紫外可見分光光度計檢定誤差分析及控制

霍文婷 邵佳歡

【摘要】紫外可見分光光度計在使用過程中，由于多種原因會引起波長或雜散光檢定誤差，導致測量結(jié)果不準確，為了得到更為準確的實驗結(jié)果，必須進一步控制紫外可見分光光度計檢定誤差。本文結(jié)合作者工作經(jīng)驗，以紫外可見分光光度計檢定原理作為切入點，對常見誤差來源進行分析，并對如何有效控制此類誤差進行了討論。

【關鍵詞】紫外可見分光光度計;檢定誤差;控制

【DOI 編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.02.013

Analysis and Control of Verification Error of UV-Vis Spectrophotometer

HUO Wen-ting，SHAO Jia-huan

（Tianjin Binhai New Area inspection and Testing Center，Tianjin 300450，China）

Abstract：During the use of UV-Vis spectrophotometer，the verification error of wavelength or stray light will be caused due to various reasons，resulting in inaccurate measurement results. In order to obtain more accurate experimental results，the verification error of UV- Vis spectrophotometer must be further controlled. Combined with my own working experience，taking the verification principle of UV- Vis spectrophotometer as the starting point，this paper analyzes the common error sources，and discusses how to effectively control this kind of error.

Key words：ultraviolet visible spectrophotometer;verification error;control

紫外可見分光光度計是以被測物質(zhì)在不同波長范圍內(nèi)，對光的吸收度反應作為物質(zhì)分析依據(jù)的設備。為滿足物質(zhì)測量的需求，其具有高靈敏度、操作簡便等特點。紫外可見分光光度計在使用中依據(jù)JJG 178—2007《紫外、可見、近紅外分光光度計》檢定規(guī)程，其計量性能需要滿足諸多要求，包括波長誤差、波長重復性、噪聲與漂移、透射比重復性、基線平直度、電源電壓適應性、最小光譜帶寬、透射比最大允許誤差，另外還包括雜散光和吸收池配套性等10項[1]，其中，波長最大允許誤差、雜散光及透射比最大允許誤差是紫外可見分光光度計評價的最關鍵指標。本文旨在對上述關鍵指標加以分析探討。

1紫外可見分光光度計的檢定

1.1波長示值誤差檢定

在波長示值誤差檢定中，依據(jù)規(guī)程要求通常需要對9種物質(zhì)進行檢定。在日常的檢定環(huán)節(jié)，一般應綜合考慮攜帶、保存及使用的便捷性，通常選擇氧化鈥濾光片和錯釹濾光片實施檢定。氧化鐵濾光片在波長吸收峰值點上較為完整，而鐠釹濾光片當波長低于400 nm時無吸收峰，且不會出現(xiàn)尖銳的吸收峰，因此在檢定時需要綜合兩者的特點配合使用。在具體的檢定中，氧化鈥濾光片適用于200～700 nm波長，鐠釹濾光片普遍用于700～900 nm波長[2]。在檢定實施之前，應針對波長點進行調(diào)節(jié)，將其設置為零度和滿度，然后在樣品光路中放置標準物質(zhì)，并沿同一波長方向?qū)藴饰镔|(zhì)實施透射比值逐步測量，以獲得相應的峰值波長數(shù)據(jù)。波長示值誤差屬于標準值與實測平均值間的差值，以各波段對應的波長示值誤差的最大值為準。

1.2透射比示值誤差檢定

對照JJG 178—2007《紫外、可見、近紅外分光光度計》檢定規(guī)程要求，在透射比示值誤差檢定中，其標準物質(zhì)包括透射比標稱值分別為10%、20%、30%的光譜中性濾光片，紫外光區(qū)透射比濾光片以及重鉻酸鉀標準溶液等，其中，按照各波長的特點及要求，可以在檢定時進行劃分，如：235 nm、257 nm、313nm、350 nm。

另外，在日常檢定中為便于保存及攜帶，針對235 nm、257 nm、313 nm、350 nm等不同波長的透射比示值誤差，一般以紫外光區(qū)透射比濾光片檢測為主;針對440 nm、546 nm、635 nm的檢定時，通常以光譜中性濾光片檢測為主。上述波長的測定中，在設置波長校正儀器零度和滿度后，對各標準物質(zhì)的透射比實施測量，并獲取標準值與平均值之間差，以此作為透射比示值誤差，且各波段透射比示值誤差以各波段透射比示值誤差最大值為準。

1.3雜散光的檢定

在日常的雜散光測量中，其標準物質(zhì)以截止濾光片為主，在儀器調(diào)零和滿度后，根據(jù)波長的節(jié)點實施測量，以獲取截止濾光片的透射比，這些測量所得的比值數(shù)據(jù)即屬于該波段的雜散光數(shù)值。另外，在截止濾光片的使用上，也應依據(jù)不同單色器類別合理進行選擇和使用。如光柵型單色器使用中，其A段的檢定波長為220nm，B段檢定波長為360 nm。而棱鏡型單色器使用中，B段的檢定波長則為420 nm。

