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1、海峡预防医学杂志2 0 0 4 年第 1 0 卷第 2 期S t r a i t J P r e v Me d 2 0 0 4 V o l. 1 0 N o . 24 5 份,_- 文寒编号: 1 0 0 7 - 2 7 0 5 ( 2 0 0 4 ) 0 2 - 0 0 4 5 - 0 2 【 实验研究】 正交表在原子吸收分析中的应用 林新华 ,齐东健 , 邓彦2 , 耿洪彬 ( 1 . 大连沙河口区疾病预防控制中心, 辽宁 1 1 6 0 2 1 ; 2 .大连沙河口区卫生监督所, 辽宁 1 1 6 0 2 1 ) 摘要: 【 目的阐述正交表在实验分析中的作用。 方法通过实验说明在仪器分析
2、中的应用, 列举石墨炉原子吸收法 测定水中铅, 选择石墨炉电源影响因素的最佳方案, 给出干澡电流 5 0 A 、 时间4 0 s ; 灰化电流8 0 A, 5 0 s ; 原子化电流4 5 0 A, 6 s 的方案, 及以氮化物发生法测定水中硒, 共存阳离子对氮化物发生的干扰情况为例。 结果水中锰、 铬、 砷3 种元素 对测砷具有显著影响。 仁 结论通过数据处理和检验评价实验结果。 关健词: 仪器分析法; 正交表; 原子吸收法; 铅; 硒 中圈分类号: R - 3 3 1 ; 0 6 5 7文做标识码: A 正交表在实验研究上经常应用, 而在化学分析、 仪器分析 中, 应用尚少见。进行化学实验
3、时, 用正交表设计实验易于选择 主要影响因素。本文用正交设计法选择石墨炉原子吸收法测定 水中铅的最佳工作条件, 用正交表考察氢化物发生一原子吸收 测定水中硒的共存离子影响情况, 得到了较为满意的效果。 电源条件对测定灵敏度影响很大, 干燥、 灰化、 原子化3 部分相 互制约, 联合对测定发生影响, 参考经验值选择了几个水平, 通 过实验分析各因素的效应及各取什么水平使测定灵敏度最高, 结果如表 1 , 1 实脸材料 1 . 1 仪器及主要试剂WF X - 1 D型原子吸收分光光度计; WF - 1 型石墨炉电源; WF - II型氢化物发生器( 北京第二光学仪 器厂) ; 铅、 硒空心阴极灯(
4、 北京有色金属研究院) 。铅、 硒标准溶 液: 1 . 0 0 m g / L ( 国家标准物质研究中心) , 1 5 m g / m l 翻氢化钾一 6 m g / m l 硫脉( 用时现配) 。 1 . 2实脸方法 1 . 2 . 1 实验原理正交表记作L N ( m k ) , N行K列的矩阵, N 表示实验次数, K表示可能安排的因数最大数目, m表示因数 的水平数。各因数各水平的变化按照一定的顺序变化, 其出现 的次数相同, 依据各因数之间均衡分散和整齐可比的特点安排 实验次数。 1 . 2 . 2 实验步骤首先确定要观察的因数及每个因数所涉及 的水平数, 套用到正交表中安排实验。
5、1 . 2 . 2 . 1 石墨炉原子吸收法测定水中铅条件: 波长 2 8 3 . 3 n m, 狭缝 0 . 2 m m, 电流 3 m A, 占空比 1, 5 , 氢气流量 1 . 0 0 L / m i n ; 铅标准溶液0 . 2 j a g / m l , 用微量注射器取1 0 户样液注入石 墨炉中, 按设计的仪器条件测定吸光度。 1 . 2 . 2 . 2 氮化物发生原子吸收法测定水中硒条件: 波长 1 9 6 . 0 n m, 狭缝0 . 2 m m, 占空比1: 5 , 灯电流 4 m A, 炉温 9 2 0 , 氢气流量8 0 0 m l / m i n ; 盐酸浓度1 0
6、%, 硼氢化钾一硫脉浓度 1 . 5 m g / m l- 6 m g / m l 。 取样1 0 m l 于氢化物反应瓶中, 按加液开 关, 使硼氢化钾溶液自动加人反应瓶中, 在选择的工作条件下测 定吸光度。 1 . 2 . 2 . 3 正交表的墓本计算 K 。 每个因数中( 第J 列) 各个相 同水平( 数字 D所对应的吸光度值总和。 实脸 号 衰1 L : a ( 5 6 ) 正交衰实脸方案与洲定结果 I 干澡灰化原子化 电流 ( A) 时间 ( s ) 电流 ( A) 时间 ( s ) 电流 ( A) 1 0 0 1 5 0 2 5 0 3 5 0 4 5 0 3 5 0 4 5 0
7、1 0 0 1 5 0 2 5 0 1 5 0 2 5 0 3 5 0 4 5 0 1 0 0 4 5 0 1 0 0 1 5 0 2 5 0 3 5 0 2 5 0 3 5 0 4 5 0 1 0 0 1 5 0 时间 ( s ) 6 吸光度 0 . 0 3 7 0 . 0 0 5 0 . 0 0 7 0 . 0 3 6 0 . 2 9 1 0 . 0 1 3 0 . 4 3 3 0 . 0 0 6 0 . 0 0 6 0 . 0 2 4 0 . 0 0 4 0 . 0 0 9 0 . 0 0 5 0 . 2 1 4 0 . 0 0 4 0 . 2 2 7 0 . 0 0 7 0 . 1 9
