实验技巧

电子天平的称量极限在哪里?

本文来自Chem-Station日文版 天秤で量れるのは何mgまで? arrow

翻译投稿 炸鸡 校对 肥猫

任何测量设备都有测量极限。作为搬砖人的我们的身边最熟悉的测量设备就是电子天平了,但是你知道电子天平的测量极限是多少呢?

恐怕很多人在称量微量的催化剂和少量的产物或是测量样品的时候都会在内心打鼓“这天平上的数字真的准确吗”。那么电子天平最小可以称出多少重量的物质呢?

「d = 0.01 mg」并不是说「最小可以称到0.01mg」

相信很多人都会误以为精密电子天平上写的「d = 0.01 mg」的意思是说「最小可以称到0.01mg」,但这是很多人的一个误解,「d = 0.01 mg」并不意味着这个精密电子天平最小可以准确称出0.01 mg样品的质量。

「d = 0.01 mg」仅仅是最小示数的意思。

比如一款名为秤XSR205DUV的电子天平,根据它的官网显示,这款电子天平的最小称量值是20mg。

咦?这个数值怎么这么大呀。“20mg”这个数值似乎和我们的期待值有些差距呀。“最小称量值”是指多次测量的测量数值与真实数值之间标准偏差的2倍有95.4%的概率在测量值的0.1%以内的时候的最小质量。

。。。。啊啊,说点人类可以听懂的话好吗。

那么简单举个例子好了。假设我们有个20mg的样品,我们用电子天平多次称量这个样品的质量,测量值有95.4%的概率在19.98~20.02 mg这个范围内波动。「d =XXmg」,d后面的XX就是标准偏差的意思。如果d=0.01mg,标准偏差就为0.01mg,标准偏差的两倍为0.01mg的2倍即0.02mg,0.02mg是测量值的0.1%,那么测量值就是0.02/0.1%=20mg,20mg就是最小测量值。

总之,可以看出这是一个保证相当高精度的数值。那么电子天平的测量极限是多少mg呢?

小尺度称量时应检查线性度

复杂的是,电子天平的标准偏差通常是用10g的砝码确定的。实际上并没有使用最小称重值的重量砝码进行调查,上述20mg只是标准偏差的2000倍得到的值。也就是说,实际调查的结果是10g的砝码量10次得到的值在9.98g~10.02g之间……

问题是,10g的砝码和20mg的样品的误差是非线性的。这里所说的“非线性”,可以理解为测量次数越少误差越大。

如上面所说,即使多次称量20mg的样品,也不能把测量值控制在19.98~20.02mg之间。这种偏差被称为“线性”,XSR205DUV电子天平:

重复性(代表值)0.01 mg

线性 ±0.2 mg

这两组值的意思是:在最大限度地减少环境误差的前提下,最多只能产生±0.22 mg的误差。

总结

重要的是在测量质量较大的样品时,标准偏差(重复性)会占较大权重的影响,在测量质量较小的样品时,线性误差会占较大权重的影响。

如果用XSR205DUV电子天平称得的测量值为1mg,则真实值则在0.78-1.22mg之间。

例如,如果将催化剂量为5mol%的催化剂称取1mg,则实际称得的催化剂量在3.9-6.1mol%之间。如果称取0.5mg的5mol%催化剂量的催化剂,则实际称得的催化剂量在2.8-7.2 mol%之间。这造成的误差可就太大了。

对使用电子天平的人来说重要的并不是“最小可以精准称到多少mg”,重要的是要努力把误差降到最小。线性误差是电子天平本身所带来的,我们无能为力,但我们可以努力减少环境误差。

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