Масштабы и проблемы анализа азота

Азот является одним из основных компонентов живых организмов, и его содержание охватывает чрезвычайно широкий динамический диапазон. В сельском хозяйстве общее содержание азота в удобрениях может превышать 10%; В пищевой промышленности содержание белка достигается путем умножения содержания азота на коэффициент пересчета; При мониторинге окружающей среды содержание аммиака и азота в поверхностных водах может быть ниже 0,1 миллиграмма на литр. От констант до следов, анализ азотных элементов проходит через многие важные области.

Тем не менее, в процессе анализа существует множество интерференционных факторов. Эффект матрицы влияет на сигналы реакции измеренных компонентов, предварительная обработка образца может привести к потере цели, дрейф прибора вводит системную ошибку. Сочетание этих факторов затрудняет прямое сравнение результатов измерений, полученных различными лабораториями, в разное время и различными методами.

Краеугольный камень сопоставимости результатов измерений

Для обеспечения надежности данных анализа азотных элементов необходимо полагаться на эталонные вещества, имеющие измерительную прослеживаемость. Стандартное вещество, используемое для определения содержания азота, является именно таким « переносчиком значений», который позволяет устанавливать связи между различными системами измерения и обеспечивать сопоставимость результатов измерений во времени и пространстве.

Основным элементом этой системы являются сертифицированные стандартные вещества. Это не обычный образец, а специальный эталонный материал, который был строго определен и имеет четкие метрологические характеристики.

II. Строгое определение стандартных веществ для определения содержания азота

Определения, основанные на национальных спецификациях метрологии

Согласно JJF 1001 - 2011 & quot; Общие метрологические термины и определения & quot;, сертифицированное стандартное вещество означает стандартное вещество с сертификатом, значение одного или нескольких свойств которого определяется с помощью процедуры прослеживаемости, позволяющей проследить его до точно воспроизводимой единицы измерения, представляющей значение этого свойства, при этом каждое стандартное значение сопровождается степенью неопределенности, относящейся к установленному уровню доверия.

Применение этого общего определения к измерению содержания азота позволяет получить следующие профессиональные определения:

Стандартным веществом для определения содержания азота является однородное и стабильное вещество, значение содержания азота в котором определяется с помощью процедуры ретроспективного измерения и прослеживается в единицах SI, причем каждое стандартное значение сопровождается эталонным веществом, которое увеличивает неопределенность в отношении уровней фиксированного письма.

Определение каждого из четырех элементов

Равновесие является необходимым условием для обеспечения репрезентативности выборки. Для твердых азотных стандартных веществ, таких как образцы почвы, содержание азота должно быть хорошо согласовано между различными бутылками и в разных местах внутри одной бутылки. Только в том случае, если однородность будет достигнута и пользователь возьмет любую часть для измерения, результат будет представлять собой количественную величину всей партии стандартного вещества.

Стабильность обеспечивает надежность количественных значений в течение срока действия. Содержание азота в стандартных азотных веществах может меняться в результате микробиологического разложения, адсорбции в контейнерах или химических изменений во время хранения и перевозки. Оценка стабильности предназначена для определения срока годности стандартного вещества в определенных условиях хранения и обеспечения того, чтобы в течение этого периода его величины оставались в установленных пределах.

Отслеживаемость - это количество, которое можно проследить до единицы SI. Количественные значения стандартного вещества азота не могут быть получены из воздуха, но должны быть связаны с базовыми единицами международной системы единиц, такими как килограммы и моли, через непрерывную цепочку сравнения с заданной степенью неопределенности. Эта цепь обычно начинается с высокочистых реагентов, после точного взвешивания, определения объема, титрования и других операций, в конечном итоге дает стандартное вещество количественные значения.

Неопределенность является параметром для каждого стандартного значения. Количественные значения без неопределенности являются неполными. Сертификат на азотное стандартное вещество должен давать неопределенность расширения для каждого стандартного значения, как правило, с использованием коэффициента k, равного двум, с вероятностью доверия около 95%. Эта неопределенность состоит из неопределенности фиксированного значения, компонента неопределенности однородности и компонента неопределенности стабильности.

Строгое разграничение с соответствующими понятиями

Существует существенное различие между сертифицированным стандартным веществом и обычным образцом контроля качества. Обычные образцы контроля качества могут иметь только эталонные значения и не обязательно подвергаться строгой оценке однородности и стабильности, а их количественные значения, как правило, не имеют обратной силы. Сертифицированные стандартные вещества должны соответствовать всем требованиям метрологических норм.

Стандартные вещества также отличаются от эталонных реагентов. Базовый реактив в основном используется для непосредственного взвешивания в титровальном анализе, а его чистота является основным показателем; Стандартное вещество делает больший акцент на согласовании матриц для моделирования всего процесса фактического анализа образцов.

