分光光度計量值比對的實施和結果分析

摘要：量值比對是能力驗證活動的組成部分，指兩家或多家計量檢測校準實驗室按照既定的條件在規定時間和范圍內來測試一個經考察且性能穩定的傳遞標準，通過比對結果值，判斷該機構量值傳遞準確性的活動。通過紫外可見分光光度計波長示值誤差量值比對實施，對比對過程發現的問題進行結果分析。

關鍵詞：計量比對 能力驗證 量值傳遞 分光光度計 波長示值誤差

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

分光光度計是一種可以對透明液體濃度或物質的溶液進行定性分析鑒別和定量分析的理化實驗的精密儀器。其原理是根據物質的分子對入射光源的選擇性吸收，利用朗伯比爾定律，計算出溶液的濃度或成分，被廣泛用于化工、醫藥行業等理化分析實驗。分光光度計性能的好壞關系著化工實驗分析的結果，其量值準確性必須通過第三方計量機構校準檢定。然而，第三方檢測機構需要能力驗證來保證數據的準確可靠。通過對分光光度計計量結果的量值比對，可以反映出技術機構的測量標準器、人員檢定方法、操作技術水平、檢測溫濕度等環境條件、檢測數據的處理、實驗室管理等的實際能力和水平。

1 比對方案設計

分光光度計一般體積較大，不易搬運，且搬運有可能影響穩定性。為了利于量值比對的運作操作實施，比對方式通過討論確定為固定場地的比對形式，各參比實驗室需自帶所需計量標準器至固定場地主導實驗室A的光譜實驗室。

本次比對使用的傳遞標準為由主導實驗室A提供的一臺性能穩定的型號為UV2700i、編號為A12345467、波長測量范圍為200～900 nm、分度值為0.1 nm的性能穩定的Ⅰ級紫外可見分光光度計。前期，主導實驗室A對該UV2700i紫外可見分光光度計做了穩定性考核。穩定性考核按照《計量標準考核規范》（JJF1033-2023）要求進行試驗，在對應的觀測點，分別進行10次重復性測量，取其算術平均值作為該次該點的測量結果[1]。在整個穩定性考核試驗周期內，測量4組，測量點處的最大值與最小值之差小于0.3 nm，即符合傳遞標準穩定性要求。實際情況下，在278 nm和638 nm處的4組測得值中，最大值與最小值之差均為0.2 nm，傳遞標準穩定性符合要求。

在278 nm處，4組測量結果的平均值之差為0.02 nm；在638nm處，4組測量結果的平均值之差為0.01 nm。此結果可作為傳遞標準穩定性對比對結果的影響引入的不確定度。

參加實驗比對的實驗室共7家，主導實驗室為A，參比實驗室為B、C、D、E、F、G。通過討論，確定比對路線為花瓣式。

2 參比標準

參比標準統一選取氧化鈥濾光片標準。參比實驗室標準基本參數具體如表1所示。

3 參考值

3.1 概述

通過討論，各實驗室都同意主導實驗室采用所有實驗室測量結果誤差的平均值作為參考值[2-4]，并評定出每個測量點的測量結果誤差的不確定度。

式（1）中：為參與參考值計算的實驗室序號；為比對實驗的測量點序號；為參與參考值計算的實驗室數量；為第個實驗室在第個測量點上的測量結果。

因為各個實驗室的不確定度之間完全不相關，且比對實驗中傳遞標準引入的確定度的影響可以忽略，參考值的不確定度按式（2）計算[2-4]。

式（2）中：為第個實驗室在第個測量點上測量結果的標準不確定度；為第個測量點的參考值的標準不確定度。

根據各實驗室提供的數據，計算出本次參考值：278 nm處為-0.16 nm，638 nm處為-0.11 nm。

3.2 測量方法

依據《紫外、可見、近紅外分光光度計》（JJG178—2007）檢定規程[5]，采用直接測量法。本次比對對紫外可見分光光度計在638 nm和278 nm處兩處吸收峰對應波長示值誤差（示值誤差小數點后保留一位有效數字）進行測量（帶寬2 nm，掃描間隔0.1 nm）。

