紫外可見分光光度計(jì)檢定中的誤差分析與控制

【摘要】本文結(jié)合JJG 178—2007《紫外、可見、近紅外分光光度計(jì)》檢定規(guī)程，簡(jiǎn)單分析了紫外可見分光光度計(jì)檢定項(xiàng)目，闡述了紫外可見分光光度計(jì)檢定中的主要誤差來源，進(jìn)一步分析了誤差產(chǎn)生的原因，針對(duì)各種誤差來源提出了相應(yīng)的控制方法，以保證紫外可見分光光度計(jì)檢定的準(zhǔn)確性。

【關(guān)鍵詞】紫外可見分光光度計(jì)；檢定；誤差分析

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.066

Error Analysis and Control in Calibration of UV-Visible Spectrophotometers

YAN Zixiang

（Guilin Institute of Metrology and Testing， Guilin 541004， China）

Abstract： This article combines the verification procedures of JJG 178—2007 Ultraviolet，Visible，Near-Infrared Spectrophotometers to analyze the calibration items of ultraviolet-visible spectrophotometers. It elucidates the main sources of errors in the calibration of ultraviolet-visible spectrophotometers and further analyzes the causes of these errors. Corresponding control methods are proposed for various error sources to ensure the accuracy of the calibration of ultraviolet-visible spectrophotometers.

Keywords： UV-visible spectrophotometers； verification； error analysis

紫外可見分光光度計(jì)作為一種重要的分析儀器，廣泛用于定量分析、溶液濃度測(cè)量等工作中。然而，隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，儀器可能會(huì)出現(xiàn)各種故障，因此需要專業(yè)人員對(duì)其進(jìn)行檢定。本文結(jié)合JJG 178—2007《紫外、可見、近紅外分光光度計(jì)》檢定規(guī)程，將針對(duì)紫外可見分光光度計(jì)檢定過程中產(chǎn)生誤差的原因進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出相應(yīng)的處理方法。

1.1雜散光的檢定

雜散光是指遠(yuǎn)離吸收光的其他波長(zhǎng)的入射光。雜散光進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)影響儀器測(cè)量的準(zhǔn)確性。這種誤差源可由多種因素引起，包括光學(xué)元件老化、不清潔、錯(cuò)位、損壞，以及機(jī)械光敏部位密封不嚴(yán)等。其中，在進(jìn)行樣品測(cè)量時(shí)，檢定人員常常要進(jìn)行背景扣除以消除背景中可能存在的雜散光的影響，或者使用不含吸收性物質(zhì)的空白樣品進(jìn)行測(cè)量，以檢測(cè)是否存在與雜散光相關(guān)的背景信號(hào)，這樣的信號(hào)應(yīng)該接近于零。另外，檢定人員還可以通過光譜分析軟件分析測(cè)量數(shù)據(jù)，尤其是在感興趣波長(zhǎng)以外的區(qū)域。在這些區(qū)域，雜散光可能引入了不必要的信號(hào)。基于光譜數(shù)據(jù)，計(jì)算雜散光在感興趣波長(zhǎng)范圍內(nèi)的占比，如果雜散光在紫外可見分光中所占的比例為0.9%，則這部分雜散光可能導(dǎo)致近似0.9%的檢測(cè)誤差。

1.2透射比示值誤差的檢定

透射比是紫外可見分光光度計(jì)中用來表示樣品溶液透射光線強(qiáng)度的相對(duì)值，與樣品的吸光度之間存在著A=lgT的關(guān)系，其中A表示吸光度，T表示透射比。透射比的準(zhǔn)確性對(duì)于分光光度計(jì)的測(cè)量結(jié)果具有重要影響，因?yàn)橥干浔日`差會(huì)直接導(dǎo)致吸光度的測(cè)量誤差。由于A=lgT，即使透射比的誤差很小，也會(huì)在吸光度中產(chǎn)生顯著的偏移。同時(shí)，透射比與吸光度直接相關(guān)，因而透射比誤差會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果在定量分析中的偏移，從而影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.3波長(zhǎng)示值誤差的檢定

波長(zhǎng)示值誤差是指標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)測(cè)平均值之間的差值，以各波段對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)示值誤差的最大值為準(zhǔn)。在波長(zhǎng)示值誤差的檢定中，檢定規(guī)程規(guī)定要對(duì)9種物質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)。在日常的檢定過程中，為了攜帶、保存和使用的方便，檢定人員一般選用氧化鈥濾光片和鐠釹濾光片。氧化鈥濾光片在波長(zhǎng)吸收峰上比較完整，而鐠釹濾光片在波長(zhǎng)小于400 nm時(shí)沒有吸收峰，并且不會(huì)出現(xiàn)尖銳的吸收峰。因此，在檢定時(shí)檢定人員需要將這兩種材料的特性結(jié)合起來。在具體的檢定中，氧化鈥濾光器適合200～700 nm的波長(zhǎng)，而對(duì)于700～900 nm的波長(zhǎng)，一般都使用鐠釹濾光器。在校準(zhǔn)前，檢定人員首先要對(duì)各波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整，將各波長(zhǎng)分別設(shè)定為零度與滿度，再將參考物質(zhì)置于樣品光路上，對(duì)參考物質(zhì)在相同波長(zhǎng)上進(jìn)行分步傳輸，從而得到對(duì)應(yīng)的波段。

