紫外可見分光光度計線性度測試方法

劉明蘭　孫玉國　朱軒軒

摘要： 為定性測試紫外可見（UVVIS）分光光度計的線性度，以水質標準液標定法為基礎，用一臺紫外可見分光光度計在特定波長處測得一種食物染料的吸光度，再用基本的數學方法計算出各個測試點的體積分數，進而獲得體積分數和吸光度的線性關系。實驗表明，該方法可以方便地測試出儀器線性度，計算方法正確且簡單易懂。

關鍵詞： 紫外可見； 分光光度計； 線性測試

中圖分類號： TH 744.12文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2015.02.002

Linear test method of ultravioletvisible spectrophotometer

LIU Minglan， SUN Yuguo， ZHU Xuanxuan

（School of OpticalElectrical and Computer Engineering， University of Shanghai for

Science and Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract： In order to qualitatively test linearity of ultravioletvisible （UVVIS） spectrophotometer， we test a fooddye absorbance at a certain wavelength using a UVVIS spectrophotometer based on the water quality standard liquid calibration method， and then use a basic mathematical method to calculate volume concentration at each test point. We get a linear relationship of volume concentration and absorbance. Experiments show that this method is easy and convenient to measure the linearity of the instrument and the calculation method is accurate and easy to understand.

Keywords： ultravioletvisible； spectrophotometer； linearity test

引言紫外可見分光光度計是一種很重要的分析儀器，在使用一臺新的紫外可見分光光度計儀器前，一般需要先對儀器的線性度進行測試。但大多數使用者只是在某一試樣的某一濃度附近，用濃度的倍數變化來測出這一段的線性度。這只能反映儀器在小范圍內的使用情況，并不能說明儀器的線性度是否符合出廠指標，也不能反映儀器的線性范圍。因此，在儀器使用前對其線性度的測試有著重要的意義[1]。1紫外可見分光光度計工作原理比爾在研究了各種無機鹽的水溶液對紅光的吸收情況后指出，光的吸收和光所遇到的吸光物質的數量有關，如果吸光物質溶于不吸光的溶劑中，則吸光度和吸光物質的濃度成正比。即當單色光通過液層厚度一定的有色溶液時，溶液的吸光度與溶液的濃度成正比，這就是比爾定律[2]。其表達式為A=lgI0I=K1C（1）式中：A為吸光度；I0為入射光強度；I為透射光強度；C為溶液的濃度；K1為比例常數。紫外可見分光光度計主要由光源系統、 單色器系統、 樣品室、 檢測系統組成。紫外可見分光光度計的技術指標主要有 11個[23]，即波長準確度、 波長重復性、 光度準確度、光度重復性、 雜散光、 光譜帶寬、 基線平直度、 穩定性、 光度噪聲、 線性度、 線性動態范圍。除了線性動態范圍，其他的技術指標一般都在儀器指標中寫出明確的測量方法及要求。紫外可見分光光度計的線性度在定量分析工作中有著極其重要的意義，文獻[4]指出，如果儀器的線性度很差，就不可能得到好的定量分析結果。光學儀器第37卷

第2期劉明蘭，等：紫外可見分光光度計線性度測試方法

2測試方法分光光度計線性度測試的方法很多，常用的方法大致有[4]：（1）溶液稀釋法：將重鉻酸鉀稀釋到不同濃度，測量不同波長處的吸光度（一般需測85個吸光度值），然后根據此數據作曲線，判斷線性度。（2）中性濾波片法：一般以3塊中性濾波片疊加，比較測定值與計算值之差來判斷線性度。（3）百分法：使被測試樣濃度成倍增加，測其吸光度并作曲線，判斷實驗值偏離比爾定律直線部分的程度。（4）改變池厚法：用不同厚度的樣品池來測量重鉻酸鉀的吸光度，以此觀察光度計的線性度。（5）旋轉扇形板法：將不同透射率的扇形板置于樣品光束中旋轉，測出各點透射率并與真值進行比較。（6）光疊加法：利用雙孔規來分段測量，然后用曲線判斷線性度。李昌厚教授[4]曾通過實踐提出L/LCM法（即雙對數測量法），但是該方法需配制級數遞增的不同濃度試樣，存在配樣誤差，所以本文提出了以體積分數測試光度計的線性度的方法，通過配制不同體積分數的溶液，來測量其線性度。表1是幾種線性度測試方法的比較[4]。