2紫外可見分光光度計檢定引發(fā)的誤差

2.1被檢紫外可見分光光度計本身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的誤差

由于紫外可見分光光度計屬于精密儀器設備，需要保持極高的檢測精準度。而在實際的使用中，影響其誤差的因素較為復雜。紫外可見分光光度計本身結(jié)構(gòu)所引發(fā)的誤差屬于主要誤差來源，該誤差產(chǎn)生的原因有以下兩點：一是在安裝過程中會出現(xiàn)底板與比色皿的偏移，雖然其偏移量極微小，但同樣會影響光束的透光度，使其無法全部通過濾片射入檢測器，導致透射比值與標準值之間產(chǎn)生偏差。另外，由于儀器光門閉合性不達標，導致檢測時出現(xiàn)漏光問題，這也會影響透射比值產(chǎn)生偏離。二是由于光學系統(tǒng)元件因素而導致誤差，如元件表面存在灰塵或損傷，將加劇儀器的額外反射和透射面，使檢測器獲得設計外的光線投射，導致檢測結(jié)果出現(xiàn)偏離。通常而言，透射比的影響因素眾多，主要有光譜帶寬變化、波長、光密封不到位等，因此在實際的操作過程中，儀器的測量誤差難以避免，更無法全面消除。

2.2檢測環(huán)境引發(fā)的誤差

由于檢測環(huán)境對紫外可見分光光度計的檢定具有顯著影響，所以檢測人員在實施檢定及校準時，均需要充分對照檢定的相關規(guī)程和要求，對檢測環(huán)境進行嚴格控制，這樣才能夠準確地反映出測量儀器的實際性能。但在實際的環(huán)境中，紫外可見分光光度計會受到各種環(huán)境因素的制約和影響，如潮濕、灰塵等均會使濾光片、光柵或棱鏡等重要光學元件發(fā)生玷污和霉變現(xiàn)象，如果未及時清潔，一旦紫外分光光度計存在密封性問題，勢必會在測量時出現(xiàn)較多的雜散光。另外，如果使用環(huán)境中灰塵較多，也會使濾光片上積聚大量灰塵，無法體現(xiàn)最佳的透過率，導致檢定結(jié)果失真和偏差。由此來看，在實施檢定及校準時，測量儀器性能與環(huán)境條件之間密不可分，所以應當嚴格依據(jù)相關的操作要求實施，提升測量的精確性。

2.3標準濾光片造成的誤差

標準濾光片的誤差來源，主要是由于其定值誤差及方向性所引發(fā)。一般情況下，直接比較法是常見的檢定方式，而這種方式對標準濾光片定值的準確性具有更高要求。然而，隨著標準濾光片使用時間的延長，其標準值也會出現(xiàn)細微的變化，如果沒有針對性地實施重新定值，勢必會增加誤差量。并且，部分濾光片對方向性有要求，如光譜中性濾光片在實施透射比示值誤差檢定中，其不同的旋轉(zhuǎn)方向?qū)τ诮Y(jié)果影響顯著，因此在實施檢測時必須要按照要求實施定值和檢定，以避免偏差值的產(chǎn)生。此外，濾光片入射面的選擇不同，其檢定結(jié)果也會出現(xiàn)不同程度的誤差，例如受到其制作工藝的限制，造成濾光片的厚度、均勻程度不一致，難以保證其使用的順暢性和有效性，甚至會使人射光垂直照射在濾光片中，由此產(chǎn)生同一個濾光片在入射面選擇上的差異，使透射比示值誤差波動明顯，導致測量誤差的出現(xiàn)。

2.4檢定方法造成的誤差

逐點法屬于波長示值誤差檢定的核心方法，也是規(guī)程所要求的主要方法。具體而言，即測量不同波長時，均需要對調(diào)零及滿度進行重新調(diào)整，并借助T-λ曲線的繪制，獲得所對應波長的透射比最大值。這種檢定方法的使用可以大幅弱化儀器光源、單色器、波長傳動機構(gòu)及檢測器等諸多因素的影響，使檢測結(jié)果能夠全面反映波長數(shù)據(jù)的真實性。而在實際的檢定環(huán)節(jié)，部分技術人員會直接依據(jù)儀器透射比示值變化，對峰值波長進行測定。但值得注意的是，由于波長傳動機構(gòu)在連續(xù)驅(qū)動過程中，光譜的測定勢必會受到光譜曲線中眾多因素干擾，包括儀器光源、光電探測器、色散系統(tǒng)等，由此導致測量誤差的顯著增加，對檢定結(jié)果產(chǎn)生較大影響[3]。除此之外，基于逐點法對波長示值誤差實施檢定時需要按照相關的操作規(guī)程執(zhí)行，即沿同一波長方向設定不同的測量點，以獲取逐點的透射比示值，否則將無法避免前述的各種因素的影響，導致誤差問題長期存在，對檢定精確度產(chǎn)生不利影響。

