分光光度計(jì)量值比對(duì)的實(shí)施和結(jié)果分析

摘要：量值比對(duì)是能力驗(yàn)證活動(dòng)的組成部分，指兩家或多家計(jì)量檢測(cè)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室按照既定的條件在規(guī)定時(shí)間和范圍內(nèi)來(lái)測(cè)試一個(gè)經(jīng)考察且性能穩(wěn)定的傳遞標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)比對(duì)結(jié)果值，判斷該機(jī)構(gòu)量值傳遞準(zhǔn)確性的活動(dòng)。通過(guò)紫外可見分光光度計(jì)波長(zhǎng)示值誤差量值比對(duì)實(shí)施，對(duì)比對(duì)過(guò)程發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行結(jié)果分析。

關(guān)鍵詞：計(jì)量比對(duì) 能力驗(yàn)證 量值傳遞 分光光度計(jì) 波長(zhǎng)示值誤差

Implementation and Result Analysis of Measurement Comparison of Spectrophotometer

LIU Wei DING Honghong WANG Weibin XIE Wei

Chang jiang Metrology Institute of An hui Province （910 Institute）， Hefei， Anhui Province， 230088 China

Abstract： Measurement comparison is a component of capability verification activities， which refers to the activity of two or more calibration and testing institutions testing the same stable transmission standard within a specified time and range according to agreed conditions. By comparing the results， the accuracy of the institution's measurement transmission is judged. The error of the wavelength indication value of UV-VIS spectrophotometer is compared and the problems found in the process are analyzed.

KeyWords： Measurement comparison;Capability Verification;Value transfer; Spectrophotometer; The error of the wavelength indication value

分光光度計(jì)是一種可以對(duì)透明液體濃度或物質(zhì)的溶液進(jìn)行定性分析鑒別和定量分析的理化實(shí)驗(yàn)的精密儀器。其原理是根據(jù)物質(zhì)的分子對(duì)入射光源的選擇性吸收，利用朗伯比爾定律，計(jì)算出溶液的濃度或成分，被廣泛用于化工、醫(yī)藥行業(yè)等理化分析實(shí)驗(yàn)。分光光度計(jì)性能的好壞關(guān)系著化工實(shí)驗(yàn)分析的結(jié)果，其量值準(zhǔn)確性必須通過(guò)第三方計(jì)量機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)檢定。然而，第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)需要能力驗(yàn)證來(lái)保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。通過(guò)對(duì)分光光度計(jì)計(jì)量結(jié)果的量值比對(duì)，可以反映出技術(shù)機(jī)構(gòu)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)器、人員檢定方法、操作技術(shù)水平、檢測(cè)溫濕度等環(huán)境條件、檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理、實(shí)驗(yàn)室管理等的實(shí)際能力和水平。

1 比對(duì)方案設(shè)計(jì)

分光光度計(jì)一般體積較大，不易搬運(yùn)，且搬運(yùn)有可能影響穩(wěn)定性。為了利于量值比對(duì)的運(yùn)作操作實(shí)施，比對(duì)方式通過(guò)討論確定為固定場(chǎng)地的比對(duì)形式，各參比實(shí)驗(yàn)室需自帶所需計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器至固定場(chǎng)地主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室A的光譜實(shí)驗(yàn)室。

本次比對(duì)使用的傳遞標(biāo)準(zhǔn)為由主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室A提供的一臺(tái)性能穩(wěn)定的型號(hào)為UV2700i、編號(hào)為A12345467、波長(zhǎng)測(cè)量范圍為200～900 nm、分度值為0.1 nm的性能穩(wěn)定的Ⅰ級(jí)紫外可見分光光度計(jì)。前期，主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室A對(duì)該UV2700i紫外可見分光光度計(jì)做了穩(wěn)定性考核。穩(wěn)定性考核按照《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》（JJF1033-2023）要求進(jìn)行試驗(yàn)，在對(duì)應(yīng)的觀測(cè)點(diǎn)，分別進(jìn)行10次重復(fù)性測(cè)量，取其算術(shù)平均值作為該次該點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果[1]。在整個(gè)穩(wěn)定性考核試驗(yàn)周期內(nèi)，測(cè)量4組，測(cè)量點(diǎn)處的最大值與最小值之差小于0.3 nm，即符合傳遞標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性要求。實(shí)際情況下，在278 nm和638 nm處的4組測(cè)得值中，最大值與最小值之差均為0.2 nm，傳遞標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性符合要求。

