呂 良 韓 霜 管善國(guó)

(濟(jì)南市計(jì)量檢定所，濟(jì)南 250002)

分光光度計(jì)是實(shí)驗(yàn)室中常見(jiàn)的分析儀器，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療衛(wèi)生、食品檢驗(yàn)等領(lǐng)域。儀器原理是溶液中的物質(zhì)在光的照射激發(fā)下，產(chǎn)生了對(duì)光吸收的效應(yīng)，物質(zhì)對(duì)光的吸收具有選擇性，不同的物質(zhì)具有其各自的吸收光譜，因此當(dāng)某單色光通過(guò)溶液時(shí)，其能量會(huì)被吸收而減弱，光能量減弱的程度與物質(zhì)的濃度有一定的比例關(guān)系。

分光光度計(jì)檢定中雜散光是一個(gè)必檢的重要指標(biāo)，其大小決定儀器是否合格，而且雜散光的偏差對(duì)分光光度計(jì)測(cè)量結(jié)果有很大的影響。雜散光是指應(yīng)用所需光之外光的干擾。由光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)單色器時(shí)有可能從單色器艙內(nèi)及其它光學(xué)元件表面發(fā)生反射，光學(xué)元件表面以及大氣中的灰塵也可以發(fā)生散射，雜散光的存在會(huì)對(duì)朗伯-比耳定律產(chǎn)生偏移。以下筆者主要討論了雜散光對(duì)分光光度計(jì)的影響。

1 雜散光的測(cè)試方法

目前，對(duì)雜散光的測(cè)量法歸納起來(lái)有4種：截止濾光法、級(jí)數(shù)透過(guò)法、光學(xué)法、卷積法，其中截止濾光法最簡(jiǎn)便。根據(jù)JJG 178-2007[1]計(jì)量檢定規(guī)程中所規(guī)定的測(cè)量方法，A段紫外區(qū)用碘化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液或截止濾光片于220 nm，亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液或截止濾光片于360 nm處，采用10 mm標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)吸收池，蒸餾水作參比，光譜帶寬2 nm，測(cè)量其透射比示值；B段可見(jiàn)區(qū)用截止濾光片在波長(zhǎng)420 nm處，以空氣為參比，測(cè)量其透射比值；C段近紅外區(qū)用H2O于1 420 nm波長(zhǎng)處，以空氣為參比，測(cè)量其透射比值。根據(jù)JJG 178-2007規(guī)程要求儀器雜散光應(yīng)符合A段Ⅰ級(jí)不大于0.1%，B段Ⅰ級(jí)不大于0.1%，C段Ⅰ級(jí)不大于0.2%。

2 雜散光對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

雜散光對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響非常大，用于化學(xué)分析的光譜類儀器遵從朗伯-比耳定律，要求較好的單色性和準(zhǔn)確的透射比。雜散光的存在使得透射比增大，吸收率降低，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果發(fā)生偏差，直接限制被測(cè)樣品濃度的上限值(如圖1)和測(cè)量線性(如圖2)[2]。

1～12，雜散光依次為0.5%、0.4%、0.3%、0.2%、0.1%、0.05%、0.04%、0.03%、0.02%、0.015%、0.01%、0.005%

1～4雜散光依次為0.001%、0.01%、0.10%、1.00%

由圖1可以看出，只要知道儀器的雜散光就可得到該儀器由雜散光引起的測(cè)量誤差。如要用分光光度計(jì)分析某種樣品，吸光度為1.95左右，且要求分析測(cè)試準(zhǔn)確度為1.0%，但挑選一臺(tái)雜散光為0.2%的分光光度計(jì)時(shí)，從圖1中可知該儀器不能滿足使用要求，因?yàn)殡s散光為0.2%時(shí)，吸光度為1.95，則其測(cè)量相對(duì)誤差為3.6%，該分析測(cè)試必須選用一臺(tái)雜散光優(yōu)于0.05%的分光光度計(jì)才可滿足要求。所以在樣品的分析測(cè)試時(shí)，雜散光的大小對(duì)于分光光度計(jì)測(cè)量時(shí)的吸光度的影響不可忽視，尤其是高濃度的樣品，例如在A0=2.0時(shí)，若雜散光為0.2%，則可引起3.9%的測(cè)量誤差；若雜散光為0.5%，在A0=2.0時(shí)產(chǎn)生的測(cè)量誤差為8.7%。因此在參入雜散光進(jìn)行測(cè)量時(shí)，實(shí)際測(cè)量吸光度比平均吸光度低，吸光度越高，誤差增大越迅速，引起朗伯-比耳定律的偏離越大。為了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，對(duì)儀器的雜散光必須要有一定限制，盡可能減少雜散光帶入的測(cè)量誤差。