表1幾種線性度測試方法的比較

Tab.1The comparison of a few linearity test methods

方法優點缺點溶液稀釋法能檢查線性范圍，能找出最佳工作區無法校正線性誤差，方法繁瑣，需要測85個點中性濾波片法操作簡單濾波片絕對吸光度標定較困難百分法設備簡單存在配樣誤差，不能測出線性范圍改變池厚法能測出線性范圍不能校正線性誤差旋轉扇形板法適于紅外光譜儀（即紅外區）至少要9塊扇區板，成本高，不適用于UV光疊加法比較科學，比較標準實用性差L/LCM法直觀性強，能同時測出線性范圍，能找出最佳工作區，設備簡單，操作簡便，實用性強存在配樣誤差，理解較難本文方法原理簡單，設備簡單，吸光度測量范圍靈活可調，操作簡便重復的步驟較多

3實驗本文利用水質儀標定法來配制標準液，通過定性配制溶液，測得溶液在特定波長的吸光度，從而得到標準曲線，通過與比爾定律的直線部分對比，得到儀器的線性度。實驗所用儀器及試劑有G10UV光度計、綠色食品染劑、移液器（1 mL和5 mL）、石英比色皿和攪拌機。實驗步驟如下：（1）由于食品染劑本身比較濃，首先稀釋食品染料。因此，在54 mL蒸餾水中加入6 mL食品染劑，得到60 mL的測試母液，設其體積分數為C0。（2）在500 mL的燒杯中加入150 mL（設為V1）的蒸餾水，作為測試液。（3）用移液槍將1 mL（設為體積V0）的母液加入到500 mL的燒杯中，并攪拌均勻，得到該點的測試液。圖1260 nm處食品染劑的吸光度

Fig.1The absorbance of dye at 260 nm（4）用移液槍將測試液加入到石英比色皿，放入分光光度計的樣品槽，以蒸餾水作為參照，測量在波長260 nm、340 nm和590 nm處的吸光度，并記錄數據。（5）將比色皿內的測試溶液倒回500 mL的燒杯中，重復步驟（3）和（4），直至測到儀器顯示超出測量范圍。溶液的體積分數T可表示為T=N×V0N×V0+V1（2）式中N是重復次數。分別在260 nm、340 nm和590 nm處測得不同T值時的吸光度，得到光度計的線性度分別如圖1～3所示。

圖2340 nm處食品染劑的吸光度

Fig.2The absorbance of dye at 340 nm圖3590 nm處食品染劑的吸光度

Fig.3The absorbance of dye at 590 nm

從圖1～3可以看出，吸光度與體積分數的線性相關度R2可達到0.99以上，清楚地顯示了光度計在特定波長處的線性測量范圍，儀器使用者可根據線性度對儀器進行校正或進行樣品體積分數的測試實驗。4結論本文提出了一種無需計算溶液具體濃度，直接利用溶液體積分數比例關系就可測出儀器的線性度的方法。在需要精確計算溶液濃度時，僅需再知道母液的濃度即可計算各個測試點的具體濃度，并且兩次測量的間距也是可以控制的，從而可以減少測試點，不用像溶液稀釋法那樣必須測85個點。通過實驗證實，該方法可以定性地測出儀器的線性度，測試溶液的體積分數可以由低到高一直增加，直到光度計超出儀器的測試范圍。該方法能很好地測出儀器的線性范圍，獲得更好的線性度，使儀器的使用者得到更精確的實驗結果。本方法也可在儀器的生產過程中測試其線性度，從而降低產品不良率。參考文獻：

[1]倪一，黃梅珍，袁波，等.紫外可見分光光度計的發展與現狀[J].現代科學儀器，2004（3）：37.

[2]洪吟霞.分光光度計[M].北京：機械工業出版社，1982.

[3]李昌厚.紫外可見分光光度計[M].北京：化學工業出版社，2005.

[4]李昌厚.紫外可見分光光度計線性測試的一種新方法[J].光學儀器，1986，8（5）：1822.

（編輯：劉鐵英）