JJF 2291-2025 辉光放电质谱仪校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范

JJF2291—2025

辉光放电质谱仪校准规范

2025-09-08发布 2025-12-08实施

国家 市场 监督 管理 总局 发布

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归口 单位 : 全国物理化学计量技术委员会

主要起草单位 : 中国计量科学研究院

参加起草单位 : 清华大学

钢研纳克检测技术股份有限公司

中国航发北京航空材料研究院

本规范委托全国物理化学计量技术委员会负责解释

本规范主要起草人 :

周涛 (中国计量科学研究院)

张见营 (中国计量科学研究院)

唐一川 (中国计量科学研究院)

参加起草人 :

邢志 (清华大学)

毕经亮 (钢研纳克检测技术股份有限公司)高颂 (中国航发北京航空材料研究院)

引言

JJF 1071—2010《国家计量校准规范编写规则》、JJF 1001—2011《通用计量术语及定义》 和 JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》 共同构成支撑本规范制定工作的基础性系列规范。

本规范为首次发布。

1 范围

本规范适用于辉光放电质谱仪的校准。

2 引用文件

本规范引用了下列文件 :

JJF 1159—2006 四极杆电感耦合等离子体质谱仪校准规范

凡注日期的引用文件 , 仅注日期的版本适用于本规范 ; 凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本 (包含所有的修改单) 适用于本规范。

3 术语和计量单位

3.1 质量分辨率 mass resolution

质谱仪分辨两个相邻 质谱 峰的 能力 , 以某 元素 质量 数与 质谱 峰高 5%处峰 宽的 商表示。

3.2 灵敏度 sensitivity

高纯金属中主元素在质谱仪检测器上得到的信号响应 , 以每秒计数 (cps) 表示。

3.3 记忆效应 memory effect

新样品的测量结果 , 受到残存在离子源和分析器内部的已分析样品的影响 , 表现出测量结果与测量次序有关。

4 概述

辉光放电质谱仪 (glow discharge mass spectrometry, 以下简称 GD-MS) 是利用辉光放电源作为离子源与质谱分析器连接 , 对固体样品中化学成分进行分析的仪器。其原理是在低压惰性气体 (通常为高纯 Ar) 氛围中施加电场形成等离子体 , 样品作为阴极 ,表面被正离子撞击发生溅射 , 溅射出的原子进入等离子体中电离 , 产生的离子经过离子光学透镜聚焦后进入质量分析器按照荷质比分离 , 既可以按照荷质比进行定性分析 , 也可以按照荷质比的离子数目进行定量分析。

GD-MS主要由辉光放电离子源、质量分析器、离子检测器三部分组成 , 配备有数据处理系统、真空系统、供电控制系统等。

5 计量特性

GD-MS的计量特性见表 1。

表 1 GD-MS的计量特性

6 校准条件

6.1 环境条件

6.1.1 环境温度 : (18~28)℃。

6.1.2 环境相对湿度 : ≤70%。

6.2 载气

高纯氩 , 纯度 ≥99.999%。

6.3 测量标准及其他设备

6.3.1 标准物质

校准用标准物质应采用国家有证标准物质。

6.3.1.1 高纯 硅纯 度标 准物 质 , 纯度 ≥ 99.999% , 相对 扩展 不确 定度 ≤ 0.001% (k=2)。

......、标、物,、., ,.0(0()k)g。,: 分(1为)m/s(,k)定。合格。

7 校准项目和校准方法

7.1 背景噪声

对高纯硅纯度标准物质进行测量 , 推荐测量条件见附录 A。 中分辨模式下选择 7 u、 131 u、220 u, 积分时间 1 s, 扫描 100次 , 以平均值表示。

7.2 质量稳定性

对金属基体标准物质进行测量 , 推荐测量条件见附录 A。 中分辨模式下扫描 11 u、 59 u、107 u、208 u处离子谱图 , 确定峰中心对应的质量数 , 磁场连续运行 1 h后重复扫描 , 以两次峰中心质量数差值作为质量稳定性。

7.3 质量分辨率

对高纯铜纯度标准物质进行测量 , 推荐测量条件见附录 A。在低分辨、 中分辨和高分辨模式下分别扫描63Cu 的谱图 , 按照公式 (1) 计算质量分辨率。

R (1)

式中 :

R— 质量分辨率 ;

M— 同位素质量数 63, u;

ΔM— 63Cu离子峰的 5%峰高处对应的峰宽 , u。

7.4 灵敏度

对高纯铜纯度标准物质进行测量 , 在扫描模式下分别读取低分辨、 中分辨和高分辨模式下63Cu 的信号强度 (cps)。

7.5 检出限

对高纯硅纯度标准物质进行测量 , 在低分辨模式下测量7Li, 在中质量分辨率模式下测量75As或121Sb, 在高质量分辨率模式 下测 量39K, 积分 时间 1 s, 重复 测量 11次 ,记录元素含量 , 按照公式 (2) 计算元素检出限。

D— 元素检出限 , ng/g;

xi— 元素含量值 , ng/g;

x— 元素含量平均值 , ng/g;

n— 测量次数。

7.6 丰度灵敏度

对高纯铜纯度标准物质进行测量 , 在低分辨率模式下测量 62 u、63 u 和 64 u 的离子数目 I62、I63、I64 , 按照公式 (3) 和公式 (4) 计算丰度灵敏度。

δ— 丰度灵敏度 ;

I63— 质量数为 63的离子峰信号强度 , cps;

I62— 质量数为 62的离子峰信号强度 , cps;

