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朗伯比爾定律，利用物質分子吸收、輻射紫外可見廣譜區進行定量、定性分析的分析儀器，多用于食品檢驗、環境監測、醫藥衛生等領域。但是，分光光度計使用時，易遭遇水氣侵蝕、溶液腐蝕、光路系統偏移、燈源老化等問題，導致以期工作計量性能偏離，測試數據偏差較大，對實驗結果造成影響。為此，紫外可見分光光度計檢定中，應當根據《法定計量檢定機構靠和規范》、《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年實現規模化推廣生產。伴隨科學技術發展，儀器得以深入研究開發，成為最為實用的工具之一，幾乎每個實驗室均會應用，能夠對物質進行定量、定性、純度、結構分析。紫外可見分光光度計檢定裝置由氧化鈥濾光片標準物質、鐠釹濾光片標準物質片、可見光區透射比濾光片標準物質、紫外線光區透射比濾光片標準物質、雜散光濾光片標準物質構成，可根據結構分為雙光束、單光束、雙波長、準雙光束這4類，雙光束應用最多[1]。在紫外可見分光光度計中，物質分子或原子的電子吸收能量輻射產生電子能級躍遷，構成物質吸收光譜，不同物質輻射吸收強度不同，可見光譜區波段范圍400～800nm，近紫外區波段200～400nm，遠紫外區波段150～200nm，根據該特性可對物質進行分。具有以下特點：一是適用范圍廣，儀器分析檢測質量濃度范圍廣，常量分析質量濃度是1%～50%，痕量分析其質量濃度范圍10-8%～10-6%，適用儀器分析可控制相對誤差在1%～3%[2]。二是應用范圍廣，在環境、生命、食品、農業、材料等領域均可適用紫外可見分光光度計，特殊化學鍵與大多數化學元素在分光光度區均可被吸收，制定顯色條件分析物質，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 自身結構誤差

紫外可見分光光度計為精密儀器，需保持高精度檢測質量，使用中易受到自身結構影響，引發誤差。一方面是儀器安裝中，出現比色皿與底板偏移，盡管偏移量微小，卻也會對光束透光度造成影響，難以全部經過濾片攝入檢測器，使得透射比和標準值之間發生誤差[3]。并且，儀器光門閉合性不足，檢測也會產生漏光情況，透射比發生偏離。另一方面，光學系統元件也會引發誤差，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 設備預熱誤差

預熱目的在于保證內部電路結構及系統穩定性，廣錄系統內部光線敏感電子元件，經受光纖照射，可獲得穩定光線電流數據，為確保后續測試數據獲得準確接過，需對其進行預熱[4]。儀器如果未能預熱，設備會出現量值移動、跳動或測量不準，必然會產生測量誤差。

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，根據產生原因，可將其分為波長標準與設備結構這2種誤差原因，利用光吸收定律對物質光譜特性檢測時，需采取一束具備理論性特定波長單色光。但是，傳統波長檢測判定誤差中，人員采取連續監測法方式進行檢測，卻存在一定弊端，連續檢測由于通過連續驅動波長傳動、運輸設備，直接根據設備基礎透射比數值變化，確定數據峰值及波長，導致波長傳動設備運行，檢測光譜易受到曲線結構制約，包括色散系統、光電探測器、儀器光源等，數據測量誤差更大[5]。并且，逐點法檢定波長示值誤差需根據規程操作，沿相同波長方向設置多個測量點，逐一獲取透射比數值，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，調整儀器單色系統也會引發誤差，影響波長示值準確性，通過調整可消除以上誤差。

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據，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，能夠對測量結果造成影響。以雜散光而言，出現方式一是同等于測量波長光，由于設備光學元件會出現反射、散射，導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，由于光學元件表面有灰塵、擦痕、缺陷等，或是結構額外反射，則會導致設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，技術人員由于檢測技術、習慣、操作精細度的差異，未能按照規定進行波長檢測，會導致結果產生差異。例如，指針式紫外可見分光光度計使用中，技術人員由于操作習慣差異，或是觀測位置、波長讀取數據模式不同，則會導致光路系統的細小偏差，導致數據錯誤。

