賽默飛(Thermo Fisher Scientific)FLASH 2000 CHNS 元素分析儀是一款高精度、多功能的有機(jī)元素分析系統(tǒng),用于快速測(cè)定樣品中的碳(C)、氫(H)、氮(N)和硫(S)元素含量。儀器采用動(dòng)態(tài)燃燒法(Dynamic Flash Combustion)原理,通過(guò)高溫燃燒、氣體還原、分離和熱導(dǎo)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)多元素的同時(shí)測(cè)定。
在分析過(guò)程中,儀器校準(zhǔn)(Calibration) 是確保測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠的關(guān)鍵步驟。校準(zhǔn)是將儀器檢測(cè)信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的已知含量建立數(shù)學(xué)關(guān)系的過(guò)程,用以修正系統(tǒng)偏差、保證測(cè)定結(jié)果的可追溯性。
FLASH 2000 的校準(zhǔn)不僅是常規(guī)分析前的必要操作,也是儀器性能驗(yàn)證、長(zhǎng)期穩(wěn)定性評(píng)估以及實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制體系的重要組成部分。本文將系統(tǒng)介紹 FLASH 2000 CHNS 儀器的校準(zhǔn)原理、步驟、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)選擇、數(shù)據(jù)處理及注意事項(xiàng)。
(1)確保準(zhǔn)確性
通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校準(zhǔn)儀器,使檢測(cè)信號(hào)與真實(shí)含量保持一致,保證分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。
(2)消除系統(tǒng)誤差
儀器在長(zhǎng)期運(yùn)行中可能因燃燒管老化、檢測(cè)器靈敏度變化或氣路污染而產(chǎn)生系統(tǒng)性偏差,校準(zhǔn)可有效修正。
(3)驗(yàn)證儀器性能
校準(zhǔn)結(jié)果可反映儀器靈敏度、線性范圍和重復(fù)性,是性能評(píng)估的重要依據(jù)。
(4)保證可追溯性
標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)具有權(quán)威認(rèn)證值,校準(zhǔn)后儀器結(jié)果可追溯到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系。
選擇適宜的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),元素組成與待測(cè)樣品相近;
校準(zhǔn)樣與樣品應(yīng)在相同實(shí)驗(yàn)條件下分析;
校準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)系數(shù)(R2)應(yīng) ≥ 0.999;
定期重復(fù)校準(zhǔn),確保儀器長(zhǎng)期穩(wěn)定;
校準(zhǔn)結(jié)果必須經(jīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)并保存記錄。
FLASH 2000 CHNS 儀器的檢測(cè)信號(hào)由熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD)產(chǎn)生,其輸出電壓與進(jìn)入檢測(cè)器的氣體濃度成正比。通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)燃燒后產(chǎn)生的氣體信號(hào),并與其理論含量對(duì)應(yīng),可建立如下線性關(guān)系:
Y=aX+bY = aX + bY=aX+b
其中:
Y 為檢測(cè)信號(hào)(峰面積或峰高);
X 為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)元素含量(% 或 μg);
a 為靈敏度系數(shù)(斜率);
b 為系統(tǒng)零點(diǎn)偏移(截距)。
儀器軟件自動(dòng)擬合多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣的信號(hào)與含量關(guān)系,形成校準(zhǔn)曲線。分析樣品時(shí),系統(tǒng)利用該曲線計(jì)算元素含量,實(shí)現(xiàn)定量分析。
元素組成與待測(cè)樣品的基質(zhì)相似;
含量范圍覆蓋樣品的濃度區(qū)間;
