Faster, Simpler, and More Precise Calibration Curves: Expanding the Scope of Continuous Calibration》 更快、更简单、更精准的校准曲线：拓展连续校准技术的应用范围

《Analytica Chimica Acta》：Faster, Simpler, and More Precise Calibration Curves: Expanding the Scope of Continuous Calibration

本研究针对定量分析中传统校准方法耗时耗力、精度有限的问题，提出了一种改进的连续校准技术。研究人员利用现代化设备、开源代码和网络工具，简化了实验流程和数据处理。该方法应用于多种分析技术（如UV-Vis, MS, IR）和校准策略（外标法、标准加入法、内标法），结果表明其比离散校准更高效、更精确，并能从单次实验中获取摩尔吸光系数等关键参数。此项工作显著提升了校准的精准度与易用性，有望促进更高质量校准在多个科学领域的普及。

　　

在科学实验与分析检测的世界里，定量分析是揭示物质含量的关键，而校准曲线则是连接仪器信号与真实浓度的“标尺”。然而，绘制一把精准的“尺子”并非易事。传统的离散校准方法——即配制一系列已知浓度的标准溶液进行测量——不仅步骤繁琐、耗时耗力，而且往往因数据点稀疏而牺牲了精度。科学家们常常在时间成本与分析精度之间艰难取舍，导致校准工作被简化甚至忽略，这无疑为研究结果的可靠性埋下了隐患。有没有一种方法，能够既快又好地完成校准任务呢？

一项发表在《Analytica Chimica Acta》上的研究为此带来了突破性的解决方案。研究团队对已有的连续校准技术进行了大刀阔斧的简化和拓展。他们摒弃了以往昂贵且受限的装置（如马略奥特瓶和蠕动泵），转而采用更普及、灵活的注射泵来连续注入高浓度校准液。更重要的是，他们开发了一套开源的数据处理代码和一个用户友好的网络工具，让复杂的数据平滑、拟合和统计分析变得一键可得。这使得连续校准不再只是少数实验室的专长，而有望成为广大科研人员的常规利器。

研究人员为开展此项研究，主要采用了以下几项关键技术方法：首先是基于注射泵的连续进样系统，用于将校准液持续注入被监测的基质溶液中；其次是多种在线直接检测技术，包括紫外-可见光谱（UV-Vis）的原位（in situ）监测，以及质谱（MS）通过加压样品输注进行的异位（ex situ）监测；此外，还运用了贝叶斯优化算法（通过OptiMS软件）对质谱参数进行自动优化；最后，核心在于利用自主开发的开源Python代码对产生的时间-强度数据进行处理，生成数据密集的校准曲线，并进行线性或非线性拟合及统计分析。

研究结果

连续校准在模型系统中的验证与优势

研究以KMnO₄/H₂O体系为模型，通过UV-Vis光谱进行监测。结果显示，连续校准在远少于离散校准的时间内，生成了数量级更多的数据点（~2100个/小时 vs. ~5.4个/小时）。这些高密度数据构建的校准曲线不仅与离散数据高度吻合，而且由于数据点密集，能够更精确地揭示校准关系的非线性特征。通过算法（如rainbow test）确定的线性范围（0.24±0.04 mM）比离散数据确定的更窄、更精确，反映了其更高的灵敏度。基于连续校准数据计算得到的KMnO₄摩尔吸光系数（ε）为2450±40 M^?1cm^?1，与文献范围（2250–3340 M^?1cm^?1）相符，而离散数据则因高浓度点偏离线性而导致估值偏低（2230±40 M^?1cm^?1），证明了高数据密度对提升准确性的贡献。

非线性拟合与广义加性模型的应用

研究证明，对于连续校准产生的高密度数据，除了线性模型，使用对数函数、正切函数等非线性模型或广义加性模型（GAM， Generalized Additive Model）进行拟合，可以获得更宽的校准范围和更高的拟合优度（R²）。例如，GAM拟合在整个浓度范围（0.00–1.20 mM）内都保持了极高的R²值（0.99991±0.00001）。利用这些拟合曲线预测未知样品浓度，在各自的线性或拟合范围内回收率高、精度好，而超出范围则预测准确性下降，强调了确定有效校准范围的重要性。

扩展至标准加入法与内标法

连续校准技术被成功应用于标准加入法，用于测定一个未知浓度的KMnO₄样品。通过线性拟合，估算出的样品浓度为0.161±0.004 mM，与已知值（0.157±0.006 mM）高度一致，回收率达103±5%，展现了该方法在复杂基质样品分析中的高效与精准。在内标法应用中，研究以1,10-菲啰啉为分析物，2,2`-联吡啶为内标，通过质谱监测。结果显示，尽管经过内标校正后的校准曲线线性度显著改善，但仍存在非线性偏差。这凸显了为获得高精度内标定量而构建详细校准曲线的必要性，而连续校准为此提供了高效途径。

跨分析物、基质及分析技术的普适性

研究将该方法应用于多种分析物和溶剂体系（如苯乙酮/甲醇、硫酸铜/水、二茂铁/氯仿等），测得的摩尔吸光系数均与文献值吻合良好，并首次测定了[Ni₂(cage)]²⁺络合物的ε值。高数据密度甚至能捕捉到如罗丹明B中因H-聚集二聚体形成导致的光谱位移等细微分子间相互作用。

pH依赖性校准与pK_a测定

研究创新性地将连续校准应用于变化的环境条件，如pH。通过将酸性溴酚蓝溶液连续加入其共轭碱溶液中，实现了对pH变化的连续监测和校准。结果表明，在pH 4.1时，溴酚蓝的酸式与共轭碱形式浓度相等，恰好对应其文献pK_a值（4.1）。这表明连续校准可用于快速、精确地测定酸解离常数。

在质谱与红外光谱中的应用

连续校准技术同样适用于质谱（MS）和红外光谱（IR）。对于质谱分析，校准曲线表现出初始线性随后非线性的特征，这对于改善质谱定量分析的复杂性大有裨益。对于醋酸钠的IR分析，由于其低吸光度，校准曲线在整个测试范围内均表现出强线性。无论在哪种技术中，连续校准提供的高数据密度都带来了比离散校准高得多的精度。

研究结论与意义

本研究成功简化并拓展了连续校准技术，通过采用注射泵、开源代码和网络工具，克服了以往方法在设备成本和操作复杂性上的障碍。研究证明，该方法在多种校准模式（外标、标准加入、内标）和分析技术（UV-Vis、MS、IR）中均表现优异，不仅显著减少了校准所需的时间和人力，更通过生成数据密集的校准曲线，大幅提高了校准的精度和准确性。此外，该技术还能从单次实验中获取摩尔吸光系数、测定pK_a值，并揭示细微的光谱变化。

这项工作的核心意义在于，它将高质量校准从一项繁琐、容易被忽视的任务，转变为一项高效、易行且极其精准的常规操作。通过降低技术门槛和操作负担，本研究有望激励科研人员更频繁地进行高质量校准，从而从根本上提升众多科学领域（尤其是分析化学和生命科学相关领域）实验数据的质量和可靠性。研究团队提供的开源代码和网络工具，进一步确保了这一先进方法的可及性和可重复性，为科学界的量化分析实践带来了革新性的工具和理念。