Стандартные материалы и калибровочные изделия имеют свои особенности. Калибровочные изделия в основном используются для установления связи между сигналом реакции прибора и концентрацией; Стандартные вещества могут использоваться для калибровки, проверки методов, контроля качества и многих других целей.
Систематическая классификация стандартных веществ для определения содержания азота

Классификация по типу матрицы

Тип матрицы является основным классификационным измерением стандартного азотного вещества, поскольку матрица непосредственно определяет применимые аналитические методы и ключевые технические требования стандартного вещества.

Категория 1: Стандартное вещество на основе чистого раствора

Типичной базой для стандартного вещества является сульфатный раствор или чистая вода с концентрацией 0,05 моля на литр. Эти стандартные вещества в основном используются для ионной хроматографии, анализаторов непрерывного потока и ультрафиолетовой спектрофотометрии.

Ключевые технические требования включают добавление стабилизаторов для подавления роста микроорганизмов, строгий контроль температуры хранения и экспериментальную проверку гидролитической стабильности в течение срока действия. Основными факторами помех являются микробиологическая деградация и адсорбция контейнеров, а долгосрочное хранение может привести к снижению концентрации.

Категория II: Стандартные вещества для сложных экологических или сельскохозяйственных матриц

Типичная матрица стандартного материала сложной матрицы включает почву, осадочные отложения, растительные ткани и удобрения. Эти стандартные вещества используются для определения азота по Кельвину и для высокотемпературного сжигания по Дюмасу.

Ключевое техническое требование заключается в том, чтобы указать значение разделения между полным азотом и органическим азотом с четким указанием условий диссоциации, таких как соотношение катализаторов и температура диссоциации. Основными факторами помех являются кристаллическая оболочка азота силикатными минералами и неполное разложение органических веществ. Если эти факторы не будут контролироваться, это приведет к занижению результатов измерений.

Категория 3: Стандартные вещества с высокочистыми соединениями

Типичные матрицы для стандартных веществ с высоким содержанием чистых соединений включают ацетилфениламин, этилендиаминтетрауксусную кислоту, аспарагин и сульфат аммония. Эти стандартные вещества в основном используются в качестве рабочих стандартов для элементных анализаторов для коррекции приборов.

Ключевым техническим требованием является чистота, превышающая 99,9%, и предоставление подробного сертификата анализа примесей. Такие матрицы имеют фиксированное соотношение углерода и азота и не имеют базовых помех и подходят для создания калибровочных кривых и проверки состояния прибора.

Классификация по областям применения

В зависимости от области применения стандартные азотные вещества можно разделить на пищевые или кормовые, экологические или почвенные, химические или удобрения, клинические или биологические. Стандартные вещества в разных областях различаются по составу матрицы, диапазону значений и требованиям к сертификации.

Классификация по объему

По количественным уровням азотные стандартные вещества можно разделить на постоянные азотные стандартные вещества, содержание которых превышает один процент; Минимальное количество азота стандартного вещества в диапазоне от 0,01% до 1%; Следы стандартного азота с содержанием менее 0,01 процента. Уровень измерения различен, а требования к чувствительности аналитических приборов и чистоте процесса предварительной обработки различны.

IV. МЕТОМЕТИЧЕСКОЕ Ядро ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СТАНДАРТНЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ азота

Отслеживание значений

Количественные значения стандартного азотного вещества обеспечивают прослеживаемость двумя основными способами.

Комбинированная оценка методом веса - вместимости в основном относится к раствору стандартного вещества. Этот метод использует азотные соединения высокой чистоты, которые точно определены после сушки и постоянного веса, растворяются и конденсируются до определенного объема, чтобы получить значение приготовления. Полученные значения затем проверяются с помощью подтвержденного титрования или весового метода. Цепочка передачи количественных значений ясна: начиная с единицы SI кг и моля, после анализа чистоты реагента высокой чистоты, а затем до операции взвешивания с фиксированной емкостью, в конечном итоге присваивается стандартное значение.

Абсолютные нормативные значения измерений в основном относятся к стандартным веществам со сложной матрицей. Для образцов сложных матриц, таких как почва и растения, часто используются высокоточные абсолютные методы, такие как ионная хроматография или кулоновский анализ. Альтернативный подход заключается в том, чтобы измерять значения совместно несколькими квалифицированными лабораториями, как правило, не менее восьми лабораторий, используя байесовские оценки или критерии Граббса, чтобы исключить аномалии и вычислить общее среднее в качестве стандартного значения. Принцип взаимного подтверждения с помощью различных методов обеспечивает дополнительную надежность результатов оценки.

Статистическая модель проверки однородности

Для твердых азотных стандартных веществ проверка однородности обычно проводится с использованием однофакторного дисперсионного анализа. Метод проверки произвольно отбирает определенное количество единиц из партии образцов, каждый из которых измеряется несколько раз в повторяющихся условиях. Статистика F получена путем расчета соотношения дисперсии между группами и дисперсией внутри групп.

