霍文婷 邵佳歡

【摘要】紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在使用過(guò)程中，由于多種原因會(huì)引起波長(zhǎng)或雜散光檢定誤差，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，為了得到更為準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，必須進(jìn)一步控制紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)檢定誤差。本文結(jié)合作者工作經(jīng)驗(yàn)，以紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)檢定原理作為切入點(diǎn)，對(duì)常見(jiàn)誤差來(lái)源進(jìn)行分析，并對(duì)如何有效控制此類誤差進(jìn)行了討論。

【關(guān)鍵詞】紫外可見(jiàn)分光光度計(jì);檢定誤差;控制

【DOI 編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.02.013

Analysis and Control of Verification Error of UV-Vis Spectrophotometer

HUO Wen-ting，SHAO Jia-huan

（Tianjin Binhai New Area inspection and Testing Center，Tianjin 300450，China）

Abstract：During the use of UV-Vis spectrophotometer，the verification error of wavelength or stray light will be caused due to various reasons，resulting in inaccurate measurement results. In order to obtain more accurate experimental results，the verification error of UV- Vis spectrophotometer must be further controlled. Combined with my own working experience，taking the verification principle of UV- Vis spectrophotometer as the starting point，this paper analyzes the common error sources，and discusses how to effectively control this kind of error.

Key words：ultraviolet visible spectrophotometer;verification error;control

紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)是以被測(cè)物質(zhì)在不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)，對(duì)光的吸收度反應(yīng)作為物質(zhì)分析依據(jù)的設(shè)備。為滿足物質(zhì)測(cè)量的需求，其具有高靈敏度、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)在使用中依據(jù)JJG 178—2007《紫外、可見(jiàn)、近紅外分光光度計(jì)》檢定規(guī)程，其計(jì)量性能需要滿足諸多要求，包括波長(zhǎng)誤差、波長(zhǎng)重復(fù)性、噪聲與漂移、透射比重復(fù)性、基線平直度、電源電壓適應(yīng)性、最小光譜帶寬、透射比最大允許誤差，另外還包括雜散光和吸收池配套性等10項(xiàng)[1]，其中，波長(zhǎng)最大允許誤差、雜散光及透射比最大允許誤差是紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)評(píng)價(jià)的最關(guān)鍵指標(biāo)。本文旨在對(duì)上述關(guān)鍵指標(biāo)加以分析探討。

1紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的檢定

1.1波長(zhǎng)示值誤差檢定

在波長(zhǎng)示值誤差檢定中，依據(jù)規(guī)程要求通常需要對(duì)9種物質(zhì)進(jìn)行檢定。在日常的檢定環(huán)節(jié)，一般應(yīng)綜合考慮攜帶、保存及使用的便捷性，通常選擇氧化鈥濾光片和錯(cuò)釹濾光片實(shí)施檢定。氧化鐵濾光片在波長(zhǎng)吸收峰值點(diǎn)上較為完整，而鐠釹濾光片當(dāng)波長(zhǎng)低于400 nm時(shí)無(wú)吸收峰，且不會(huì)出現(xiàn)尖銳的吸收峰，因此在檢定時(shí)需要綜合兩者的特點(diǎn)配合使用。在具體的檢定中，氧化鈥濾光片適用于200～700 nm波長(zhǎng)，鐠釹濾光片普遍用于700～900 nm波長(zhǎng)[2]。在檢定實(shí)施之前，應(yīng)針對(duì)波長(zhǎng)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，將其設(shè)置為零度和滿度，然后在樣品光路中放置標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，并沿同一波長(zhǎng)方向?qū)?biāo)準(zhǔn)物質(zhì)實(shí)施透射比值逐步測(cè)量，以獲得相應(yīng)的峰值波長(zhǎng)數(shù)據(jù)。波長(zhǎng)示值誤差屬于標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)測(cè)平均值間的差值，以各波段對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)示值誤差的最大值為準(zhǔn)。

