可見(jiàn)分光光度計(jì)誤差影響探討

秦暉

摘 要：可見(jiàn)分光光度計(jì)是根據(jù)物質(zhì)的分子對(duì)可見(jiàn)區(qū)輻射（光）的選擇性吸收和朗伯-比爾（Lambert-Beer）定律對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定量分析和定性鑒別的儀器；其波長(zhǎng)范圍為360nm～800nm。分光光度法是通過(guò)測(cè)定被測(cè)物質(zhì)在特定波長(zhǎng)處或一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)光的吸光度或發(fā)光強(qiáng)度，對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析的方法，此方法因?yàn)闇?zhǔn)確度和靈敏度較高，相對(duì)誤差較小，操作相對(duì)簡(jiǎn)便，因而得到了普及?？梢?jiàn)分光光度計(jì)廣泛用于冶金、地質(zhì)、化工、機(jī)械、食品、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測(cè)等部門的理化分析實(shí)驗(yàn)室，并被列入中華人民共和國(guó)強(qiáng)制檢定的工作計(jì)量器具目錄。所以我們有必要對(duì)影響該類儀器的誤差進(jìn)行探討分析。

關(guān)鍵詞：分光光度計(jì)；誤差；分析

中圖分類號(hào)：TH744.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）13-0075-02

測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度是一般定量分析儀器最重要的技術(shù)指標(biāo)之一，直接標(biāo)志了儀器測(cè)量結(jié)果的可信可靠程度。通過(guò)對(duì)影響測(cè)量準(zhǔn)確度的各項(xiàng)因素進(jìn)行分析，單色器結(jié)構(gòu)的分光光度計(jì)所產(chǎn)生的光其實(shí)質(zhì)是具有一定帶寬的單峰曲線，此類單峰曲線和理論上的色光是有區(qū)別的，原則上所有單色光都是得不到的，所以說(shuō)波長(zhǎng)誤差是影響儀器測(cè)量準(zhǔn)確度的主要因素。波長(zhǎng)誤差為波長(zhǎng)測(cè)量值與真實(shí)值之差，其實(shí)質(zhì)是儀器波長(zhǎng)指示器的波長(zhǎng)讀數(shù)與單色系統(tǒng)實(shí)際給出的波長(zhǎng)值之差。

分光光度計(jì)的波長(zhǎng)誤差是通過(guò)對(duì)已知標(biāo)準(zhǔn)參考波長(zhǎng)的器具或物質(zhì)的測(cè)量得到的。具有標(biāo)準(zhǔn)參考波長(zhǎng)的器具或物質(zhì)簡(jiǎn)稱為波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)器，它主要有三類：一類是反射線光譜的氣體放電燈，如汞燈、氘燈等；二類是具有尖銳吸收峰的物質(zhì)，如氧化鈥溶液、氧化鈥玻璃、鐠釹溶液、鐠釹玻璃等；三類是窄帶干涉濾光片。從可見(jiàn)光光譜考慮，本文僅就窄帶干涉濾光片進(jìn)行分析說(shuō)明，干涉濾光片的特點(diǎn)是每一個(gè)濾光片只有單一的吸收峰，故不易產(chǎn)生人為判斷誤差，且攜帶方便。干涉濾光片精度不高的特性，所以干涉濾光片只用于可見(jiàn)分光光度計(jì)的檢定。對(duì)于可見(jiàn)分光光度計(jì)的誤差主要考慮的誤差來(lái)源有以下兩個(gè)方面：

1 儀器本體波長(zhǎng)裝置造成的誤差

（1）儀器本體波長(zhǎng)裝置造成的誤差包括波長(zhǎng)發(fā)生裝置誤差、波長(zhǎng)調(diào)整誤差，其中波長(zhǎng)發(fā)生裝置誤差來(lái)源于儀器單色器與波長(zhǎng)裝置在制造中的缺陷。而波長(zhǎng)調(diào)整誤差則是由于單色器與波長(zhǎng)裝置沒(méi)有調(diào)整到最佳狀態(tài)造成的。以下就以本人所在地區(qū)廠礦、企事業(yè)單位大量使用的721型分光光度計(jì)為例進(jìn)行介紹，這種分光光度計(jì)檢定中重要的一項(xiàng)是波長(zhǎng)誤差，包括波長(zhǎng)準(zhǔn)確度和波長(zhǎng)的重復(fù)性。波長(zhǎng)準(zhǔn)確度用一次實(shí)測(cè)波長(zhǎng)值與標(biāo)準(zhǔn)參考波長(zhǎng)值之差表示，波長(zhǎng)重復(fù)性用波長(zhǎng)三次測(cè)得值中最大值與最小值之差表示。波長(zhǎng)誤差如果超差，對(duì)于新手在進(jìn)行調(diào)修時(shí)，經(jīng)常是費(fèi)了力但就是調(diào)節(jié)不好?，F(xiàn)將本人平日在儀器檢定和調(diào)修過(guò)程中積累的方法介紹如下，以供大家借鑒參考。