3.3 測量結果

測量結果為每個實驗室根據相應的標準值和實測值算出波長示值誤差，比對參考值為所有實驗室誤差的平均值。

3.4 不確定度評定

3.4.1 測量模型

測量模型[6]：Δ=-

模型中：Δ為波長示值誤差，單位為nm；為各比對點波長平均示值，單位為nm；為各比對點波長標準值，單位為nm。

3.4.2 不確定來源

可供參考的不確定度分量：一項是被檢分光光度計波長示值誤差測量重復性或波長示值分辨率引入的不確定度，另一項是標準濾光片引入的標準不確定度[7]。

4 比對結果

4.1 比對數據處理方法

4.1.1 數據處理和比對結果一致性判定原則

比對結果的評價。參比實驗室的測量結果與其不確定度的一致性用歸一化偏差進行評價[2-4]。

式中：為第個實驗室上報的第個測量點上的測量結果；為比對試驗第個測量點的參考值；為包含因子，一般情況；為第個測量點上的標準不確定度。

因參考值采用平均法計算得來，參比實驗室的量值參與參考值的平均值計算，與和相關[4]，采用式（4）計算：

式中：為第個實驗室在第個測量點上測量結果的標準不確定度；為傳遞標準在第個測量點上在比對傳遞環節引入的不確定度；為第個測量點上參考值的標準不確定度。

在計算中，若<（1/3）或，可以忽略不計，可以按式（5）計算：

本次比對過程中，278 nm處=0.02nm，638 nm處=0.01nm，傳遞標準穩定性引入的不確定度較小可忽略。

4.1.2 結果評價原則

≤1，參比實驗室的測量結果和參考值之差與不確定度之比在合理預期范圍內，比對結果可以接受。

＞1，參比實驗室的測量結果和參考值之差與不確定度之比超出合理的預期，比對結果不可接受，應分析原因[8-9]。

4.2 實驗室的測量結果和統計處理

在所有比對實驗結束后，各參比實驗室均按要求提交了實驗比對數據。主導實驗室A對數據進行了匯總計算，結果如表2所示。

4.3 比對結果圖表

為清晰表示本次比對結果，將每一個比對實驗室的測量結果和各實驗室報告測量結果的擴展不確定度用圖形表示。橫坐標代表實驗室，比對實驗室的測量值用小圓點表示，比對實驗室測量值向上延伸和向下延伸的線段代表各實驗室報告測量結果的擴展不確定度[10]，中間橫線為參考值，如圖1～2所示。比對測量結果數據分布圖表中，通過比對結果，可以直觀地看出所有比對實驗室的測量結果及其不確定度，但并不能對一個結果進行最終評判，結果是否符合預期目標，其判斷應由En值來確定[11]。

圖1 278 nm處測量結果數據分布圖

圖2 638 nm處測量結果數據分布圖

5 比對結果分析

本次比對的結果客觀、真實地反映了各實驗室的分光光度計量值實際測量能力情況和出具測量結果的準確一致程度。全部實驗室均按時提交了比對測量結果，全部比對點均無離群結果，7家實驗室的波長誤差比對結果都在可控最大值之內，測量結果與參考值之差均符合要求。因為G實驗室在279 nm處無吸收峰標準值，用288 nm處吸收峰替代，但結果沒有受到影響[12]。

5.1 技術分析

從本次比對數據來看，參與比對實驗室測量比對結果較好，在所有比對點，，分析原因如下。

本次比對是固定實驗室比對，實驗室環境良好，儀器性能穩定，基本排除現場的環境因素對測量結果的影響。各實驗室在比對點的測量結果為3～10次連續測量結果的平均值，保證了測量結果的準確性[13]。

綜合考慮，參考值沒有采用中位值法[14]，而是采用所有實驗室測量結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實驗室誤差值為0.2 nm，與其他6所實驗室所測值有所差異。查閱提供的數據和資料，除了該標準濾光片的校準證書沒有提供278 nm處吸收峰的標準值，從而選擇了附近287.8 nm吸收峰作為比對點外，雖然對比對結果沒有太大影響，但建議對該濾光片287.8 nm吸收峰標準值進行相應的計量確認。

在638 nm處，B實驗室誤差值為0.2 nm，與其他6所實驗室所測值有所差異。查閱提供的數據和資料，建議對該濾光片637.7 nm吸收峰標準值進行相應的計量確認。

5.2 不確定度的來源

合理進行測量結果的不確定度評定是本次比對考查的主要內容之一。對于本次的現場比對測量結果，其主要的不確定度來源有以下兩項：一項是標準濾光片引入的標準不確定度，另一項是被檢分光光度計波長示值誤差測量重復性或波長示值分辨率引入的不確定度。不確定度分量相對較少且明確，利于分析執行。

6 比對結論

本次所有實驗室的校準結果在全部比對點均無離群值，各實驗室比對結果全部在預期之內可接受，測量結果與參考值之差均在合理范圍內。本次比對全面、客觀、真實地反映了7家實驗室在紫外可見分光光度計計量檢定能力的真實情況和水平，從而確保了紫外可見分光光度計計量量值準確和可靠。假如出現不滿意的結果，2006 年，中國認證認可監督管理委員會在能力驗證計劃通知中指出，參加能力驗證的實驗室若在第一次檢測中顯示為離群結果，可以有一次的補測機會，補測結果不會影響第一次的統計參數，但是對補測結果的評價需參考第一次的參數統計[15]。此次分光波長誤差量值比對實施的成功離不開各實驗室的配合、詳細的策劃保障和對計量科學的深度理解。但還有一些能力驗證參加者的認識還不夠深刻，很多實驗室參加能力驗證只是出于資質認定和認可的要求，并沒有認識到其深層次的意義是提高實驗室自身的檢測水平等，違背了能力驗證計劃的初衷[16]。

7 結語

實驗室比對是證明實驗室能力的有效手段。本次作者實驗室發起的是紫外可見分光光度計波長示值誤差的實驗室計量比對工作，除了如本文介紹的實驗室比對外，測量審核也是一種比較常用的能力驗證方式。醫藥化工行業飛速發展，所需分析儀器種類很多，如分子光譜類、原子光譜類、色譜質譜類、氣體分析類等儀器，精密度要求都很高。各實驗室可以根據計量儀器種類和需要來組織實施或者參與能力驗證，確保我們量值溯源的準確、可靠，才能有效地為儀器設備溯源做好服務工作，從而避免因分析誤差產生經濟損失，提高行業的生產分析效能。

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