分光光度計檢測裝置的不確定度分析與評定*

李向東崔 驪*云慶輝

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分光光度計檢測裝置的不確定度分析與評定*

李向東①崔 驪①*云慶輝①

李向東,男,(1963- ),博士，副主任醫(yī)師，副教授。第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院設備器材科，從事軍事裝備的開發(fā)與研究工作。

目的：分析評定分光光度計檢測裝置的不確定度、穩(wěn)定性及重復性，確定標準檢測裝置的準確性，用于檢定實驗室的分光光度計。方法：通過計算標準裝置的測量不確定度、穩(wěn)定性及重復性，評定分光光度計檢定標準裝置的準確性。結(jié)果：依據(jù)國家標準，經(jīng)過分析和計算，證明了標準裝置的準確性和可靠性。結(jié)論：經(jīng)過分析和評定，分光光度計檢定裝置的不確定度滿足量值傳遞要求，測量重復性、穩(wěn)定性符合建立標準的要求，可檢測在用的分光光度計，確保該儀器的量值準確、可靠。

分光光度計；不確定度；重復性；穩(wěn)定性

①第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院設備器材科 陜西 西安 710032

[First-author’s address] Equipment Department of Xijing Hospital, The Fourth Medical University of PLA, Xi’an 710032, China.

分光光度計是利用光度光譜檢測對物質(zhì)進行定量、定性分析的儀器，工作原理是基于物質(zhì)對光的波長的吸收具有選擇性，不同的物質(zhì)具有各自的吸收光帶，故當光色散后的光譜通過某一溶液時，其中某些波長的光線會被溶液吸收[1]。在一定的波長下，溶液中物質(zhì)的濃度與光能量減弱的程度有一定的比例關系，紫外、可見及近紅外分光光度計是醫(yī)藥衛(wèi)生系統(tǒng)常用的分析儀器之一[2]。本研究通過分析分光光度計檢測裝置的不確定度、穩(wěn)定性及重復性，確定標準檢測裝置的準確性，以用于檢定實驗室的分光光度計。

1 檢測裝置測量標準

1.1 測量標準的組成

檢測波長采用低壓汞燈波長標準器，H849氧化鈥、P749鐠釹濾光片各1塊、G693干涉濾光片3塊、W062近紅外濾光片5塊；檢測透射比采用J566紫外光透射比濾光片、Z741可見光透射比濾光片各3塊；檢測雜散輻射率采用ZA1105雜散光濾光片3塊。

1.2 檢定方法

(1)分光光度計檢測裝置利用直接測量法完成量值傳遞。采用波長準確度已知的低壓汞燈波長標準器、氧化鈥濾光片及鐠釹濾光片；采用金屬石英濾光片檢定儀器的透射比準確度與重復性；采用雜散光濾光片檢定儀器的雜散輻射率[3-4]。

(2)將標準濾光片垂直放入被檢儀器的樣品光路中，測量被檢儀器示值相對于上級計量檢定給出該標準器定值標準值的偏差[5]。

(3)使用汞燈時將汞燈置于光源室使汞燈的光入射到單色器入射夾縫，選擇能量測量方式測量能量最大時對應的峰值波長，檢定被檢儀器的波長準確度及重復性。

2 檢測裝置測量標準性能

分光光度計檢測裝置是國防化學計量一級站依照國家批準JJG178-2007“紫外、可見、近紅外分光光度計檢定規(guī)程”技術要求的檢定項目和參數(shù)而制造的檢定用標準物質(zhì)[6-7]。具有項目和規(guī)格齊全、性能穩(wěn)定、定值方法科學以及使用方便等特點。

(1)紫外光區(qū)透射比濾光片標準物質(zhì)和光譜中性濾光片標準物質(zhì)的透射比不確定度為：U=0.5%(k=2.45)。

(2)氧化鈥濾光片標準物質(zhì)和鐠釹濾光片標準物質(zhì)峰值波長的不確定度為：U=0.3 nm(k=2.10)。

(3)干涉濾光片標準物質(zhì)峰值波長的不確定度為：U=1 nm(k=2.10)。

(4)雜散光濾光片標準物質(zhì)的吸光度不確定度為：U=0.1 A(k=2.20)。

(5)近紅外濾光片標準物質(zhì)峰值波長的不確定度為：U=1 nm(k=2)。

(6)低壓石英汞燈標準器的波長不確定度為0.01 nm。

以上標準物質(zhì)均可在(20±10)℃、相對濕度≤85%的環(huán)境條件下使用[8]。

3 檢測裝置測量標準不確定度的評定

3.1 低壓汞燈波長標準器檢測波長的測量

低壓汞燈波長標準器輻射光譜由汞原子內(nèi)部電子躍遷確定，外部條件的變化對其輻射波長的影響可忽略不計。在200～700 nm波長范圍內(nèi)，波長擴展不確定度為0.01 nm，經(jīng)國際計量機構確認[9-10]。

