標準添加法（既知添加法とも呼ばれる）は、分析化学でよく用いられ、未知試料中に存在する分析対象物質を定量します。この方法は、マトリックス効果が分析対象物質の信号に干渉する複雑な試料の分析に有用です。検量線法と比較して、標準添加法には、未知試料と標準物質のマトリックスがほぼ同一であるという利点があります。[1]これにより、濃度測定時にマトリックス効果から生じる潜在的なバイアスを最小限に抑えることができます。
バリエーション
標準添加法は、既知の量の分析対象物質を未知の試料に添加するプロセスであり、スパイクと呼ばれます。スパイク回数を増やすことで、分析者はスパイクされていない未知の試料中の分析対象物質の濃度を外挿することができます。[2]標準添加法には複数のアプローチがあります。以下のセクションでは、それぞれのアプローチの概要を説明します。
ポーラログラフィーで使用される単一標準添加
古典的なポーラログラフィーにおける標準添加法では、2つのサンプル（スパイクのないサンプルとスパイクのあるサンプル）を作成します。2つのサンプルから測定された電流を比較することで、未知物質中の分析対象物質の量を決定します。[1]この方法は、標準添加法の最初の使用例として報告され、1937年にドイツの鉱山化学者ハンス・ホーンによって導入されました。[3]ホーンは、ポーラログラフィーの実用書『Chemische Analysen mit dem Polargraphen』の中で、この方法を「Eichzusatz」 （英語で「較正添加」と訳される）と呼んでいます。その後、ドイツ語の文献では、この方法は「Standardzugabe」（英語で「標準添加」を意味する）と呼ばれました。
現代のポーラログラフィーでは、通常、標準溶液、未知溶液、そして標準溶液と未知溶液の混合溶液の3つの溶液を使用します。これらの溶液のいずれか2つを測定することで、未知溶液の濃度が計算されます。[1]
ポーラログラフ標準添加法では、標準物質を添加した溶液が1つだけ使用されるため（2レベル設計）、ポーラログラフ学者は常にこの方法を単数標準添加法と呼びます。[4]
一定サンプル量および総量での標準物質の連続添加
ポーラログラフィーの分野以外では、ハーヴェイの著書『分光化学手順』が標準添加法について言及した次に古い参考書でした。[4]ハーヴェイのアプローチは標準物質を連続的に添加するもので、今日最も一般的に使用されている標準添加法と非常によく似ています。
この方法を適用するには、分析者は等量の未知物質を含む複数の溶液を調製し、それらに様々な濃度の分析対象物質を添加します。未知物質の量と総量は標準試料間で同じであり、標準試料間の唯一の違いは添加する分析対象物質の量です。これにより、分析対象物質の信号と添加した分析対象物質の量の間に直線関係が生まれ、ゼロの分析対象物質の信号を外挿することで未知物質の濃度を決定することができます。この方法の欠点は、十分な量の未知物質が必要になることです。[2]サンプル量が限られている場合、分析者は1回の添加で済む場合もありますが、一般的には可能な限り少なくとも2回の添加を行うのがベストプラクティスと考えられています。[5]
これは液体試料に限ったことではないことに注意してください。例えば、原子吸光分光法では、固体試料でも標準添加法がよく用いられます。 [6]
原子発光分光法では、標準物質の添加ではバックグラウンド信号を分離することができません。そのため、ゼロ信号を外挿する前に、未知物質と標準物質の強度からバックグラウンド信号を差し引く必要があります。[5]
このアプローチでは追加される標準物質の量が変化するため、複数形の「標準追加」と呼ばれることが多い。[4]
例
分析者が写真フィルムの廃液サンプル中の銀濃度を原子吸光分光法で測定するとします。検量線法を用いると、分析者は分光計を純銀水溶液で校正し、その検量線を用いて廃液サンプル中の銀量を測定できます。しかし、この方法では、純銀水溶液と写真廃液サンプルのマトリックスが同じであることを前提としており、廃液サンプルはマトリックス効果の影響を受けないことになります。