Критерии для принятия решения являются следующими: если расчетное значение F меньше или равно критическому значению F при заданном уровне письма и если стандартная составляющая неопределенности, полученная в результате неоднородности, не превышает нуля компонента неопределенности фиксированного значения в три раза, стандартное вещество данной партии считается однородным.

Динамическая модель мониторинга стабильности

Оценка стабильности использует программу исследования изохронной стабильности, время как независимую переменную, измеренное значение как зависимую переменную для линейного регрессионного анализа. В этой модели стандартное вещество считается стабильным в течение этого периода времени, если абсолютное значение наклона меньше, чем произведение стандартного отклонения t - порога от наклона при заданном уровне письма и степени свободы, если нет существенной разницы в наклоне.

Компонент неопределенности долгосрочной стабильности рассчитывается путем умножения неопределенности наклона на срок действия. Этот компонент будет объединен с другими компонентами неопределенности в окончательный стандартный уровень неопределенности.

Синтез и выражение неопределенности

Неопределенность в отношении стандартных азотных веществ обусловлена тремя основными аспектами: неопределенностью в отношении определений, повторяемостью методов определения значений и системными ошибками; компонент неопределенности однородности, полученный из сравнения дисперсии между группами в анализе однофакторных дисперсий и дисперсии внутри группы; Долгосрочная составляющая неопределенности стабильности происходит от умножения неопределенности наклона в линейной регрессионной модели с периодом действия.

Стандартная неопределенность синтеза равна квадрату компонентов и квадратному корню. Неопределенность расширения достигается путем умножения стандартной неопределенности синтеза на фактор, содержащий k, равный двум, с вероятностью доверия около 95%.

Полное выражение стандартного значения: стандартное значение плюс минус расширенная неопределенность. Это выражение показывает, что истинное значение падает в этот диапазон с вероятностью получения фиксированного письма.

Сценарии применения стандартных веществ для определения содержания азота

Корректировка смещения для анализа системы

Для определения содержания белка в зерновых с помощью метода горения Дюмаса требуется калибровочная кривая с использованием стандартного вещества аспарагина высокой чистоты или этилендиаминтетрауксусной кислоты. Содержание белка достигается путем умножения содержания азота на коэффициент пересчета 6,25.

Калибровочная модель рекомендует нелинейную взвешенную регрессию, такую как вторичная регрессия, для уменьшения дефектов соответствия в точках с низкой концентрацией и повышения точности измерений в полном диапазоне. Элементный анализатор Taizhou De Spectric Analytics Instruments Technology Co., Ltd. с программным обеспечением, встроенным в различные регрессионные модели, автоматически оптимизирует калибровочные кривые для обеспечения точности результатов анализа.

Проверка эффективности предварительной обработки

Предварительная обработка проб является основным источником ошибок при определении содержания азота в почве в целом. Правильный рабочий процесс должен быть следующим: в то же время, чтобы взять образцы почвы, подлежащие измерению, и сертифицированное стандартное вещество почвенного азота, в тех же условиях для диссоциации, дистилляции, титрования. Расчет коэффициента рекуперации сертифицированного стандартного вещества, т.е.

Критерием определения является то, что, если коэффициент рекуперации находится в пределах 100% плюс минус двукратная неопределенность расширения сертифицированного стандартного вещества, доказано, что процесс предварительной обработки является эффективным и не вводит системную ошибку.

Синтез компонентов для оценки неопределенности

При оценке неопределенности измерений в лаборатории в соответствии с руководящими принципами измерения неопределенности неопределенность, неопределенность, вводимая самим сертифицированным азотом стандартным веществом, должна быть синтезирована в качестве компонента.

Если доказанное стандартное вещество используется для калибровки кривой, его неопределенность должна быть передана в конечный результат через ковариацию, соответствующую методу наименьших квадратов. Если для корректировки коэффициента рекуперации используется сертифицированное стандартное вещество, его неопределенность должна быть синтезирована со стандартным отклонением в эксперименте по коэффициенту рекуперации для получения скорректированной неопределенности синтеза. Синтез состоит из квадратного корня в квадрате квадрата величины неопределенности эквивалентной квадрату неопределенности в отношении азота и квадрату стандартного отклонения в коэффициенте извлечения.

Как правильно выбирать стандартные вещества для определения содержания азота

Толкование технических элементов сертификата

При выборе стандартного азотного вещества внимание следует уделять не только значениям концентрации, но и углубленной интерпретации его отчета о сертификате.

Необходимо определить является ли метод определения стоимости единым или же несколько методов взаимно подтверждают друг друга. Стандартные значения, полученные с помощью множественных методов, являются более надежными, чем один метод.