在278 nm處，4組測(cè)量結(jié)果的平均值之差為0.02 nm；在638nm處，4組測(cè)量結(jié)果的平均值之差為0.01 nm。此結(jié)果可作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性對(duì)比對(duì)結(jié)果的影響引入的不確定度。

參加實(shí)驗(yàn)比對(duì)的實(shí)驗(yàn)室共7家，主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室為A，參比實(shí)驗(yàn)室為B、C、D、E、F、G。通過(guò)討論，確定比對(duì)路線為花瓣式。

2 參比標(biāo)準(zhǔn)

參比標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一選取氧化鈥濾光片標(biāo)準(zhǔn)。參比實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)基本參數(shù)具體如表1所示。

3 參考值

3.1 概述

通過(guò)討論，各實(shí)驗(yàn)室都同意主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室采用所有實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果誤差的平均值作為參考值[2-4]，并評(píng)定出每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果誤差的不確定度。

式（1）中：為參與參考值計(jì)算的實(shí)驗(yàn)室序號(hào)；為比對(duì)實(shí)驗(yàn)的測(cè)量點(diǎn)序號(hào)；為參與參考值計(jì)算的實(shí)驗(yàn)室數(shù)量；為第個(gè)實(shí)驗(yàn)室在第個(gè)測(cè)量點(diǎn)上的測(cè)量結(jié)果。

因?yàn)楦鱾€(gè)實(shí)驗(yàn)室的不確定度之間完全不相關(guān)，且比對(duì)實(shí)驗(yàn)中傳遞標(biāo)準(zhǔn)引入的確定度的影響可以忽略，參考值的不確定度按式（2）計(jì)算[2-4]。

式（2）中：為第個(gè)實(shí)驗(yàn)室在第個(gè)測(cè)量點(diǎn)上測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；為第個(gè)測(cè)量點(diǎn)的參考值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

根據(jù)各實(shí)驗(yàn)室提供的數(shù)據(jù)，計(jì)算出本次參考值：278 nm處為-0.16 nm，638 nm處為-0.11 nm。

3.2 測(cè)量方法

依據(jù)《紫外、可見、近紅外分光光度計(jì)》（JJG178—2007）檢定規(guī)程[5]，采用直接測(cè)量法。本次比對(duì)對(duì)紫外可見分光光度計(jì)在638 nm和278 nm處兩處吸收峰對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)示值誤差（示值誤差小數(shù)點(diǎn)后保留一位有效數(shù)字）進(jìn)行測(cè)量（帶寬2 nm，掃描間隔0.1 nm）。

3.3 測(cè)量結(jié)果

測(cè)量結(jié)果為每個(gè)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值和實(shí)測(cè)值算出波長(zhǎng)示值誤差，比對(duì)參考值為所有實(shí)驗(yàn)室誤差的平均值。

3.4 不確定度評(píng)定

3.4.1 測(cè)量模型

測(cè)量模型[6]：Δ=-

模型中：Δ為波長(zhǎng)示值誤差，單位為nm；為各比對(duì)點(diǎn)波長(zhǎng)平均示值，單位為nm；為各比對(duì)點(diǎn)波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)值，單位為nm。

3.4.2 不確定來(lái)源

可供參考的不確定度分量：一項(xiàng)是被檢分光光度計(jì)波長(zhǎng)示值誤差測(cè)量重復(fù)性或波長(zhǎng)示值分辨率引入的不確定度，另一項(xiàng)是標(biāo)準(zhǔn)濾光片引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[7]。

4 比對(duì)結(jié)果

4.1 比對(duì)數(shù)據(jù)處理方法

4.1.1 數(shù)據(jù)處理和比對(duì)結(jié)果一致性判定原則

比對(duì)結(jié)果的評(píng)價(jià)。參比實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果與其不確定度的一致性用歸一化偏差進(jìn)行評(píng)價(jià)[2-4]。

式中：為第個(gè)實(shí)驗(yàn)室上報(bào)的第個(gè)測(cè)量點(diǎn)上的測(cè)量結(jié)果；為比對(duì)試驗(yàn)第個(gè)測(cè)量點(diǎn)的參考值；為包含因子，一般情況；為第個(gè)測(cè)量點(diǎn)上的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