此外，雜散光對(duì)分光光度計(jì)的測(cè)量線性也有較大影響，如圖2所示，當(dāng)雜散光為1.0%時(shí)，吸光度測(cè)量值只能到2.0，而雜散光為0.001%時(shí)，吸光度測(cè)量上限可達(dá)到4.0。

3 雜散光產(chǎn)生的原因

儀器光源系統(tǒng)設(shè)計(jì)不良、機(jī)械零部件加工粗糙、光學(xué)元件位置錯(cuò)移、儀器內(nèi)壁防眩黑漆脫落等均能造成雜散光的產(chǎn)生，筆者根據(jù)實(shí)際檢定工作發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生雜散光的原因主要有以下幾種：

(1)灰塵污染光學(xué)元件；

(2)潮濕環(huán)境下光柵、棱鏡、透鏡、準(zhǔn)直鏡發(fā)霉；

(3)光學(xué)原件被損壞或光學(xué)元件有缺陷，如棱鏡劃痕、氣泡等；

(4)準(zhǔn)直系統(tǒng)內(nèi)部或光路上有關(guān)隔板邊緣的反射光；

(5)光路系統(tǒng)和檢測(cè)器沒(méi)有屏蔽完好，樣品室漏光；

(6)熱輻射或熒光引起的二次電子發(fā)射；

(7)狹縫的缺陷和定位不準(zhǔn)確；

(8)單色器內(nèi)壁黑化處理不當(dāng)。

上述原因中棱鏡和光柵產(chǎn)生的雜散光占總雜散光的比例最大。

4 減小雜散光的措施

溫度和濕度是影響儀器性能的重要因素，它們會(huì)引起機(jī)械部件銹蝕，使金屬鏡面的光潔度下降，儀器機(jī)械部分的誤差增大或性能下降，造成光學(xué)部件如光柵、反射鏡、聚焦鏡等的鋁膜銹蝕，產(chǎn)生光能不足、雜散光、噪聲等，甚至儀器停止工作，從而影響儀器壽命，維護(hù)保養(yǎng)時(shí)應(yīng)定期加以校正。應(yīng)配置恒溫設(shè)備，特別是地處南方地區(qū)的實(shí)驗(yàn)室，環(huán)境中的塵埃和腐蝕性氣體亦可以影響機(jī)械系統(tǒng)的靈活性，降低各種限位開(kāi)關(guān)、按鍵、光電偶合器的可靠性，因此必須定期清潔，保障環(huán)境和儀器室內(nèi)衛(wèi)生條件。

另外，光學(xué)部件受到震動(dòng)后容易松動(dòng)、移位、光束不能準(zhǔn)確定位，所以必須仔細(xì)調(diào)節(jié)光源和反射鏡，使其重新回到正常工作位置。因光學(xué)零件表面污染、積塵而使雜散光增大，可用清潔的軟毛刷和吹球輕輕吹拂除去積塵，或用脫脂的軟布蘸上乙醚、酒精混合液，小心地擦試反光鏡以外的光學(xué)零件表面。如果是由于儀器使用環(huán)境濕度大，光學(xué)零部件表面潮解堿析，或者反射鏡面失澤，膜層破壞而使雜散光增大，擦拭時(shí)要十分小心，不能用手觸摸，因?yàn)榉瓷溏R大都用真空鍍鋁膜的方法制成，表面鍍膜層易損。在日常工作中應(yīng)經(jīng)常注意保護(hù)儀器免受震動(dòng)，特別是防塵、防潮、防污染，所以不要輕易打開(kāi)單色器和光度計(jì)部分的封蓋板。

[1] JJG 178-2007 紫外、可見(jiàn)、近紅外分光光度計(jì)計(jì)量檢定規(guī)程[S].

[2] 李昌厚.紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)儀器及應(yīng)用文集[C].日照:《紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)》規(guī)程宣貫班,2002：34-54.