プラズマ分光法など、干渉が比較的少ないとされる方法であっても、マトリックス効果は発生します。そのため、分析者はこの場合には標準添加法を用いるでしょう。
標準添加では、等量のサンプル溶液を採取し、それぞれに異なる量の分析対象物（0、1、2、3、4、5 mL）をスパイクします。0 mL 添加は純粋なテストサンプル溶液です。次に、スパイク溶液を調製するために使用したのと同じ溶媒を使用して、すべての溶液を同じ容量の 25 mL に希釈します。調製した各溶液を原子吸光分光計を使用して分析します。結果として得られた信号とそれに対応するスパイクされた銀濃度が、濃度を x 軸、信号を y 軸としてプロットされます。回帰直線は最小二乗分析によって計算され、直線の x 切片は y 切片と回帰直線の傾きの比によって決定されます。この x 切片は、標準溶液を添加していない場合のテストサンプルの銀濃度を表します。
エラー
標準添加法は、分析対象物質の信号に対するほとんどのマトリックス効果の干渉を低減するのに効果的ですが、並進マトリックス効果を補正することはできません。[7]これらの効果は、未知サンプル中に存在する他の物質によって引き起こされますが、多くの場合、分析対象物質の濃度とは無関係です。これらは一般に「バックグラウンド」と呼ばれ、回帰直線の傾きには影響を与えずに切片に影響を与える可能性があります。その結果、未知濃度へのバイアスが生じます。言い換えれば、標準添加法ではこれらのバックグラウンドやその他のスペクトル干渉を補正することはできません。[5]
分析者は、標準偏差を計算することで、測定された未知濃度の精度を評価する必要もあります。値が小さいほど、測定精度が高いことを示します。の値は次のように与えられます 。
ここで、計算には次の変数が含まれます。
- 残差の標準偏差、
- 最小二乗直線の傾きの絶対値、
- 直線のy切片、
- 基準の数、
- 基準の平均測定、
- 基準の濃度、
- 基準物質の平均濃度、
参照
参考文献
- ^ abc Bader, Morris (1980). 「機器分析における標準添加法への体系的アプローチ」 . Journal of Chemical Education . 57 (10): 703. Bibcode :1980JChEd..57..703B. doi :10.1021/ed057p703. ISSN 0021-9584.
- ^ ab Skoog, Douglas A.; Holler, James F.; Crouch, Stanley R. (2016). 『機器分析の原理（第6版）』ボストン、マサチューセッツ州、米国：Cengage Learning. pp. 13– 14. ISBN 978-1-305-57721-3。
- ^ ハンス、ホーン (1937)。ポラログラフェンによる化学分析。ドイツ、ベルリン: SpringerVerlag。 p. 51.
- ^ abc ハーヴェイ、チャールズ・E. (1950).分光化学法（第1版）. グレンデール: 応用研究研究所.
- ^ abc ロビンソン、ジェームス W.;スケリー・フレーム、アイリーン・M.フレーム II、ジョージ M. (2005)。分光法入門(第 6 版)。ニューヨーク：マーセル・デッカー。84 ～ 87ページ 。ISBN 0-203-99730-1。
- ^ Fan, Xiaoyu; Li, Qing; Lin, Ping; Jin, Zhonggan; Chen, Meizi; Yi, Zu (2022). 「誘導結合プラズマ質量分析法による血清リチウム定量のための標準添加法」Ann Clin Biochem . 59 (3): 166– 170. doi :10.1177/00045632211054745. PMID 34719967.
- ^ エリソン, スティーブン・L.; トンプソン, マイケル (2008). 「標準添加物：神話と現実」.アナリスト. 133 (8): 992–7 .書誌コード:2008Ana...133..992E. doi :10.1039/b717660k. PMID 18645637.