因參考值采用平均法計(jì)算得來(lái)，參比實(shí)驗(yàn)室的量值參與參考值的平均值計(jì)算，與和相關(guān)[4]，采用式（4）計(jì)算：

式中：為第個(gè)實(shí)驗(yàn)室在第個(gè)測(cè)量點(diǎn)上測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；為傳遞標(biāo)準(zhǔn)在第個(gè)測(cè)量點(diǎn)上在比對(duì)傳遞環(huán)節(jié)引入的不確定度；為第個(gè)測(cè)量點(diǎn)上參考值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

在計(jì)算中，若<（1/3）或，可以忽略不計(jì)，可以按式（5）計(jì)算：

本次比對(duì)過(guò)程中，278 nm處=0.02nm，638 nm處=0.01nm，傳遞標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性引入的不確定度較小可忽略。

4.1.2 結(jié)果評(píng)價(jià)原則

≤1，參比實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果和參考值之差與不確定度之比在合理預(yù)期范圍內(nèi)，比對(duì)結(jié)果可以接受。

＞1，參比實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果和參考值之差與不確定度之比超出合理的預(yù)期，比對(duì)結(jié)果不可接受，應(yīng)分析原因[8-9]。

4.2 實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果和統(tǒng)計(jì)處理

在所有比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，各參比實(shí)驗(yàn)室均按要求提交了實(shí)驗(yàn)比對(duì)數(shù)據(jù)。主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室A對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了匯總計(jì)算，結(jié)果如表2所示。

4.3 比對(duì)結(jié)果圖表

為清晰表示本次比對(duì)結(jié)果，將每一個(gè)比對(duì)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果和各實(shí)驗(yàn)室報(bào)告測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度用圖形表示。橫坐標(biāo)代表實(shí)驗(yàn)室，比對(duì)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量值用小圓點(diǎn)表示，比對(duì)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量值向上延伸和向下延伸的線段代表各實(shí)驗(yàn)室報(bào)告測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度[10]，中間橫線為參考值，如圖1～2所示。比對(duì)測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)分布圖表中，通過(guò)比對(duì)結(jié)果，可以直觀地看出所有比對(duì)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果及其不確定度，但并不能對(duì)一個(gè)結(jié)果進(jìn)行最終評(píng)判，結(jié)果是否符合預(yù)期目標(biāo)，其判斷應(yīng)由En值來(lái)確定[11]。

圖1 278 nm處測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)分布圖

圖2 638 nm處測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)分布圖

5 比對(duì)結(jié)果分析

本次比對(duì)的結(jié)果客觀、真實(shí)地反映了各實(shí)驗(yàn)室的分光光度計(jì)量值實(shí)際測(cè)量能力情況和出具測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確一致程度。全部實(shí)驗(yàn)室均按時(shí)提交了比對(duì)測(cè)量結(jié)果，全部比對(duì)點(diǎn)均無(wú)離群結(jié)果，7家實(shí)驗(yàn)室的波長(zhǎng)誤差比對(duì)結(jié)果都在可控最大值之內(nèi)，測(cè)量結(jié)果與參考值之差均符合要求。因?yàn)镚實(shí)驗(yàn)室在279 nm處無(wú)吸收峰標(biāo)準(zhǔn)值，用288 nm處吸收峰替代，但結(jié)果沒有受到影響[12]。

5.1 技術(shù)分析

從本次比對(duì)數(shù)據(jù)來(lái)看，參與比對(duì)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量比對(duì)結(jié)果較好，在所有比對(duì)點(diǎn)，，分析原因如下。

本次比對(duì)是固定實(shí)驗(yàn)室比對(duì)，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境良好，儀器性能穩(wěn)定，基本排除現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。各實(shí)驗(yàn)室在比對(duì)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果為3～10次連續(xù)測(cè)量結(jié)果的平均值，保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性[13]。

綜合考慮，參考值沒有采用中位值法[14]，而是采用所有實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果誤差的平均值作為參考值，保證參考值的可靠性。