8、 2 0 . 3 2 6 0 . 2 3 5 0 . 0 0 6 0 . 0 5 2 0 . 1 1 9 0 . 0 0 5 0 . 0 0 6 UlaC己JUJlh0工JJ0n口a内bo巴Jlbo一合内匕00口口n合内b 11110乙0,目11,100,曰,人11弓.立八口乙111孟11,白口曰 nCnO0000n0C000C甘nnUCU000000C 1二Q口dJ住,合口JA:Jll0目二Jl工0石内J4,曰njA人.盛性已d.1,曰,d 0000000000000八U00000n00000 btISOJO月了QUO“n内bn己OJO跪btIO0斑匕一了OOC甘内匕叮口80甘 .且1二工孟
9、 n门nn0000八曰on0000110000卜Un甘nUCC 11心白,dA产01.10自,J吐且二dli,翻丹JA比Jl工,U峡,工今曰njA匕d OC分nU00nU卜UU八曰nU00000OO00CUnCCn村 ,臼,妇,曰,曰0白工J伪J6)几J口J4连人吐左工41匕二以二JlJ朴h魂0扣b内七月b 119曰,JAbbtIOUO臼nU,.二n叹廿连压巴Jb月了QUd0119曰恤口左比d 1人,几11,1,.冬1占,人,且,11几,曰,自,0自,自,曰 裹2 L 2 s ( 5 6 ) 的鑫本计算 干澡灰化原子化 1 . 2 . 2 . 4正 交 表 的 方 差 计 算 斗 一 / 嗜鱿
10、 一 / N T , ( T = 凰 时间 0 . 2 8 7 时间 0 . 4 0 6 K值 y t ) , L i z ( 4 s ) 表中m=4 , r =8 , n =3 2 , 2 结果与讨论 2 . 1 石墨炉原子吸收法浏定水中铅最佳条件的选择石墨炉 0 . 2 3 6 0 . 9 8 7 0 . 1 8 8 0 . 5 0 6 0 . 3 2 9 0 . 5 8 7 0. 56 0 温度 0 . 5 1 9 0 . 4 6 7 0 . 6 8 4 0 . 2 8 4 0 . 31 5 0 . 2 6 6 0 . 2 4 7 0 . 6 7 1 0 . 6 7 9 温度 0 . 0
11、 5 9 0 . 2 1 3 0 . 3 7 2 0 . 3 4 1 1 . 2 8 4 时间 0 . 8 0 7 0 . 4 6 6 0 . 2 9 6 0 . 1 9 0 0 . 5 1 0 KKKKK 万方数据 46海峡预防医学杂志2 0 0 4 年第 1 0 卷第2 期S t r a i t J P r e v Me d 2 0 0 4 V o l . 1 0 N o . 由 表2 可见K最大值分别为K 4 , = 0 . 9 8 7 , K 4 2 = 0 . 5 8 7 , K 3 , 二 0 . 6 8 4 , K 5 4 =0 . 6 7 9 , K 5 5 =1 . 2 8
12、4 , K , 6 =0 . 8 0 7 。即干燥温度 5 0 A, 时间4 0 s , 灰化温度8 0 A, 5 0 s , 原子化温度4 5 0 A, 6 。 时, 测定灵敏度最高。 3 . 2氮化物发生一原子吸收法测水中硒共存离子的影响在 氢化物发生过程中, 许多金属离子会对氢化物生成产生严重的 干扰 2 , 3 1 , 根据水的基体组成, 及对水中金属含量分析结果确定 了9 种元素, 4 水平的影响实验, 每做几组用标准溶液进行了矫 正, 针对峰值进行讨论( 表3 ) 。表3 数据处理和检验评价实验 结果见表4 0 衰 3 L 3 2 ( 4 9 ) 正交表实验方案与测定结果( m g
13、 / m l ) 实验号 Ca Mg 5 0 5 0 5 0 5 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 2 0 0 2 0 0 2 0 0 2 0 0 4 0 0 4 0 0 4 0 0 4 0 0 5 0 5 0 5 0 5 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 2 0 0 2 0 0 2 0 0 2 0 0 4 0 0 4 0 0 4 0 0 40 0 CuMnCrAs P b平均峰高( c m) 0 .010 . 010 . 0 0 5 0 . 5 1 0 . 0 0 5 0. 5 6 . 6 7 nUOO,1匕0了R0口八西njg曰,d叮ICJd八匕。d作廿