I64— 质量数为 64的离子峰信号强度 , cps。

7.7 全扫描时间

对高纯硅纯度标准物质进行测量 , 设定方法测量从 Li~ U 区间 , ≥70种元素的含量 , 每个元素测量 1次 , 记录测量开始和测量结束的时间。

7.8 记忆效应

连续测量高纯铜纯度标准物质 30 min后 , 更换铜含量低于 0.1 mg/kg的高纯硅纯度标准物质 , 测量其中的铜元素含量 , 以平行测量 6 次的平均值与高纯铜纯度量值的比值用于表示记忆效应。

7.9 测量重复性与示值误差

对金属基体标准物质进行测量 , 选择元素 B、Co、Ag、Pb, 平行 6 次测量 , 计算各元素测量结果的平均值和相对标准偏差 RSD% , 见公式 (5) , 以 RSD%作为测量重复性。 以平均值与标准物质的认定值相减 , 按照公式 (6) 计算 , 以差值作为示值误差。

Sr— 测量重复性 ;

xi— 元素浓度测量值 , mg/kg;

x— 元素浓度测量平均值 , mg/kg;

E = x - w (6)

E— 示值误差 , mg/kg;

w— 标准物质认定值 , mg/kg;

x— 标准物质测量值 , mg/kg。

8 校准结果表达

根据校准结果出具校准证书 , 校准证书至少包含以下信息 :

a) 标题 : “校准证书”;

b) 实验室名称和地址 ;

c) 进行校准的地点 (如果不在实验室内进行校准) ;

d) 校准证书编号 , 页码及总页数的标识 ;

e) 客户的名称和地址 ;

f) 被校仪器的名称、型号、编号及制造单位等描述 ;

g) 校准单位校准专用章 ;

h) 进行校准的日期 ;

i) 校准所依据的技术规范名称及代号 ;

j) 本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明 ;

k) 校准时的环境温度、相对湿度等描述 ;

l) 校准结果及其测量不确定度 ;

m) 对校准规范偏离的说明 ;

n) 复校时间间隔的建议 ;

o) 校准证书的校准人、核验人、批准人签名及签发日期 ;

p) 校准结果仅对被校仪器本次测量有效的声明 ;

q) 未经实验室书面批准 , 不得部分复制证书的声明。

9 复校时间间隔

复校时间间隔由用户自定 , 建议不超过 1 年。 由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定 , 因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。如果对仪器的性能有怀疑或仪器更换重要部件及修理后应对仪器重新校准。

附录 A

辉光放电质谱仪推荐测量条件

金属合金测量推荐条件见表 A.1。

表 A.1 金属合金测量推荐条件

硅测量推荐条件见表 A.2。

表 A.2 硅测量推荐条件

附录 B

校准原始记录参考格式

1. 背景噪声 (中分辨)

2. 质量分辨率

3. 灵敏度

6. 全扫描时间

Li~ U (70种元素) min

7. 记忆效应 (n= 6)

8. 丰度灵敏度 (低分辨)

9. 质量稳定性 (中分辨)

附录 C

校准证书内页推荐格式

证书编号

校准结果证书编号

校准员 : 核验员 :

第 ×页共 ×页

附录 D

示值误差校准不确定度评定示例

本附录以辉光放电质谱仪示值误差的不确定度做评定示例分析。

D.1 校准示例

依据附录 A 中推荐的工作条件 , 分别采用 GBW01240、GBW01244 (合金钢成分分析标准物质) 和 GBW01621铁镍基高温合金痕量元素成分分析标准物质进样 , 在 ELE- MENT GD PLUS型辉光放电质谱仪 (高束流) 上 , 设置放电电流 35 mA, Ar气流速430 mL/min, 反馈放电电压 650 V。 预溅射 10 min后 , 选择元素 B (11)、Co (59)、 Ag (107) 和 Pb (208) 为待测元素 , 基体设为主量元素总和。平行 6 次测量后导出结果数据 , 计算测量结果的平均值和标准偏差 SD, 结果列在表 D.1 中。

表 D.1 示值误差测量结果汇总单位 : mg/kg

D.2 测量模型

本校准规范测量示值误差的测量模型见公式 (D.1)。

E =x - w (D.1)

x— 标准物质测量平均值 , mg/kg。

示值误差的合成标准不确定度按公式 (D.2) 计算。

uc (D.2)

uc— 示值误差的合成标准不确定度 ;

u(w) — 标准物质认定值的标准不确定度 ; u(x) — 测量平均值的标准不确定度。

D.3 不确定度的来源和分析

D.3.1 标准物质认定值的标准不确定度 u(w)

标准物质认定值的标准不确定度 , 可通过标准物质证书获得 , 通常为扩展不确定度

的一半 (k=2)。通过标准物质证书查询 , 元素 B、Co、Ag、Pb含量的标准不确定度分

D.3.2 测量值的标准不确定度 u(x)

测量值的不确定度是因各种因素引起的测量波动 , 可通过多次平行测量获得 , 通常情况下 , 其不确定度按照正态分布计算。

按照平行 6次测量结果的平均值 , 计算标准偏差 SD, 分别为 B (0.5 mg/kg)、Co (1.2 mg/kg)、Ag (0.2 mg/kg)、Pb (0.3 mg/kg)。

D.4 合成标准不确定度

将 D.3 中各分量代入公式 (D.2) 计算 , 得到元素 B、Co、Ag、Pb示值误差的合成标准不确定度分别为 : 1.2 mg/kg、3.3 mg/kg、0.45 mg/kg、1.1 mg/kg。

D.5 示值误差的扩展不确定度

取包 含因 子 k= 2, 则元 素 B、 Co、 Ag、 Pb示值 误差 的扩 展不 确定 度分 别为 :