Необходимо проверить, достаточно ли количества проб, проверенных на однородность, для покрытия различий между бутылками. Небольшое количество образцов может не выявить потенциальных проблем с однородностью.

Необходимо оценить, охватывает ли компонент неопределенности последствия долгосрочного хранения. Сертификаты, содержащие только неопределенность значений, являются неполными.

Необходимо подтвердить обоснованность срока действия и соответствие условий хранения фактическим лабораторным условиям.

Принцип соответствия матрицы

Анализируемый образец должен быть как можно ближе к матрице стандартного вещества. Чем больше разница в матрице, тем выше риск ошибки, введенной эффектом матрицы.

Образец чистого раствора должен быть выбран из стандартного вещества чистого раствора. Образцы сложных матриц, таких как почва и осадочные отложения, должны выбирать стандартные материалы для аналогичных матриц. Для калибровки прибора следует выбрать стандартное вещество с высоким содержанием чистых соединений, чтобы обеспечить точность калибровочной кривой.

Соответствие диапазонов значений

Количественные значения стандартного вещества должны охватывать диапазон ожидаемой концентрации в пробах, подлежащих измерению. Калибровка с использованием стандартных веществ, значения которых значительно выше или ниже концентрации проб, может привести к экстраполяции кривых калибровки, что приведет к дополнительной неопределенности.

Для аналитических задач с большим диапазоном концентраций рекомендуется выбрать стандартное вещество с несколькими различными значениями для построения калибровочной кривой, чтобы избежать ограничений, связанных с одноточечной калибровкой.

VII. ВЫВОДЫ

Стандартные вещества для определения содержания азота являются краеугольным камнем обеспечения точности и надежности данных анализа азотных элементов. Его техническое ядро состоит из четырех основных элементов: однородности, стабильности, прослеживаемости количественных значений и неопределенности.

Классификация по типу матрицы является основным принципом при выборе стандартного вещества. Стандартное вещество на основе чистого раствора применяется к ионной хроматографии и анализатору непрерывного потока, стандартное вещество на основе сложной матрицы применяется к азоту Кельвина и горению Дюмаса, а стандартное вещество на основе высокочистого соединения - к калибровке элементного анализатора.

Метрологические характеристики являются существенными атрибутами стандартного вещества. Неопределенность - это не ошибка, а доверительный интервал величины; Отслеживаемость - это не абстрактная концепция, а цепочка передачи количественных значений, созданная посредством конкретной операции; однородность и стабильность - это не качественные описания, а технические показатели, проверенные статистическими моделями.

Только на основе глубокого понимания технических характеристик, описанных выше, разумного отбора азотных стандартных веществ, соответствующих матрице образца, и их полной интеграции в систему контроля качества, можно будет реально играть центральную роль азотных стандартных веществ в обеспечении точности, сопоставимости и прослеживаемости аналитических данных.

Компания Taizhou De Spectric Analytics Instruments Technology Co., Ltd. предоставляет полный спектр инструментов и технической поддержки, охватывающей потребности в анализе различных стандартных азотных веществ, и помогает лабораториям построить * систему обеспечения качества анализа азотных элементов.

Добавление: Толкование ключевых терминов

Толкование терминов

Сертифицированное стандартное вещество: сертифицированное стандартное вещество в количествах, определяемых с помощью процедуры прослеживаемости, при этом каждое стандартное значение сопровождается неопределенностью

Отслеживаемость: увязка результатов измерений с единицами СИ через непрерывную цепочку сравнения с заданной степенью неопределенности

Неопределенность: Неотрицательные параметры, характеризующие дисперсию, которая разумно придает измеренное значение

однородность: согласованность значений стандартных свойств вещества в пространственном распределении

Стабильность: способность стандартных значений свойств вещества оставаться постоянными с течением времени

База: сумма всех компонентов образца, за исключением подлежащих измерению

Эффект матрицы: влияние компонента матрицы на сигнал реакции компонента

Расширенная неопределенность: произведение стандартной неопределенности синтеза и фактора включения

Фактор включения: цифровой фактор, умноженный на неопределенность синтетического стандарта для получения расширенной неопределенности, обычно берет k = 2

Библиография

JJF 1001 - 2011 Общие метрологические термины и определения

JJF 1343 - 2022 Общие принципы и статистические принципы определения стандартных веществ

ISO Guide 30: 2015 Термины и определения, относящиеся к стандартным веществам / референтным веществам

ISO Guide 35: 2017 Руководство по определению и оценке однородности и стабильности стандартных веществ

GB / T 15000 Стандартная серия инструкций по работе с веществами

Заявление об авторском праве: Эта статья предназначена для предоставления высококачественного технического контента для отрасли. Добро пожаловать для воспроизведения, пожалуйста, укажите источник.