14、50U 内了n亡刁。J,幻吕庄J任月寸只血b内hQ07.0介月了1五口口n :.- b,汽月h55lltICJ月任J任吐盛卜月任9自Q口。Jg.qllA Z n 0 . 0 1 1 1 01 0 0 1立亡Jlll 0 . 0 1 1 0 0 . 0 1 1 0。 . ; : 0 . 5 0 . 0 0 5 1 0 . 5 0 . 0 0 5 1 00 . 0 1 户勺0 15100115101 0 . 01 ! ( ) 1 0 0 .01 5 1 0 . 0 1 1 0 5 1 0 5 0 . 011 0 1 0 0.01 1 0 0 . 0 1 1 0 . 0 05 0 . 5 1 2 1
15、 2 0 . 0 0 5 0 . 5 0 . 5 0 . 0 0 5 2 1 2 1 0 . 5 0. 005 1 2 0 . 0 0 5 0 . 5 0 . 5 0 . 0 0 5 2 1 1 0 0 . 0 1 1 0 0 . 5 0 . 0 0 5 1 0 . 0 1 1 0 0 . 01 1 0 11051010115101 。 . 10 1 。 : ; 1 0 ( 。01 1 2 0 . 0 0 5 0 . 5 0 . 0 0 5 0 . 5 1 2 2 1 0 . 5 0 . 0 0 5 0 . 5 0 . 0 0 5 2 1 0 . 0 0 5 0. 5 2 1 0 . 5 0
16、. 0 0 5 0 . 0 0 5 0 . 5 1 2 1 2 0 . 0 0 5 0 . 5 0 . 5 0 . 0 0 5 2 1 0 . 5 0 . 0 0 5 2 1 1 2 4 . 1 7 3.243274.194735.80 0 . 01 0 . 0 1 1 0 0.01 只 0.01 0 . 0 1 1 0 1 0 1 01 0 1 0 0.01。 : ; 0 . 0 10 . 01 2 1 o . 5 0 . 0 0 5 0 . 0 0 5 0 . 5 1 2 0 . 0 0 5 0 . 5 7 . 8 1 6 . 3 0 5 . 9 4 5 . 44 2040fi080204
17、06080204060802040608020406080204060802040608020406080 123456789l0nl213l4151617l8l9202l2223242526272829303l32 表4 L 3 2 ( 4 v ) 正交裹的方差分析 分别加人: 锰 1 0 1 2 g / m l , 砷 2 . 0 ji g / m l , 铬2 . 0 t i g / m l , 测得回收 率为锰9 1 . 7 0 o , 铬 8 4 . 5 0 0 , 砷3 2 . 5 0 0 , 与正交试验结果相吻合。 方差来源 平方和自 由度均方 2 . 6 2 0 0 . 4 3
18、 6 4 0 . 9 7 1 0 3 . 2 1 6 6 . 1 8 4 1 . 8 5 7 9 . 5 2 7 8 . 8 9 9 0 . 4 3 6 4 F值 6 . 0 0 2 . 2 2 1擂界值显著性 0 . 8 7 3 3 0 . 1 4 5 5 0 . 3 2 3 7 1 . 0 7 2 2 . 0 6 1 0 . 6 1 9 3 . 1 7 6 2 . 9 6 6 0 . 1 4 5 5 1 4.: :凡 。 : ( 3 . 3 ) 二 2 小结 综上所述, 在仪器分析中采用正交表来设计实验方案和选 择最佳工作条件, 能达到事半功倍的效果, 且选择的结果也与实 际情况相吻合,
19、能更客观的评价一些因素的综合效应。 4 . 2 5 2 1 . 8 3 2 0 . 3 8 o 5 ( 3 . 3 ) 二 0 5 ( 3 . 3 ) = 9 . 2 8 9 . 2 8 9 . 2 8 F o . o s ( 3 , 3 ) =9 . 2 8 , 从表 4 分析看锰、 铬、 砷的临界值均大于 9 . 2 8 , 故3 种元素对硒的测定影响具有显著性。3 种元素均为 负干扰, 砷、 铬干扰较之锰干扰严重。 用单一元素进行对比试验, 一组标准为同一浓度的溶液中 参考文献: 仁 1 中国科学院数学研究所. 常用数理统计表 仁 M . 1 9 7 9 . 6 2 . 2 张卓勇, 曾宪津, 黄本立 . 氢化物发生高频感藕等离子体原子发射 光谱分析中干扰的研究 J 7 . 光谱学与光谱分析, 1 9 8 9 , 9 ( 4 ) : 4 1 - 4 7 . 3 杨敏, 孙峻梅, 廖振环等电热蒸发进样等离子体原子发光谱定痕 量铝的研究 J ) . 光谱学与光谱分析, 1 9 9 9 , 1 9 ( 1 ) : 6 1 - 6 3 . 收稿日期: 2 0 0 3 - 0 9 - 0 9 F0F0 Ca吨FeCuMnZnCrAsPb 万方数据
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