（2）首先將儀器通電，把100%光亮調(diào)節(jié)鈕順時(shí)針旋至最大處，將波長(zhǎng)鈕旋至580nm處，在比色皿暗箱通光孔放一張白紙，在白紙上應(yīng)看到一個(gè)明亮的黃色光斑。如白紙上的光斑有黑影或看不到光斑，可將光源燈架上的兩只螺釘略松，扳動(dòng)燈架使光斑最亮后再將螺釘固定。如白紙上看到的光斑不純，可調(diào)節(jié)靠后的上下兩個(gè)準(zhǔn)直鏡調(diào)節(jié)螺釘使光斑最長(zhǎng)，然后調(diào)節(jié)靠前的單個(gè)準(zhǔn)直鏡調(diào)節(jié)螺釘使光斑變純。進(jìn)行波長(zhǎng)誤差檢定時(shí)，我們要連續(xù)旋轉(zhuǎn)波長(zhǎng)調(diào)節(jié)鈕并同時(shí)觀察透色比值的變化，當(dāng)透色比值由小到大突然變?yōu)橛纱蟮叫r(shí)，該變化點(diǎn)處（透色比示值最大處）的波長(zhǎng)值，即是該儀器對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)濾光片峰值波長(zhǎng)（標(biāo)稱值）的波長(zhǎng)點(diǎn)。而對(duì)于721型分光光度計(jì)波長(zhǎng)誤差的檢定一般用3片不同標(biāo)稱值的標(biāo)準(zhǔn)干涉濾光片，分別檢查儀器在低、中、高端的波長(zhǎng)情況（為方便理解，我們定義檢定儀器低、中、高處的濾光片分別為藍(lán)、黃、紅標(biāo)準(zhǔn)干涉濾光片）。若儀器在三個(gè)波長(zhǎng)段的誤差均為偏正或偏負(fù)，且誤差在10nm范圍內(nèi)，只要用工具微松動(dòng)螺絲，然后將標(biāo)準(zhǔn)值擰緊螺絲即可。

（3）儀器在三個(gè)波長(zhǎng)段的誤差有正有負(fù)時(shí)，可旋轉(zhuǎn)波長(zhǎng)調(diào)節(jié)鈕，調(diào)節(jié)波長(zhǎng)刻度盤至黃色標(biāo)準(zhǔn)濾光片的標(biāo)稱值，將黃色標(biāo)準(zhǔn)濾光片放入比色皿中，調(diào)節(jié)靠前的單個(gè)準(zhǔn)直鏡調(diào)節(jié)螺釘，找到透色比值的最大點(diǎn)處。此時(shí)儀器在中部的波長(zhǎng)誤差為零，然后察看高、低端的波長(zhǎng)誤差的情況：第一種情況當(dāng)高為負(fù)差，低為正差還是將波長(zhǎng)刻度盤所指波長(zhǎng)值定為黃色標(biāo)準(zhǔn)濾光片的標(biāo)稱值，將黃色標(biāo)準(zhǔn)濾光片放入比色皿中，先順時(shí)針旋轉(zhuǎn)靠后的上下兩個(gè)準(zhǔn)直鏡調(diào)節(jié)螺釘（調(diào)節(jié)的幅度要保證一樣，需要多次調(diào)節(jié)時(shí)調(diào)節(jié)的幅度大小要由小到大再由大到小），然后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)靠前的單個(gè)準(zhǔn)直鏡調(diào)節(jié)螺釘，找到透色比值最大處；第二種情況當(dāng)高為正差，低為負(fù)差時(shí)還可以將長(zhǎng)刻度盤所指波長(zhǎng)值為黃色標(biāo)準(zhǔn)濾光片的標(biāo)稱值，將黃色標(biāo)準(zhǔn)濾光片放入比色皿中，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)靠后的上下兩個(gè)準(zhǔn)直鏡調(diào)節(jié)螺釘（調(diào)節(jié)的幅度要保證一樣，需要多次調(diào)節(jié)時(shí)調(diào)節(jié)的幅度大小要由小到大再由大到小），再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)靠前的單個(gè)準(zhǔn)直鏡調(diào)節(jié)螺釘，找到透色比值的最大處。

（4）以上的調(diào)整方法均是以黃色標(biāo)準(zhǔn)濾光片為基準(zhǔn)，保持中部的波長(zhǎng)誤差相對(duì)為零，而后逐步消除高、低端的誤差。波長(zhǎng)誤差的調(diào)整一般來(lái)說(shuō)不會(huì)一次成功，需要反復(fù)多次，其中的關(guān)鍵是控制靠后的上下兩個(gè)準(zhǔn)直鏡調(diào)節(jié)螺釘?shù)恼{(diào)節(jié)幅度，最后輔助調(diào)節(jié)波長(zhǎng)刻度盤即可成功。此種方法調(diào)節(jié)的波長(zhǎng)誤差數(shù)值較小，若需調(diào)整的誤差數(shù)值較大時(shí)，則可用通過(guò)調(diào)節(jié)阿基米德螺線轉(zhuǎn)輪相對(duì)位置的方法進(jìn)行。掌握這些方法后，可以大幅度提高工效，對(duì)單色器結(jié)構(gòu)和721型分光光度計(jì)基本相同的可見(jiàn)分光光度計(jì)都有作用。

