。如果紫外可见分光光度计的杂散光为0.01%时，杂散光对分析测试的结果就基本上没有影响了。目前，国际上许多高档紫外可见分光光度计的杂散光都在0.01%以下。虽说杂散光0.01%时，杂散光对分析测试的结果就基本上没有影响了。但是，为了证明制造厂的加工水平，国外最高级的紫外可见分光光度计的杂散光达到8×10－7（0.00008%），普析的国产最高级的紫外可见分光光度计的杂散光，达到了4×10－7（0.00004%），处国际领先水平。杂散光对分析测试结果的误差影响是随着吸光度值增大而增大的。因此，吸光度值越大，对误差的影响也越大。如果吸光度A＝3（即T＝0.001），则杂散光为1%时，分析测试的结果将由A＝3变成A＝1.963（A＝－log（0.001+0.01）+ log1.01=1.9568+0.0043=1.963）。由此可见，吸光度A＝3时，1％的杂散光可使分析测试的结果将由A＝3降到2以下。作者的理论研究和长期使用紫外可见分光光度计的实践表明：当紫外可见分光光度计的杂散光为0.05%时，杂散光对分析测试误差的影响就很小了。这时，对吸光度为1.00A的试样进行分析测试，其结果为0.998A，相对误差为A /A＝0.002/1 ＝0.002（即0.2%）。所以，作者认为，从理论和实践结合的角度看，紫外可见分光光度计的杂散光为0.05%时，就基本能满足常规分析测试和质检工作的要求。3、噪声N与吸光度相对误差ΔA／A和吸光度真值A的关系[1]、[4]、 [5]、[6]、[7]、[16]、[17]从理论与实践的结合上讲，光度噪声对分析测试误差的影响很大，必须重视之。在光度分析中，特别在紫外、可见光度分析中，可以说光度噪声是影响比耳定律偏离的最主要因素之一，它是紫外仪器最主要分析误差的来源。若已知光度噪声为N，则可根据A.J.Owen提出的计算公式：噪声误差（％）＝N100/A，计算出不同噪声N的情况下，吸光度的相对误差A/A（A为吸光度绝对误差，A为吸光度真值）与A的关系，或求出不同A的情况下，A/A与N的关系。例如：若紫外可见分光光度计的噪声N＝±0.002A，吸光度真值为0.5A，则：根据A.J.Owen提出的计算公式，噪声误差（％）（即由噪声引起的相对误差AN/A）＝0.002×100/0.5=0.2/0.5=0.4(%)。，即由噪声引起的相对误差AN/A为0.4%。目前国内外的紫外可见分光光度计制造者和使用者们，很多都不注重仪器的光度噪声。他们并不了解光度噪声对使用者的分析测试结果有多大的影响。、，很少有人从理论上或从理论与实践结合的角度，对此进行认真的研究。有的厂商甚至在样本上不给出光度噪声这个重要指标，有些厂商（技术人员）在测试光度噪声时只测3分钟或15分钟，最多的只测30分钟。这些都是不对的，都是很值得注意的重要问题。作者认真研究了光度噪声N与吸光度的相对误差A/A和吸光度真值A的理论关系，从理论上计算了N与A/A和A的关系。作者研究的结果如文献[1]的表5－10～15所示，因为篇幅所限、表格太长，此处不能列出此表，请读者自己查阅。作者还根据文献[1]的表5－10～表5－15，绘制了12条误差曲线，如下图所示。这是作者多年研究的科研成果，它可以覆盖目前世界上任何不同类型的紫外可见分光光度计，该成果对设计、制造、使用和维修者具有重要的实用参考价值。噪声 N与吸光度相对误差ΔA／A和吸光度真值A的理论关系4、光谱带宽（SBW）与吸光度误差（分析检测误差）的关系1）SBW的定义：光谱仪器的单色器出射狭缝谱面上的光谱数，就叫SBW。若以谱线轮毂法（一种测试方法）表示，则51%峰高处的谱线宽度，就是SBW。具体描述，可见下图所示。光谱带宽(SBW)是非常重要的技术指标，它直接影响分析测试数据的准确度。作者[1]和Owen [5]对SBW做了比较深入的研究，因篇幅所限，请读者自己查阅，此不赘述。 2）光谱带宽对吸收光谱测量误差关系的理论推导：光学类的分析仪器中，光谱带宽非常重要。不同的样品要求用不同的光谱带宽测试，对同一样品，不同的光谱带宽有不同的分析误差。每一个样品，都有自己的最佳光谱带宽，只有在最最佳光谱带宽下才能得到最佳的分析数据。 从理论上讲，比耳定律只适用于单色光，但在实际的吸收光谱仪器中，绝对不可能从光谱仪器的单色器上得到真正的单色光，只能得到波长范围很窄的光谱带。因此，进入被测样品的光束仍然是在一定波段范围内的复合光。由于物质对不同波长的光具有不同的吸光度，因此，在实际工作中即使用很高级的吸收光谱分光光度计、采用很小的光谱带宽，仍然会产生比耳定律的偏离（即产生吸光度测量误差）。作者根据仪器学理论，对光谱仪器的SBW从理论上作了详细研究[1]。作者研究表明：假设SBW为