1.2透射比示值誤差檢定

對(duì)照J(rèn)JG 178—2007《紫外、可見(jiàn)、近紅外分光光度計(jì)》檢定規(guī)程要求，在透射比示值誤差檢定中，其標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)包括透射比標(biāo)稱值分別為10%、20%、30%的光譜中性濾光片，紫外光區(qū)透射比濾光片以及重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液等，其中，按照各波長(zhǎng)的特點(diǎn)及要求，可以在檢定時(shí)進(jìn)行劃分，如：235 nm、257 nm、313nm、350 nm。

另外，在日常檢定中為便于保存及攜帶，針對(duì)235 nm、257 nm、313 nm、350 nm等不同波長(zhǎng)的透射比示值誤差，一般以紫外光區(qū)透射比濾光片檢測(cè)為主;針對(duì)440 nm、546 nm、635 nm的檢定時(shí)，通常以光譜中性濾光片檢測(cè)為主。上述波長(zhǎng)的測(cè)定中，在設(shè)置波長(zhǎng)校正儀器零度和滿度后，對(duì)各標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的透射比實(shí)施測(cè)量，并獲取標(biāo)準(zhǔn)值與平均值之間差，以此作為透射比示值誤差，且各波段透射比示值誤差以各波段透射比示值誤差最大值為準(zhǔn)。

1.3雜散光的檢定

在日常的雜散光測(cè)量中，其標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)以截止濾光片為主，在儀器調(diào)零和滿度后，根據(jù)波長(zhǎng)的節(jié)點(diǎn)實(shí)施測(cè)量，以獲取截止濾光片的透射比，這些測(cè)量所得的比值數(shù)據(jù)即屬于該波段的雜散光數(shù)值。另外，在截止濾光片的使用上，也應(yīng)依據(jù)不同單色器類別合理進(jìn)行選擇和使用。如光柵型單色器使用中，其A段的檢定波長(zhǎng)為220nm，B段檢定波長(zhǎng)為360 nm。而棱鏡型單色器使用中，B段的檢定波長(zhǎng)則為420 nm。

2紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)檢定引發(fā)的誤差

2.1被檢紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)本身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的誤差

由于紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)屬于精密儀器設(shè)備，需要保持極高的檢測(cè)精準(zhǔn)度。而在實(shí)際的使用中，影響其誤差的因素較為復(fù)雜。紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)本身結(jié)構(gòu)所引發(fā)的誤差屬于主要誤差來(lái)源，該誤差產(chǎn)生的原因有以下兩點(diǎn)：一是在安裝過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)底板與比色皿的偏移，雖然其偏移量極微小，但同樣會(huì)影響光束的透光度，使其無(wú)法全部通過(guò)濾片射入檢測(cè)器，導(dǎo)致透射比值與標(biāo)準(zhǔn)值之間產(chǎn)生偏差。另外，由于儀器光門閉合性不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致檢測(cè)時(shí)出現(xiàn)漏光問(wèn)題，這也會(huì)影響透射比值產(chǎn)生偏離。二是由于光學(xué)系統(tǒng)元件因素而導(dǎo)致誤差，如元件表面存在灰塵或損傷，將加劇儀器的額外反射和透射面，使檢測(cè)器獲得設(shè)計(jì)外的光線投射，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏離。通常而言，透射比的影響因素眾多，主要有光譜帶寬變化、波長(zhǎng)、光密封不到位等，因此在實(shí)際的操作過(guò)程中，儀器的測(cè)量誤差難以避免，更無(wú)法全面消除。

