紫外可見分光光度計檢定誤差分析及控制研究

古麗君

華品檢測中心有限公司 廣東 惠州 516001

引言

紫外可見分光光度計是根據(jù)朗伯比爾定律，利用物質(zhì)分子吸收、輻射紫外可見廣譜區(qū)進行定量、定性分析的分析儀器，多用于食品檢驗、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域。但是，分光光度計使用時，易遭遇水氣侵蝕、溶液腐蝕、光路系統(tǒng)偏移、燈源老化等問題，導(dǎo)致以期工作計量性能偏離，測試數(shù)據(jù)偏差較大，對實驗結(jié)果造成影響。為此，紫外可見分光光度計檢定中，應(yīng)當根據(jù)《法定計量檢定機構(gòu)靠和規(guī)范》、《檢測和校準實驗室能力要求的通知》等標準，做好誤差控制工作，從而提高計量檢定準確性。

1 紫外可見分光光度計概述

美國Beackman公司于1940年研制第一臺紫外分光光度計，于1945年實現(xiàn)規(guī)模化推廣生產(chǎn)。伴隨科學(xué)技術(shù)發(fā)展，儀器得以深入研究開發(fā)，成為最為實用的工具之一，幾乎每個實驗室均會應(yīng)用，能夠?qū)ξ镔|(zhì)進行定量、定性、純度、結(jié)構(gòu)分析。紫外可見分光光度計檢定裝置由氧化鈥濾光片標準物質(zhì)、鐠釹濾光片標準物質(zhì)片、可見光區(qū)透射比濾光片標準物質(zhì)、紫外線光區(qū)透射比濾光片標準物質(zhì)、雜散光濾光片標準物質(zhì)構(gòu)成，可根據(jù)結(jié)構(gòu)分為雙光束、單光束、雙波長、準雙光束這4類，雙光束應(yīng)用最多[1]。在紫外可見分光光度計中，物質(zhì)分子或原子的電子吸收能量輻射產(chǎn)生電子能級躍遷，構(gòu)成物質(zhì)吸收光譜，不同物質(zhì)輻射吸收強度不同，可見光譜區(qū)波段范圍400～800nm，近紫外區(qū)波段200～400nm，遠紫外區(qū)波段150～200nm，根據(jù)該特性可對物質(zhì)進行分。具有以下特點：一是適用范圍廣，儀器分析檢測質(zhì)量濃度范圍廣，常量分析質(zhì)量濃度是1%～50%，痕量分析其質(zhì)量濃度范圍10-8%～10-6%，適用儀器分析可控制相對誤差在1%～3%[2]。二是應(yīng)用范圍廣，在環(huán)境、生命、食品、農(nóng)業(yè)、材料等領(lǐng)域均可適用紫外可見分光光度計，特殊化學(xué)鍵與大多數(shù)化學(xué)元素在分光光度區(qū)均可被吸收，制定顯色條件分析物質(zhì)，能夠完成檢測檢定工作。

2 紫外可見分光光度計檢定誤差分析

2.1 自身結(jié)構(gòu)誤差

紫外可見分光光度計為精密儀器，需保持高精度檢測質(zhì)量，使用中易受到自身結(jié)構(gòu)影響，引發(fā)誤差。一方面是儀器安裝中，出現(xiàn)比色皿與底板偏移，盡管偏移量微小，卻也會對光束透光度造成影響，難以全部經(jīng)過濾片攝入檢測器，使得透射比和標準值之間發(fā)生誤差[3]。并且，儀器光門閉合性不足，檢測也會產(chǎn)生漏光情況，透射比發(fā)生偏離。另一方面，光學(xué)系統(tǒng)元件也會引發(fā)誤差，元件表面有損傷、灰塵，會加劇儀器投射面與額外反射，儀器獲得其他光線投射，使得檢測結(jié)果偏離。儀器使用時影響透射比因素較多，包括光譜帶寬變化、光密封不到位、波長等，操作中難以將誤差完全避免或消除。

2.2 設(shè)備預(yù)熱誤差

預(yù)熱目的在于保證內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)穩(wěn)定性，廣錄系統(tǒng)內(nèi)部光線敏感電子元件，經(jīng)受光纖照射，可獲得穩(wěn)定光線電流數(shù)據(jù)，為確保后續(xù)測試數(shù)據(jù)獲得準確接過，需對其進行預(yù)熱[4]。儀器如果未能預(yù)熱，設(shè)備會出現(xiàn)量值移動、跳動或測量不準，必然會產(chǎn)生測量誤差。