2.5計量檢定人員操作引發(fā)的誤差

任何檢定過程均離不開技術人員的操作，而決定技術人員水平的因素多樣，因此在紫外可見分光光度計檢定中，即便按照同樣的測量規(guī)程，也會因技術人員技術水平上的差異使檢定的結(jié)果出現(xiàn)較大差異。在開展檢定工作時往往需要對紫外可見分光光度計進行預熱，而不同的操作人員對于預熱的理解有所不同，在未充分預熱的情況下實施檢測，會導致量值出現(xiàn)跳動、漂移等現(xiàn)象，而這種情況下所獲得的數(shù)據(jù)必然會產(chǎn)生顯著的誤差。

在使用指針式紫外可見分光光度計時，其讀數(shù)的習慣及方法也有所差異，從而在同樣的讀數(shù)下會出現(xiàn)不同的結(jié)果。據(jù)此，計量檢定人員的操作因素成為計量精確性不高的誘因，難以真正體現(xiàn)測量的有效性。

3檢定誤差常見的控制方法

1）實現(xiàn)檢定誤差的有效控制，應當基于檢定規(guī)程的要求，切實掌握各個技術指標的操作方法，明確檢定的要求及目標，保證各個檢定環(huán)節(jié)的科學性。實踐中，根據(jù)紫外可見分光光度計的相關原理及檢定步驟，有效避免儀器自身所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)誤差，尤其是需要關注儀器的安裝及使用，確保各類型元件的規(guī)范性，以實現(xiàn)檢測準確性的提升。

在保管環(huán)節(jié)，需要落實定期或不定期的檢查及維保措施，在長期不使用分光光度計時，應落實好光斑測試、波長調(diào)整及儀器保養(yǎng)，為其提供良好的保存及應用環(huán)境，確保其處于背光、清潔、無電磁輻射、無振動、溫濕度適宜的環(huán)境中，切實保證儀器性能的穩(wěn)定發(fā)揮。

2）針對分光光度計使用環(huán)境的特點，需要為其提供高品質(zhì)的測量環(huán)境。具體而言，即在實施檢定之前進行環(huán)境參數(shù)分析，嚴格依據(jù)操作規(guī)程及規(guī)范要求實施，若出現(xiàn)不適宜測量的條件因素時，應及時調(diào)整檢定方案，避免強行實施檢定。

另外，在開展檢定前應當對儀器進行充分預熱，使電路、光路等系統(tǒng)保持穩(wěn)定運行后，再實施相應的檢定操作，以降低可能存在的誤差值。技術人員在儀器使用中也應注重全過程的維護保養(yǎng)，確保儀器處于清潔、干燥、規(guī)范的保管環(huán)境下，避免對關鍵部位及元件的損傷，長期不使用時也應定期開機運行[4]。

3）由于濾光片屬于核心元件，在保管中需要落實定期送檢制度，以保證濾光片定值的精確性、有效性和溯源性。在檢測中主要以濾光片的穩(wěn)定性檢測為主，若其穩(wěn)定性不足以滿足檢定要求則需要實施更換[5]。在儀器實施檢定時，需要結(jié)合濾光片的標注對濾光片入射面進行科學選擇，避免由于人射面不一致所引發(fā)的測量誤差，盡可能地規(guī)避人為或技術因素干擾。在濾光片的清潔度檢查時，可以使用強光源對其表面平行照射，當發(fā)現(xiàn)污漬時可用絨布或氣吹進行處理。

4）落實檢定技術人員的培訓，注重操作技術能力的提升，避免在實踐過程中因技術問題產(chǎn)生檢定誤差，實現(xiàn)技術水平及數(shù)據(jù)處理能力升級。尤其是在紫外可見分光光度計檢定中，應科學選擇檢定方法，嚴格依據(jù)操作規(guī)程實施，避免不必要的誤差因素影響檢定結(jié)果。

4小結(jié)

總而言之，紫外可見分光光度計屬于精密儀器，在實際的檢定中涉及諸多的注意事項。本文針對波長、透射比、雜散光等問題，充分分析誤差的產(chǎn)生及控制。另外，根據(jù)儀器的實際使用特點，其電源電壓適應性、吸收池配套性等因素也應當受到同等的關注和研究?？傮w來說，在紫外可見分光光度計的檢定中，應注重管理及過程的控制，掌握檢定的影響因素及操作細節(jié)，應用有效的措施規(guī)避誤差，為檢定數(shù)據(jù)的準確性提供保障。

【參考文獻】

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[4]秦素芳.紫外可見分光光度計檢定中的誤差控制[J].計量與測試技術，2016，43（7）：13-14+16.

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