2 儀器使用環(huán)境及人員造成的影響

（1）從本人多年來(lái)的檢定和調(diào)修經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，儀器使用環(huán)境及人員造成的影響對(duì)于單色器結(jié)構(gòu)的可見(jiàn)分光光度計(jì)，主要有儀器使用電源條件和試驗(yàn)室溫濕度及儀器使用人員自身素質(zhì)這幾個(gè)方面。

（2）對(duì)于儀器使用的電源條件，同樣以721型可見(jiàn)分光光度計(jì)（簡(jiǎn)稱721）為例，在對(duì)于儀器使用的電源環(huán)境，當(dāng)環(huán)境電壓波動(dòng)較大時(shí)，721由于原來(lái)的光源調(diào)節(jié)部分的電路設(shè)計(jì)在抗干擾性方面不太好，所以容易產(chǎn)生較大的波動(dòng)，進(jìn)而造成較大的誤差；對(duì)于這項(xiàng)誤差我們可以通過(guò)在儀器前加裝穩(wěn)壓電源和對(duì)721的光源調(diào)節(jié)電路進(jìn)行改造加以去除，對(duì)于721光源調(diào)節(jié)電路的改造主要是在原來(lái)的整流輸出和±12V輸出之間加入了三端穩(wěn)壓管7812和7912，并在整流電源輸出端增加兩個(gè)470uF/50V的濾波電容，通過(guò)改造增強(qiáng)了原穩(wěn)壓電路的穩(wěn)定和抗干擾能力，使721在電源可靠性和穩(wěn)定性方面得到了很大的提高。

（3）而對(duì)于儀器使用環(huán)境中的溫濕度及使用人員自身素質(zhì)的影響，本文僅就在721檢定過(guò)程中出現(xiàn)的實(shí)例加以說(shuō)明：本人在下廠礦進(jìn)行檢定的過(guò)程中，經(jīng)常遇到721的波長(zhǎng)誤差正常而透射比超差的情況，同時(shí)還有可能會(huì)在低波長(zhǎng)進(jìn)行檢定時(shí)，儀器指針出現(xiàn)輕微擺動(dòng)的現(xiàn)象。這些均會(huì)造成儀器產(chǎn)生較大的誤差。

（4）通過(guò)分析和對(duì)儀器拆缷研究，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境條件差，溫度大，加上一些儀器使用人員素質(zhì)參差不齊，對(duì)儀器的使用維護(hù)不太了解，從而常常是由于沒(méi)有經(jīng)常對(duì)721的硅膠干燥劑進(jìn)行更換，造成單色器的反射棱鏡及反光鏡上起霧或滋生霉菌產(chǎn)生菌絲，造成單色器的出射光不純，這種情況我們可以通過(guò)使用截止濾光片檢驗(yàn)出來(lái)，將波長(zhǎng)調(diào)到420nm處，用波長(zhǎng)為420nm的截止濾光片檢定時(shí)，示值通常都會(huì)大大超出正常范圍，出現(xiàn)這種情況我們就需要清潔有關(guān)的光學(xué)部件，不過(guò)在清潔時(shí)對(duì)于凹型反光鏡由于是表面涂膜，所以最好是盡量不去擦拭，以免劃花鏡面造成不可修復(fù)的損失，對(duì)儀器的影響是雜散光示值超差，儀器在對(duì)某些溶液在某一波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)產(chǎn)生的誤差，而針對(duì)電管信號(hào)放大電路在干燥器內(nèi)的硅膠干燥劑進(jìn)行更換，使光電管信號(hào)放大電路受潮，放大器電路產(chǎn)生漂移及干擾造成的。對(duì)于此類情況我們首先可用電吹風(fēng)機(jī)對(duì)有干燥器的部位進(jìn)行吹掃，最終以儀器指針沒(méi)有擺動(dòng)的現(xiàn)象為準(zhǔn)，然后再將干燥器內(nèi)的硅膠干燥劑進(jìn)行更換即可。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文就分光光度計(jì)誤差來(lái)源從儀器自身機(jī)構(gòu)和儀器使用環(huán)境及人員兩個(gè)方面進(jìn)行分析論述，并依據(jù)自身多年實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為控制影響儀器的測(cè)量準(zhǔn)確度的波長(zhǎng)誤差提出了一整套的解決方案，同時(shí)也為從事該類儀器檢定檢修工作的人員提供了一份參考資料。