2.3 檢測方式誤差

2.3.1 波長誤差。儀器波長誤差影響因素較多，根據(jù)產(chǎn)生原因，可將其分為波長標準與設(shè)備結(jié)構(gòu)這2種誤差原因，利用光吸收定律對物質(zhì)光譜特性檢測時，需采取一束具備理論性特定波長單色光。但是，傳統(tǒng)波長檢測判定誤差中，人員采取連續(xù)監(jiān)測法方式進行檢測，卻存在一定弊端，連續(xù)檢測由于通過連續(xù)驅(qū)動波長傳動、運輸設(shè)備，直接根據(jù)設(shè)備基礎(chǔ)透射比數(shù)值變化，確定數(shù)據(jù)峰值及波長，導(dǎo)致波長傳動設(shè)備運行，檢測光譜易受到曲線結(jié)構(gòu)制約，包括色散系統(tǒng)、光電探測器、儀器光源等，數(shù)據(jù)測量誤差更大[5]。并且，逐點法檢定波長示值誤差需根據(jù)規(guī)程操作，沿相同波長方向設(shè)置多個測量點，逐一獲取透射比數(shù)值，否則也會受到其他因素影響，使得誤差長時間存在，降低檢定精準度。此外，調(diào)整儀器單色系統(tǒng)也會引發(fā)誤差，影響波長示值準確性，通過調(diào)整可消除以上誤差。

2.3.2 透射比誤差。透射比對樣品吸光度具有影響，A=–logT，A代表樣品吸收度，T代表透射比[6]。T誤差較大時，A也會產(chǎn)生誤差，不確定透射比，則分光光度計則難以獲得準確檢測數(shù)據(jù)，其易受到光密封不到位、波長、光譜帶寬變化等因素影響，降低了儀器準確性。

2.3.3 雜散光誤差。雜散光是指不含非待測光的其他光源光，能夠?qū)y量結(jié)果造成影響。以雜散光而言，出現(xiàn)方式一是同等于測量波長光，由于設(shè)備光學(xué)元件會出現(xiàn)反射、散射，導(dǎo)致光線直接投射至檢測器，不通過檢測樣品。二是不含待測波長光線，由于光學(xué)元件表面有灰塵、擦痕、缺陷等，或是結(jié)構(gòu)額外反射，則會導(dǎo)致設(shè)計外光線以光路為憑依投射至檢測器。

2.4 人員操作

在紫外可見分光光度計檢測中，技術(shù)人員由于檢測技術(shù)、習(xí)慣、操作精細度的差異，未能按照規(guī)定進行波長檢測，會導(dǎo)致結(jié)果產(chǎn)生差異。例如，指針式紫外可見分光光度計使用中，技術(shù)人員由于操作習(xí)慣差異，或是觀測位置、波長讀取數(shù)據(jù)模式不同，則會導(dǎo)致光路系統(tǒng)的細小偏差，導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤。

3 紫外可見分光光度計檢定誤差控制措施

3.1 調(diào)整儀器結(jié)構(gòu)

紫外可見分光光度計結(jié)構(gòu)制造缺陷誤差，由于加工方式、生產(chǎn)水平不足，易引發(fā)加工誤差，難以更改，其作為教育、科研重要工具，為保證檢定準確性，必須控制儀器結(jié)構(gòu)。因此，儀器購進時，應(yīng)注重廠商生產(chǎn)資質(zhì)及以往產(chǎn)品質(zhì)量，購買前做好廠商調(diào)研工作，結(jié)合大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，對其實施全面考核，可根據(jù)客戶購買率、滿意度、退貨率、退修率等指標，對儀器性能綜合調(diào)研。并且，使用者需對產(chǎn)品指南仔細閱讀，重點關(guān)注儀器計量功能、性能等，包括光度范圍、雜散光、光度重復(fù)率、光度準確率、波長準確度、穩(wěn)定性等，適當將調(diào)研范圍擴大，對各類廠商生產(chǎn)儀器加以對比，尋找符合要求的儀器購進。同時，儀器使用中，人員需掌握儀器簡單檢定與日常維護方式，優(yōu)化保存環(huán)境，以免灰塵、濕度、溫度、腐蝕性氣體對儀器的損害[7]。儀器波長度盤產(chǎn)生滑動，或是光斑不純，則不能僅旋轉(zhuǎn)波長旋鈕，或是儀器表面調(diào)節(jié)，應(yīng)了解儀器結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，做好全面檢查工作，波長度盤或各類元件調(diào)整變動，需重新校準檢定，確保儀器處于最佳工作狀態(tài)。

3.2 儀器預(yù)熱控制

在紫外可見分光光度計說明書中，通常需要預(yù)熱20min，分光光度計如果帶有微處理器，則儀器開機10min左右可進行自檢，通過預(yù)熱使得儀器達到使用最佳效果，保證測量準確、穩(wěn)定。預(yù)熱過程中，人員應(yīng)注意分光光度計通電后，選擇恰當波長值與靈敏檔實施調(diào)節(jié)測定，在光路上擺放裝有純水的吸收池后，調(diào)節(jié)“100%T”與“0%T”，改善吸收池暗箱蓋，儀器預(yù)熱約20min，儀器一旦顯示讀數(shù)無變化，即可開展測定[8]。分光光度計有微處理器自檢功能，設(shè)置測定窗口所需波長值，根據(jù)上述操作進行吸水池放置，調(diào)節(jié)“0000A”預(yù)熱儀器，儀器顯示讀數(shù)無變化，也可開展測定，完成儀器自檢后，關(guān)閉不再應(yīng)用的光源。

