電子分析天平可以準確稱量毫克級樣品嗎?
電子分析天平
可以準確稱量毫克級樣品嗎?
1 電子分析天平可以稱量毫克級樣品嗎?
如果詢問100個同學,相信有99個同學都會回答:當然可以呀!我們一直都是這樣使用的,也沒有任何問題。還有同學可能會回答:因為這臺電子分析天平的可讀性0.1mg,當然可以稱量毫克級樣品,有啥問題呢?
然而,專業的稱量專家在回答這個問題時,通常會問一個問題,比如:您能接受的稱量誤差是多少?因為一臺天平是否可以準確稱量您的樣品,并不是取決于這臺天平的可讀性,而是取決于您能接受的誤差。
2 那什么是誤差呢?
我們再問一個簡單的問題:
下面這臺天平實際稱量結果是多少?

大家肯定會快速回答:0.1502g。
但我要非常遺憾的告訴你:答錯了!
實際稱量結果是0.1502g±?g, 因為世界上沒有100% 準確的測量結果。
只有當一個測量結果中包含有測量不確定度時,這個結果才是完整的。
因此實際稱量結果是0.1502g±測量不確定度。
3 那什么是測量不確定度?
對天平而言,測量不確定度涵蓋以下要素:
對于讀數舍入誤差和參考砝碼誤差,大家都比較容易理解,在這里我們就不多贅述。
下面我們來看一下系統誤差和隨機誤差是怎么影響稱量結果?
我們以一臺200g的電子分析天平為例,各項誤差對相對測量不確定度影響(見下圖):

從圖中我們可以發現,在5%量程(10g)的范圍內,重復性誤差起主導因素,也就是說,在小量程范圍內稱量,測量的不確定度主要來源于重復性誤差。而且此數值在小量程范圍內基本保持不變。并且在不同的稱量量程段,測量不確定度是不一樣的,這個測量不確定度可以通過校準獲得。
4 所以,回到最開始的那個問題,下面這臺天平實際稱量結果是多少?

此時不難理解,如果該稱量點的不確定度為0.0004g(0.4mg),天平顯示值為0.1502g,該樣品的實際凈重是0.1502g±0.0004g

假設用此臺200g分析天平稱量不同凈重的樣品,并且假設這臺天平的絕對不確定度是0.0004g(實際上,隨著樣品量的增大,絕對不確定度會逐漸增大)那么稱量不同的樣品所帶來的相對誤差如下:

*1g=1000mg,以下內容為方便閱讀,以mg為單位表示
所以用此臺天平稱量4mg樣品,其相對誤差已達10%,我們相信大部分實驗無法接受這樣的稱量結果。但由于樣品非常珍貴,只能稱量4mg,同時只能接受稱量誤差1% 。那我們該怎么辦呢?
其實也非常簡單,就是需要選擇一臺不確定度更小的天平。比如您可以選擇一臺不確定度為0.04mg的天平,由于我們的稱量工作還會受到很多因素的影響,比如環境,操作人員,我們一般建議采用安全因子SF=2,所以我們需要選擇一臺不確定度是0.02mg,也就是重復性為0.02mg的天平,但是從統計學的角度來說,為了使我們的稱量結果可信度達到95%,選擇置信因子K=2,因此選擇重復性0.01mg的天平即可滿足稱量4mg且誤差在1%的稱量需求,并且能夠進行安全稱量。
所以我們需要記住:天平是否可以準確稱量您的樣品,并不是取決于天平的可讀性,而是取決于您所需要稱量樣品的凈重,以及您能接受的誤差范圍。
當然您也會在天平銘牌上發現以下信息:

這里的最小秤量Min是按照計量法規所規定的一個最小測量載荷點,小于該載荷值時稱量結果可能產生過大的相對誤差。
因此,當您稱量的樣品重量小于銘牌上的Min值時,一定要計算一下給您帶來的誤差是多少,可能是10% ,可能是50% ,甚至可能是100%!那您一定會再問,是不是我的樣品重量大于銘牌上的Min值時,就能準確稱量了?并不是,我們不可以通過參考銘牌上的Min值來評估天平是否適合實際的稱量工作,能否準確稱量,需要參考您能接受的稱量誤差是多少。
之前有很多同學反饋稱量小量樣品做合成實驗室時無法合成,或者稱量小量樣品時實驗結果重復性很差,這些有可能都是因為沒有考量稱量誤差所導致的。
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