2.1檢定環(huán)境

在紫外可見分光光度計(jì)的檢定過程中，檢定環(huán)境是一個(gè)至關(guān)重要的因素，其直接影響著檢定結(jié)果的精確程度和可靠性。光照條件對(duì)于光度計(jì)的測(cè)量結(jié)果至關(guān)重要。光照不穩(wěn)定或強(qiáng)光直接照射會(huì)導(dǎo)致檢定結(jié)果產(chǎn)生明顯的偏差。為了減少這種影響，檢定人員在檢定時(shí)可以使用遮光罩或遮擋物來防止強(qiáng)光直接照射到樣品或光度計(jì)上，從而降低雜散光產(chǎn)生的概率，確保檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性?；覊m和污染物可能會(huì)附著在光學(xué)元件上，如濾光片和檢測(cè)器，從而影響光的透過性和吸光度測(cè)量。在灰塵較大的環(huán)境下，檢定人員應(yīng)該采取措施保持光學(xué)元件的清潔，定期檢查并清理可能的污染物，以避免產(chǎn)生大的誤差。

2.2檢定方式

檢定方式主要包括樣品的處理、測(cè)量參數(shù)的選擇，以及測(cè)量過程的準(zhǔn)確性等方面。不正確的檢定方式可能導(dǎo)致檢定誤差的產(chǎn)生。樣品的準(zhǔn)備和處理在光度計(jì)檢定中非常重要，不適當(dāng)?shù)臉悠诽幚砜赡軐?dǎo)致吸光度的測(cè)量出現(xiàn)誤差。例如，樣品的溶解度、穩(wěn)定性和透明度可能會(huì)影響其在光度計(jì)中的測(cè)量；樣品制備過程中的誤差，如容量的準(zhǔn)確性、混合的均勻性等，也可能對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。

在紫外可見分光光度計(jì)檢定中，選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量參數(shù)（如光路、波長(zhǎng)、積分時(shí)間等）是至關(guān)重要的，錯(cuò)誤的參數(shù)選擇可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的不準(zhǔn)確。例如，選擇不正確的波長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致只在樣品吸收峰的附近進(jìn)行測(cè)量，而忽略其他波長(zhǎng)區(qū)域的吸光度變化。光程差是光在樣品中傳播的路徑長(zhǎng)度，它對(duì)于吸光度測(cè)量至關(guān)重要。不同的樣品可能需要不同的光程差來獲得準(zhǔn)確的吸光度值，如果光程差不能被準(zhǔn)確控制或校正，會(huì)引起測(cè)量誤差。

在進(jìn)行吸光度測(cè)量時(shí)，檢定人員通常會(huì)進(jìn)行基線校準(zhǔn)，即在沒有樣品的情況下記錄光強(qiáng)度。基線校準(zhǔn)不準(zhǔn)確可能導(dǎo)致吸光度測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生偏差。適當(dāng)?shù)幕€校準(zhǔn)可以消除儀器的系統(tǒng)性誤差。光度計(jì)需要定期進(jìn)行校準(zhǔn)和校正，以確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，如果儀器校準(zhǔn)不正確或不及時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致吸光度的值產(chǎn)生偏移。

2.3操作技術(shù)

不同的檢定人員在操作習(xí)慣、技術(shù)水平以及操作細(xì)節(jié)上的差異都可能導(dǎo)致檢定誤差的產(chǎn)生。操作一致性是確保不同檢定人員在相同條件下獲得相似結(jié)果的關(guān)鍵。例如，波長(zhǎng)檢測(cè)時(shí)，檢定人員可能會(huì)因?yàn)樽约旱牧?xí)慣或視角產(chǎn)生微小的差異，導(dǎo)致在相同狀態(tài)下獲得不同類型的數(shù)據(jù)讀取模式。為了減小這種影響，可以在操作規(guī)范中明確規(guī)定操作步驟和要求，確保所有檢定人員遵循相同的操作方式。推拉式紫外可見分光光度計(jì)可以減少人為操作的差異，自動(dòng)化的操作過程可以提高操作的準(zhǔn)確性和一致性，減少人為誤差的產(chǎn)生。數(shù)字化儀器還可以記錄操作參數(shù)和結(jié)果，以便后續(xù)分析和校準(zhǔn)。同時(shí)，定期對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定和驗(yàn)證可以確保操作技術(shù)的準(zhǔn)確性。標(biāo)定可以消除系統(tǒng)性誤差，驗(yàn)證可以檢查操作的一致性和準(zhǔn)確性，定期的標(biāo)定和驗(yàn)證可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正操作技術(shù)方面的問題。