3.2 濾波片標準物質(zhì)對分光光度計檢定的測量

由標準濾波片的標準物質(zhì)認定證書提供的信息可知：紫外光區(qū)透射比濾光片標準物質(zhì)和光譜中性濾光片標準物質(zhì)的透射比不確定度為：U=0.5%(k=2.45)。

氧化鈥濾光片標準物質(zhì)和鐠釹濾光片標準物質(zhì)峰值波長的不確定度為：U=0.3 nm(k=2.10)。

干涉濾光片標準物質(zhì)峰值波長的不確定度為：U=1 nm(k=2.10)。

雜散光濾光片標準物質(zhì)的吸光度不確定度為：U=0.1 A(k=2.20)。

近紅外濾光片標準物質(zhì)峰值波長的不確定度為：U=1 nm(k=2)。

標準物質(zhì)在研制、制備過程中已對其復現(xiàn)的量值進行了不確定度分析，故此套標準裝置的不確定度不再評定。

4 檢測裝置測量標準重復性

用722S型紫外可見分光光度計的440 nm處對本標準金屬石英濾光片J566-2在短時間觀察透射比6次，用觀察值的實驗標準偏差Sn(X)表征測量標準的重復性[11-12]。測量值Xi和Sn(X)計算見表1。

表1 測量標準重復性計算

相對值：

Sn(X)/＝0.0077%/19.36%＝4.0×10-4

Sn(X)/＜，符合要求。

5 檢測裝置測量標準穩(wěn)定性

氧化鈥濾光片標準物質(zhì)、鐠釹濾光片標準物質(zhì)、干涉濾光片標準物質(zhì)和雜散光濾光片標準物質(zhì)為國家二級標準物質(zhì)，由研制單位國防科技工業(yè)應用化學一級計量站提供，在標準物質(zhì)研制過程中已經(jīng)進行穩(wěn)定性實驗，其穩(wěn)定性經(jīng)過驗證和審批，因此無需驗證[13]。

透射比濾光片標準物質(zhì)穩(wěn)定性：每隔一個月以上，在相同條件440 nm、(23±5)℃下使用722S型紫外可見分光光度計的440 nm處對本標準中的金屬石英濾光片J566-2測量透射比一次[14]。取n=6個測量值的算術平均值(n)i作為一個觀察結(jié)果，共觀察m=4次，用4次m的實驗標準偏差Sm定量表征測量標準的穩(wěn)定性[15]。測量值和Sm計算見表2。

表2 測量標準的穩(wěn)定性計算

6 測量標準不確定度的驗證

將標準器中紫外光區(qū)透射比濾光片標準物質(zhì)J566-2送往上級單位——陜西省計量院進行檢定，用其出具的校準值y0與原出廠認定證書的標準值y進行比較如下：

7 結(jié)論

分光光度計檢定裝置的準確性和穩(wěn)定性關系到量傳數(shù)據(jù)的準確性，檢定分光光度計的目的是為了確定被測量的量值，根據(jù)規(guī)程判斷儀器的測量結(jié)果是否在規(guī)定范圍內(nèi)，以確保其質(zhì)量安全，所以應對標準檢定裝置的測量不確定度、測量重復性及穩(wěn)定性進行分析與評定，以確保在檢定分光光度計的過程中數(shù)據(jù)的可靠性和準確性。通常測量結(jié)果用測量誤差來衡量，但測量誤差只能反映測量結(jié)果的短期質(zhì)量，而測量過程是否持續(xù)受控，測量結(jié)果是否能保持穩(wěn)定一致，需要用測量不確定度來衡量[16]。測量不確定度是表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。其中“合理”指應考慮各種因素對測量結(jié)果的影響所做的修正，尤其是測量應處于統(tǒng)計控制的狀態(tài)下，即處于隨機控制中，即測量是在重復性或復現(xiàn)性條件下進行的，此時對同一被測物多次測量，所得測量結(jié)果的分散性可按貝塞爾公式計算[17]。