3.3 檢測方式控制

3.3.1 波長檢測。波長示值誤差＜400nm允許誤差為±1nm，＞400nm允許誤差為±2nm，波長極差≤0.2nm，重復(fù)性為≤0.1%。波長誤差通常使用高氯酸溶液10%配制4%含氧化溶液，在波長氛圍內(nèi)進行6次光譜掃描，根據(jù)波長測量均值與波長理論值的差確定示值誤差。在儀器波長誤差檢定中，汞燈位置具有較大影響，未免不合理汞燈位置導(dǎo)致波長誤差，可利用氘燈譜線486.00nm或鐠釹濾光片吸收峰進行波長誤差檢定，再插入汞燈，根據(jù)譜線486.00nm或鐠釹濾光片吸收峰進行汞燈位置調(diào)整，直至檢定結(jié)果與標準相符，準確反映光源位置。此過程中，鐠釹濾光片需慎重使用，使用時需確保檢定儀器帶寬和紫外可見分光光度計帶寬接近，無法證實鐠釹濾光片穩(wěn)定，則需要重新標定、檢定。此外，為控制合理范圍內(nèi)波長誤差，不同波段應(yīng)選擇相應(yīng)濾光片，例如，波段200～700nm間使用鈥濾光片，700～900nm間選用鐠釹濾光片；波長誤差如果不處于規(guī)定范圍，需調(diào)修設(shè)備；線性誤差，即波長段誤差有相近數(shù)值、相同方向，可調(diào)整波長580nm，利用樣品池光路觀察單色光顏色，以此調(diào)節(jié)波長，使得單色光向無雜色、清晰邊緣的橙黃色變化。之后，刻度盤螺母旋鈕旋轉(zhuǎn)為580nm，利用標準濾光片進行波長檢定，對其進行范圍調(diào)整。

3.3.2 透射比控制。人員可利用光波調(diào)整透射比示值，誤差調(diào)整前，需檢定光波，保證符合調(diào)修條件，傾斜比色皿架時，吸收池光程一旦出現(xiàn)變化，則會產(chǎn)生透射比誤差超差。為此，為保證光束能夠垂直通過比色皿，需以中心為基點調(diào)整比色皿底座。同時，光門異常密閉，手動擠壓光門以產(chǎn)生透射比誤，可維修或更換光門組件，檢定比色皿是否存在配套誤差，控制配套誤差處于0.5%以內(nèi)。

3.3.3 雜散光檢定。雜散光作為紫外可見光光度計誤差重點檢測環(huán)節(jié)，通常使用標準溶液檢定雜散光，雜散光處于360nm時，使用NaNO2標準溶液為50g/L，雜散光為220nm時，使用NaI標準溶液10g/L，計量檢定中，需注意儀器單色器類別。光柵性單色器，B段波長可參照選取空氣，檢定選用NaNO2標準溶液或截止濾光片。

3.4 規(guī)范人員操作

在紫外可見光光度計使用中，為降低人員因素誤差概率，需加強人員法律法規(guī)、操作規(guī)程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其工作責任心，做到嚴謹細致、依法辦事、公正客觀，進而確保提供數(shù)據(jù)的準確性與可靠性。此過程中，可定期組織人員對檢定規(guī)程進行學(xué)習(xí)，采取理論結(jié)合實踐的方式，總結(jié)工作經(jīng)驗，提高人員檢定技術(shù)、處理數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)水平，有效控制檢定誤差。例如，檢定工作簽，需監(jiān)控環(huán)境條件，保證環(huán)境參數(shù)符合規(guī)程要求，惡劣條件則禁止開展工作；濾光片定期送檢，以固定方向檢定，按照規(guī)程核查元件穩(wěn)定性，不處于穩(wěn)定范圍則要更換，保證濾光片清潔性；人員還要對技術(shù)指標正確檢定，根據(jù)儀器原理特點，落實檢定程序，多方面保證檢定數(shù)據(jù)準確性。

4 結(jié)束語

紫外可見分光光度計具有操作簡單、靈敏度高的優(yōu)點，應(yīng)用較為廣泛，需根據(jù)《紫外、可見、近紅外分光光度計檢定規(guī)程》，做好檢定工作，以免出現(xiàn)測量誤差。為此，紫外可見分光光度計檢定中，應(yīng)結(jié)合實際情況，從調(diào)整儀器結(jié)構(gòu)、儀器預(yù)熱控制、波長檢定控制、檢測方法控制、規(guī)范人員操作這幾方面出發(fā)，從而提高檢測準確性，有效控制儀器設(shè)備誤差，完成物質(zhì)檢測。