2.4設(shè)備預(yù)熱

預(yù)熱的主要目的是為了確保光度計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)能夠達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，以提供可靠且一致的測(cè)量結(jié)果。光度計(jì)的內(nèi)部元件和電子元件在工作過程中需要達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，以獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，預(yù)熱可以幫助這些元件達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，使它們的性能不受溫度和其他因素的影響。在光度計(jì)中，光線敏感的電子元件（如光電二極管或光電倍增管）負(fù)責(zé)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。元件的靈敏度受環(huán)境因素影響，而預(yù)熱可以確保它們?cè)诜€(wěn)定狀態(tài)下工作，從而使電信號(hào)輸出更加一致。經(jīng)過充分預(yù)熱的光度計(jì)可以提供穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)，從而減小測(cè)量的不確定性。穩(wěn)定的數(shù)據(jù)對(duì)于科學(xué)研究、質(zhì)量控制和其他領(lǐng)域的準(zhǔn)確測(cè)量都是至關(guān)重要的。

3.1熟悉并掌握檢定規(guī)程

檢定規(guī)程提對(duì)儀器性能和操作提出了詳細(xì)要求，根據(jù)這些要求進(jìn)行操作可以確保檢定的準(zhǔn)確性。檢定人員需要全面了解紫外可見分光光度計(jì)的檢定規(guī)程，明確各項(xiàng)要求、標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)。

3.2熟練掌握操作方法

在檢定過程中，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的操作方法非常重要，檢定人員需要掌握如何準(zhǔn)確、穩(wěn)定地進(jìn)行波長(zhǎng)選擇、光強(qiáng)調(diào)節(jié)、樣品安裝等操作，最大程度地減小人為誤差，確保測(cè)量的可靠性。

3.3明確檢定目標(biāo)和要求

在進(jìn)行檢定時(shí)，檢定人員要明確檢定的目標(biāo)和要求，了解需要測(cè)量的參數(shù)、范圍和精度要求。這可以幫助檢定人員選擇合適的操作方法，并確保測(cè)量結(jié)果符合預(yù)期。

3.4確保儀器正確安裝

紫外可見分光光度計(jì)的安裝和使用對(duì)于檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，檢定人員要確保儀器被正確安裝，光路系統(tǒng)內(nèi)部元件的位置準(zhǔn)確，以避免由于結(jié)構(gòu)誤差引起的檢定誤差。

3.5做好儀器保管工作

在儀器的保管環(huán)節(jié)，檢定人員要定期檢查和維護(hù)儀器，確保儀器處于良好狀態(tài)，使光路無阻塞，波長(zhǎng)調(diào)整準(zhǔn)確，避免因儀器自身問題引起的誤差。

3.6定期維護(hù)和保養(yǎng)

為了保持儀器的工作狀態(tài)正常，儀器需要被定期維護(hù)和保養(yǎng)，包括光斑測(cè)試、波長(zhǎng)調(diào)整、儀器清潔等步驟，以確保儀器性能的穩(wěn)定和一致。

3.7改善檢定環(huán)境

儀器的使用環(huán)境也會(huì)影響檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性，在檢定時(shí)應(yīng)確保儀器放置在無電磁輻射、無振動(dòng)，溫濕度適宜的環(huán)境中，這樣可以保證儀器性能的穩(wěn)定。在進(jìn)行檢定之前，檢定人員應(yīng)對(duì)使用環(huán)境進(jìn)行充分分析，包括溫度、濕度、電磁輻射、振動(dòng)等因素，如果環(huán)境因素不適宜測(cè)量，應(yīng)考慮調(diào)整檢定方案或采取必要的環(huán)境控制措施，以確保測(cè)量的可靠性。

3.8落實(shí)定期送檢制度

濾光片作為紫外可見分光光度計(jì)的核心元件之一，其性能對(duì)于測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。落實(shí)定期送檢制度意味著定期將濾光片送往可靠的實(shí)驗(yàn)室或認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行校驗(yàn)，以確保其定值和性能的精確性。這可以為后續(xù)的檢定提供可靠的保障。在檢定中，如果濾光片的穩(wěn)定性不足以滿足檢定要求，可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)測(cè)量誤差。如果發(fā)現(xiàn)濾光片的性能不穩(wěn)定時(shí)，需要考慮進(jìn)行更換，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。在儀器實(shí)施檢定時(shí)，需要結(jié)合濾光片的標(biāo)注對(duì)濾光片入射面進(jìn)行科學(xué)選擇，濾光片的性能可能會(huì)因其入射面的選擇而產(chǎn)生差異，正確的選擇可以避免由于入射面不一致引起的測(cè)量誤差。

紫外可見分光光度計(jì)在現(xiàn)代科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中扮演著不可或缺的角色。然而，隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)和操作的復(fù)雜性，儀器可能會(huì)出現(xiàn)各種故障，影響其性能和測(cè)量準(zhǔn)確性。因此，對(duì)于紫外可見分光光度計(jì)故障的分析與處理是一項(xiàng)至關(guān)重要的工作。正確認(rèn)識(shí)和應(yīng)對(duì)故障，不僅有助于保護(hù)儀器，還有助于科研工作的順利開展。

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【作者簡(jiǎn)介】

嚴(yán)子翔，男，1985年出生，助理工程師，研究方向?yàn)槔砘愑?jì)量器具的檢定、校準(zhǔn)。

（編輯：李加鵬）