3 紫外可見分光光度計檢定誤差控制措施

3.1 調整儀器結構

紫外可見分光光度計結構制造缺陷誤差，由于加工方式、生產水平不足，易引發加工誤差，難以更改，其作為教育、科研重要工具，為保證檢定準確性，必須控制儀器結構。因此，儀器購進時，應注重廠商生產資質及以往產品質量，購買前做好廠商調研工作，結合大數據、互聯網等技術，對其實施全面考核，可根據客戶購買率、滿意度、退貨率、退修率等指標，對儀器性能綜合調研。并且，使用者需對產品指南仔細閱讀，重點關注儀器計量功能、性能等，包括光度范圍、雜散光、光度重復率、光度準確率、波長準確度、穩定性等，適當將調研范圍擴大，對各類廠商生產儀器加以對比，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，優化保存環境，以免灰塵、濕度、溫度、腐蝕性氣體對儀器的損害[7]。儀器波長度盤產生滑動，或是光斑不純，則不能僅旋轉波長旋鈕，或是儀器表面調節，應了解儀器結構基礎上，做好全面檢查工作，波長度盤或各類元件調整變動，需重新校準檢定，確保儀器處于最佳工作狀態。

3.2 儀器預熱控制

在紫外可見分光光度計說明書中，通常需要預熱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，通過預熱使得儀器達到使用最佳效果，保證測量準確、穩定。預熱過程中，人員應注意分光光度計通電后，選擇恰當波長值與靈敏檔實施調節測定，在光路上擺放裝有純水的吸收池后，調節“100%T”與“0%T”，改善吸收池暗箱蓋，儀器預熱約20min，儀器一旦顯示讀數無變化，即可開展測定[8]。分光光度計有微處理器自檢功能，設置測定窗口所需波長值，根據上述操作進行吸水池放置，調節“0000A”預熱儀器，儀器顯示讀數無變化，也可開展測定，完成儀器自檢后，關閉不再應用的光源。

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，在波長氛圍內進行6次光譜掃描，根據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，根據譜線486.00nm或鐠釹濾光片吸收峰進行汞燈位置調整，直至檢定結果與標準相符，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定，則需要重新標定、檢定。此外，為控制合理范圍內波長誤差，不同波段應選擇相應濾光片，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定范圍，需調修設備；線性誤差，即波長段誤差有相近數值、相同方向，可調整波長580nm，利用樣品池光路觀察單色光顏色，以此調節波長，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為580nm，利用標準濾光片進行波長檢定，對其進行范圍調整。

3.3.2 透射比控制。人員可利用光波調整透射比示值，誤差調整前，需檢定光波，保證符合調修條件，傾斜比色皿架時，吸收池光程一旦出現變化，則會產生透射比誤差超差。為此，為保證光束能夠垂直通過比色皿，需以中心為基點調整比色皿底座。同時，光門異常密閉，手動擠壓光門以產生透射比誤，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。

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節，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、操作規程的學習，培養其工作責任心，做到嚴謹細致、依法辦事、公正客觀，進而確保提供數據的準確性與可靠性。此過程中，可定期組織人員對檢定規程進行學習，采取理論結合實踐的方式，總結工作經驗，提高人員檢定技術、處理數據業務水平，有效控制檢定誤差。例如，檢定工作簽，需監控環境條件，保證環境參數符合規程要求，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，按照規程核查元件穩定性，不處于穩定范圍則要更換，保證濾光片清潔性；人員還要對技術指標正確檢定，根據儀器原理特點，落實檢定程序，多方面保證檢定數據準確性。

4 結束語

紫外可見分光光度計具有操作簡單、靈敏度高的優點，應用較為廣泛，需根據《紫外、可見、近紅外分光光度計檢定規程》，做好檢定工作，以免出現測量誤差。為此，紫外可見分光光度計檢定中，應結合實際情況，從調整儀器結構、儀器預熱控制、波長檢定控制、檢測方法控制、規范人員操作這幾方面出發，從而提高檢測準確性，有效控制儀器設備誤差，完成物質檢測。