具有良好的熱穩(wěn)定性與化學(xué)均勻性;
標(biāo)準(zhǔn)值具有可追溯性(如 NIST、GBW、BCR 等認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn))。
| 元素類型 | 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)名稱 | 化學(xué)式 | 理論含量(%) |
|---|---|---|---|
| CHN | 乙酰苯胺(Acetanilide) | C?H?NO | C=71.09,H=6.71,N=10.36 |
| CHNS | 對(duì)氨基苯磺酰胺(Sulfanilamide) | C?H?N?O?S | C=41.84,H=4.68,N=16.27,S=18.62 |
| CN | 苯甲酰苯胺(Benzoic acid amide) | C?H?NO | C=68.84,N=11.47 |
| S | 硫酸鈣二水物(CaSO?·2H?O) | — | S=18.62 |
| 低含量樣品 | 蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)粉末(Bovine Protein) | — | C≈40,H≈6,N≈14 |
標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在使用前應(yīng)置于干燥器中保存,防止吸濕。
檢查儀器狀態(tài)
確認(rèn)燃燒爐和還原爐溫度穩(wěn)定(950°C 和 650°C);
檢查氣體流量(氧氣 300 mL/min,載氣 120 mL/min);
保證基線平穩(wěn),無(wú)明顯漂移。
檢查氣體純度
氦氣與氧氣純度應(yīng) ≥99.999%,否則會(huì)引入背景信號(hào)干擾。
標(biāo)準(zhǔn)樣稱量
精度 ±0.01 mg;
每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣稱取 1–3 mg,準(zhǔn)確記錄質(zhì)量;
每個(gè)樣品封裝于錫杯中,加入助燃劑(WO?)。
系統(tǒng)清潔
確保燃燒區(qū)、進(jìn)樣口、氣路無(wú)殘留污染;
運(yùn)行空白測(cè)試,確認(rèn)信號(hào)基線為零。
打開(kāi)軟件并選擇“Method Setup”;
選擇分析模式(CHN、CHNS、S);
設(shè)置燃燒與還原溫度、氣體流量、延時(shí)時(shí)間等參數(shù);
保存方法文件并命名(如“CHNS-Cal-2025”)。
在“Calibration Table”中輸入標(biāo)準(zhǔn)樣編號(hào)、稱量質(zhì)量、理論含量;
選擇對(duì)應(yīng)元素及分析順序;
確認(rèn)數(shù)據(jù)輸入無(wú)誤后保存。
將封裝好的標(biāo)準(zhǔn)樣依次放入自動(dòng)進(jìn)樣盤(pán);
啟動(dòng)分析序列(Start Sequence);
儀器自動(dòng)完成燃燒、檢測(cè)與積分;
記錄每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣的峰面積與峰形。
軟件根據(jù)輸入的理論含量與檢測(cè)信號(hào),自動(dòng)計(jì)算線性回歸方程;
檢查回歸系數(shù)(R2),要求 ≥0.999;
若不符合標(biāo)準(zhǔn),重新分析或更換標(biāo)準(zhǔn)樣。
校準(zhǔn)曲線可保存為方法文件的一部分;
建議保存多份備份,用于性能比較與追溯。
在 3–5 個(gè)不同含量水平下進(jìn)行校準(zhǔn);
檢查各點(diǎn)殘差分布是否均勻;
若出現(xiàn)高濃度偏離,應(yīng)調(diào)整樣品量或積分區(qū)間。
使用獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證校準(zhǔn)曲線;
實(shí)測(cè)值與理論值偏差 ≤ ±0.3%。
同一標(biāo)準(zhǔn)樣重復(fù)分析 6 次,計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD ≤0.2%);
若超過(guò)范圍,需檢查氣流穩(wěn)定性或燃燒系統(tǒng)。
每周測(cè)定一次標(biāo)準(zhǔn)樣,繪制響應(yīng)系數(shù)趨勢(shì)圖;
若斜率變化超過(guò) ±2%,需重新校準(zhǔn)。
校準(zhǔn)元素:C、H、N;
使用乙酰苯胺標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì);
校準(zhǔn)范圍:C 50–80%,H 5–8%,N 5–12%。
校準(zhǔn)元素:C、H、N、S;
推薦標(biāo)準(zhǔn):Sulfanilamide;
校準(zhǔn)時(shí)需確保硫峰完全分離。
僅測(cè)硫元素;