測量不確定度越大，表示測量能力越差；越小則表示測量能力越強。需要注意的是不管測量不確定度多小，測量不確定度范圍必須包括真值(用約定真值代替真值)，否則表示測量過程已經(jīng)失效[18]。經(jīng)過實驗證明，分光光度計檢定裝置的測量不確定度滿足量傳要求；測量重復性、穩(wěn)定性符合建立標準的要求；測量不確定度通過驗證?？梢砸罁?jù)JJG 178-2007“紫外、可見、近紅外分光光度計檢定規(guī)程”檢定規(guī)程開展本計量站量傳范圍內(nèi)分光光度計的檢定工作。

[1]焦雪梅.淺析分光光度計檢定和使用中應注意的問題探討[J].科技致富向?qū)?2014(22):225.

[2]孫江暉,龍燕.熒光分光光度計檢定的不確定度分析[J].計量與測試技術,2012,39(1):50-51.

[3]何旭.分光光度計分析檢測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[D].內(nèi)蒙古大學,2012.

[4]黃林雪.紫外可見分光光度計檢定過程中影響因素分析及對策研究[J].中國化工貿(mào)易,2014,6(20):160-161.

[5]王昕.可見分光光度計的日常保養(yǎng)與維修[J].計量與測試技術,2014,41(3):55-56.

[6]陸璐,陳驥寧.紫外、可見分光光度計波長和透射比示值誤差的測量不確定度評定[J].計量與測試技術, 2014,41(3):77-80.

[7]劉怡軒,顏昌翔.測色分光光度計的雙光束分光系統(tǒng)設計[J].光譜學與光譜分析,2015,35(7):2060-2064.

[8]段亞博,徐芳英.可見分光光度計檢定中常見問題分析[J].商品與質(zhì)量?學術觀察,2014(12):311.

[9]錢驥.檢定紫外可見分光光度計應注意的問題[J].中國計量,2012(8):82.

[10]閆偉,許敏光,端慧敏.自動掃描型分光光度計計量檢定中若干問題的分析與對策[J].中國醫(yī)學裝備,2013, 10(11):26-27.

[11]王平宜.分光光度計檢定和使用中應注意的問題[J].中國計量,2012(3):81.

[12]賀寧,郭毅.火焰法原子吸收分光光度計檢定過程中常見問題及解決辦法[J].計量與測試技術,2015, 42(4):33-36.

[13]謝康.淺談分光光度計檢定過程中應注意的事項[J].中國新技術新產(chǎn)品,2012(8):161.

[14]徐化方,徐彭,龔碧凱.原子吸收分光光度計操作規(guī)程探析[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2011(2):182.

[15]古海鋒,季士安,王冠杰,等.原子吸收分光光度計檢定結(jié)果確認標準和方法的研究[J].中國藥事,2015, 29(3):293.

[16]王媚,分光光度計檢定中故障分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè), 2014(2):105-106.

[17]張志宏,張越.紫外可見分光光度計檢定過程中的注意事項[J].中國計量,2013(5):90-91.

[18]郭波,許愛華,李評,等.紅外分光光度計檢定不確定度評定[J].化學分析計量,2013,22(5):66-68.

Research on the analysis and evaluation of uncertainty of spectrophotometer detection device

LI Xiang-dong, CUI Li, YUN Qing-hui// China Medical Equipment,2016,13(2):22-24.

Objective: To analyze and evaluate the uncertainty of spectrophotometer detection device, stability, repeat-ability, the accuracy of the standard testing devices for the detection of spectrophotometer in laboratory.Methods: To calculate the uncertainty of measurement of standard gear, stability, repeat ability for evaluating the accuracy of the standard device.Results: According to the national standard, through analysis and calculation, the veracity and reliability of standard device were proved.Conclusion: Through analysis and evaluation, the uncertainty of verification device of spectrophotometer met the requirement of value.The repeatability and stability complied with the requirement of standard establishment.It can use in detection spectrophotometer, and make sure the results accurate and reliable.

Spectrophotometer; Uncertainty; Repeatability; Stability

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.02.007

軍事醫(yī)學計量科研專項課題(2011-JL2-039)“醫(yī)用滅菌設備溫度計校準規(guī)范實驗驗證及檢測裝置準確性論證”

cuili2010sl@163.com

1672-8270(2016)02-0022-03

R197.39

A

2015-11-25