在278 nm處，G實(shí)驗(yàn)室誤差值為0.2 nm，與其他6所實(shí)驗(yàn)室所測(cè)值有所差異。查閱提供的數(shù)據(jù)和資料，除了該標(biāo)準(zhǔn)濾光片的校準(zhǔn)證書沒有提供278 nm處吸收峰的標(biāo)準(zhǔn)值，從而選擇了附近287.8 nm吸收峰作為比對(duì)點(diǎn)外，雖然對(duì)比對(duì)結(jié)果沒有太大影響，但建議對(duì)該濾光片287.8 nm吸收峰標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)量確認(rèn)。

在638 nm處，B實(shí)驗(yàn)室誤差值為0.2 nm，與其他6所實(shí)驗(yàn)室所測(cè)值有所差異。查閱提供的數(shù)據(jù)和資料，建議對(duì)該濾光片637.7 nm吸收峰標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)量確認(rèn)。

5.2 不確定度的來(lái)源

合理進(jìn)行測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定是本次比對(duì)考查的主要內(nèi)容之一。對(duì)于本次的現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)測(cè)量結(jié)果，其主要的不確定度來(lái)源有以下兩項(xiàng)：一項(xiàng)是標(biāo)準(zhǔn)濾光片引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，另一項(xiàng)是被檢分光光度計(jì)波長(zhǎng)示值誤差測(cè)量重復(fù)性或波長(zhǎng)示值分辨率引入的不確定度。不確定度分量相對(duì)較少且明確，利于分析執(zhí)行。

6 比對(duì)結(jié)論

本次所有實(shí)驗(yàn)室的校準(zhǔn)結(jié)果在全部比對(duì)點(diǎn)均無(wú)離群值，各實(shí)驗(yàn)室比對(duì)結(jié)果全部在預(yù)期之內(nèi)可接受，測(cè)量結(jié)果與參考值之差均在合理范圍內(nèi)。本次比對(duì)全面、客觀、真實(shí)地反映了7家實(shí)驗(yàn)室在紫外可見分光光度計(jì)計(jì)量檢定能力的真實(shí)情況和水平，從而確保了紫外可見分光光度計(jì)計(jì)量量值準(zhǔn)確和可靠。假如出現(xiàn)不滿意的結(jié)果，2006 年，中國(guó)認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督管理委員會(huì)在能力驗(yàn)證計(jì)劃通知中指出，參加能力驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)室若在第一次檢測(cè)中顯示為離群結(jié)果，可以有一次的補(bǔ)測(cè)機(jī)會(huì)，補(bǔ)測(cè)結(jié)果不會(huì)影響第一次的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，但是對(duì)補(bǔ)測(cè)結(jié)果的評(píng)價(jià)需參考第一次的參數(shù)統(tǒng)計(jì)[15]。此次分光波長(zhǎng)誤差量值比對(duì)實(shí)施的成功離不開各實(shí)驗(yàn)室的配合、詳細(xì)的策劃保障和對(duì)計(jì)量科學(xué)的深度理解。但還有一些能力驗(yàn)證參加者的認(rèn)識(shí)還不夠深刻，很多實(shí)驗(yàn)室參加能力驗(yàn)證只是出于資質(zhì)認(rèn)定和認(rèn)可的要求，并沒有認(rèn)識(shí)到其深層次的意義是提高實(shí)驗(yàn)室自身的檢測(cè)水平等，違背了能力驗(yàn)證計(jì)劃的初衷[16]。

7 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)室比對(duì)是證明實(shí)驗(yàn)室能力的有效手段。本次作者實(shí)驗(yàn)室發(fā)起的是紫外可見分光光度計(jì)波長(zhǎng)示值誤差的實(shí)驗(yàn)室計(jì)量比對(duì)工作，除了如本文介紹的實(shí)驗(yàn)室比對(duì)外，測(cè)量審核也是一種比較常用的能力驗(yàn)證方式。醫(yī)藥化工行業(yè)飛速發(fā)展，所需分析儀器種類很多，如分子光譜類、原子光譜類、色譜質(zhì)譜類、氣體分析類等儀器，精密度要求都很高。各實(shí)驗(yàn)室可以根據(jù)計(jì)量?jī)x器種類和需要來(lái)組織實(shí)施或者參與能力驗(yàn)證，確保我們量值溯源的準(zhǔn)確、可靠，才能有效地為儀器設(shè)備溯源做好服務(wù)工作，從而避免因分析誤差產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失，提高行業(yè)的生產(chǎn)分析效能。

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