使用無(wú)機(jī)硫標(biāo)準(zhǔn)(如 CaSO?·2H?O);
校準(zhǔn)前需更換專用分離柱。
自動(dòng)積分峰面積;
計(jì)算各元素信號(hào)強(qiáng)度;
生成校準(zhǔn)方程與統(tǒng)計(jì)報(bào)告;
輸出靈敏度系數(shù)(Slope)與截距(Intercept)。
| 項(xiàng)目 | 指標(biāo)要求 | 說(shuō)明 |
|---|---|---|
| 相關(guān)系數(shù)(R2) | ≥0.999 | 線性良好 |
| 截距(b) | 接近 0 | 系統(tǒng)偏差小 |
| 殘差分布 | 無(wú)系統(tǒng)趨勢(shì) | 校準(zhǔn)準(zhǔn)確 |
| 標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD) | ≤0.2% | 重復(fù)性高 |
校準(zhǔn)文件應(yīng)命名為“日期+操作員+模式”;
每次校準(zhǔn)報(bào)告需打印存檔,便于審查。
| 校準(zhǔn)類型 | 頻率 | 目的 |
|---|---|---|
| 初次校準(zhǔn) | 儀器安裝后 | 建立初始性能基準(zhǔn) |
| 日常校準(zhǔn) | 每日開(kāi)機(jī)前 | 保證當(dāng)日分析準(zhǔn)確性 |
| 周期校準(zhǔn) | 每周一次 | 檢查系統(tǒng)線性與漂移 |
| 維護(hù)后校準(zhǔn) | 更換燃燒管、檢測(cè)器后 | 修正系統(tǒng)偏差 |
| 年度驗(yàn)證 | 每年 | 滿足質(zhì)量體系要求 |
燃燒效率
若燃燒不完全,氣體生成不足,峰面積減小。應(yīng)保持爐溫與氧氣流量正常。
樣品稱量誤差
微量樣品稱量不準(zhǔn)會(huì)直接影響濃度計(jì)算,需使用高精度天平。
氣體純度與壓力波動(dòng)
載氣或氧氣雜質(zhì)會(huì)造成信號(hào)波動(dòng);氣壓不穩(wěn)會(huì)引起峰形畸變。
檢測(cè)器狀態(tài)
TCD 熱絲老化或污染會(huì)降低靈敏度,應(yīng)定期校準(zhǔn)檢測(cè)器。
吸附劑與分離柱老化
吸附能力下降會(huì)導(dǎo)致峰重疊,影響積分精度。
軟件積分設(shè)置
積分范圍不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致峰面積偏大或偏小,應(yīng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)樣確認(rèn)最佳區(qū)間。
| 問(wèn)題 | 可能原因 | 處理方法 |
|---|---|---|
| 校準(zhǔn)曲線線性差 | 樣品質(zhì)量范圍過(guò)窄 | 擴(kuò)大濃度范圍或添加校準(zhǔn)點(diǎn) |
| 結(jié)果偏低 | 燃燒不完全或泄漏 | 檢查燃燒管與氣路密封 |
| 結(jié)果波動(dòng)大 | 氣流不穩(wěn)或檢測(cè)器污染 | 穩(wěn)定氣壓,清潔檢測(cè)池 |
| R2 < 0.999 | 標(biāo)準(zhǔn)樣誤差大或數(shù)據(jù)異常 | 重新稱樣并復(fù)測(cè) |
| 峰形重疊 | 分離柱老化 | 更換新柱或調(diào)整溫度程序 |
空白分析
校準(zhǔn)完成后運(yùn)行空白樣,確認(rèn)無(wú)殘留信號(hào)。
標(biāo)準(zhǔn)回測(cè)
使用獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)樣分析 3 次,偏差 ≤±0.3%。
平行樣測(cè)試
同一標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)測(cè)試 6 次,RSD ≤0.2%。
結(jié)果審核
若性能指標(biāo)未達(dá)要求,必須重新執(zhí)行校準(zhǔn)流程。
建立校準(zhǔn)檔案
每次校準(zhǔn)結(jié)果須記錄在《儀器校準(zhǔn)記錄表》中,包括日期、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、操作員、回歸參數(shù)與R2。
數(shù)據(jù)追蹤
通過(guò)校準(zhǔn)文件名和編號(hào)可追溯到原始實(shí)驗(yàn)。
定期審核
質(zhì)量負(fù)責(zé)人應(yīng)每月檢查校準(zhǔn)趨勢(shì),評(píng)估儀器性能變化。
文件保存期限
校準(zhǔn)記錄和報(bào)告保存不少于五年。
校準(zhǔn)樣必須與樣品采用相同的燃燒條件;
分析前應(yīng)運(yùn)行空白樣以清除殘氣;
校準(zhǔn)過(guò)程中不可更改氣體流量或溫度;
不得同時(shí)混用不同批次標(biāo)準(zhǔn)樣;
校準(zhǔn)完成后應(yīng)立即鎖定方法文件,防止誤修改;
定期進(jìn)行交叉驗(yàn)證,確保不同操作員間一致性。