2.2檢測(cè)環(huán)境引發(fā)的誤差

由于檢測(cè)環(huán)境對(duì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的檢定具有顯著影響，所以檢測(cè)人員在實(shí)施檢定及校準(zhǔn)時(shí)，均需要充分對(duì)照檢定的相關(guān)規(guī)程和要求，對(duì)檢測(cè)環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格控制，這樣才能夠準(zhǔn)確地反映出測(cè)量?jī)x器的實(shí)際性能。但在實(shí)際的環(huán)境中，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)會(huì)受到各種環(huán)境因素的制約和影響，如潮濕、灰塵等均會(huì)使濾光片、光柵或棱鏡等重要光學(xué)元件發(fā)生玷污和霉變現(xiàn)象，如果未及時(shí)清潔，一旦紫外分光光度計(jì)存在密封性問(wèn)題，勢(shì)必會(huì)在測(cè)量時(shí)出現(xiàn)較多的雜散光。另外，如果使用環(huán)境中灰塵較多，也會(huì)使濾光片上積聚大量灰塵，無(wú)法體現(xiàn)最佳的透過(guò)率，導(dǎo)致檢定結(jié)果失真和偏差。由此來(lái)看，在實(shí)施檢定及校準(zhǔn)時(shí)，測(cè)量?jī)x器性能與環(huán)境條件之間密不可分，所以應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)的操作要求實(shí)施，提升測(cè)量的精確性。

2.3標(biāo)準(zhǔn)濾光片造成的誤差

標(biāo)準(zhǔn)濾光片的誤差來(lái)源，主要是由于其定值誤差及方向性所引發(fā)。一般情況下，直接比較法是常見(jiàn)的檢定方式，而這種方式對(duì)標(biāo)準(zhǔn)濾光片定值的準(zhǔn)確性具有更高要求。然而，隨著標(biāo)準(zhǔn)濾光片使用時(shí)間的延長(zhǎng)，其標(biāo)準(zhǔn)值也會(huì)出現(xiàn)細(xì)微的變化，如果沒(méi)有針對(duì)性地實(shí)施重新定值，勢(shì)必會(huì)增加誤差量。并且，部分濾光片對(duì)方向性有要求，如光譜中性濾光片在實(shí)施透射比示值誤差檢定中，其不同的旋轉(zhuǎn)方向?qū)τ诮Y(jié)果影響顯著，因此在實(shí)施檢測(cè)時(shí)必須要按照要求實(shí)施定值和檢定，以避免偏差值的產(chǎn)生。此外，濾光片入射面的選擇不同，其檢定結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)不同程度的誤差，例如受到其制作工藝的限制，造成濾光片的厚度、均勻程度不一致，難以保證其使用的順暢性和有效性，甚至?xí)谷松涔獯怪闭丈湓跒V光片中，由此產(chǎn)生同一個(gè)濾光片在入射面選擇上的差異，使透射比示值誤差波動(dòng)明顯，導(dǎo)致測(cè)量誤差的出現(xiàn)。

2.4檢定方法造成的誤差

逐點(diǎn)法屬于波長(zhǎng)示值誤差檢定的核心方法，也是規(guī)程所要求的主要方法。具體而言，即測(cè)量不同波長(zhǎng)時(shí)，均需要對(duì)調(diào)零及滿度進(jìn)行重新調(diào)整，并借助T-λ曲線的繪制，獲得所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的透射比最大值。這種檢定方法的使用可以大幅弱化儀器光源、單色器、波長(zhǎng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及檢測(cè)器等諸多因素的影響，使檢測(cè)結(jié)果能夠全面反映波長(zhǎng)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。而在實(shí)際的檢定環(huán)節(jié)，部分技術(shù)人員會(huì)直接依據(jù)儀器透射比示值變化，對(duì)峰值波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)定。但值得注意的是，由于波長(zhǎng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在連續(xù)驅(qū)動(dòng)過(guò)程中，光譜的測(cè)定勢(shì)必會(huì)受到光譜曲線中眾多因素干擾，包括儀器光源、光電探測(cè)器、色散系統(tǒng)等，由此導(dǎo)致測(cè)量誤差的顯著增加，對(duì)檢定結(jié)果產(chǎn)生較大影響[3]。除此之外，基于逐點(diǎn)法對(duì)波長(zhǎng)示值誤差實(shí)施檢定時(shí)需要按照相關(guān)的操作規(guī)程執(zhí)行，即沿同一波長(zhǎng)方向設(shè)定不同的測(cè)量點(diǎn)，以獲取逐點(diǎn)的透射比示值，否則將無(wú)法避免前述的各種因素的影響，導(dǎo)致誤差問(wèn)題長(zhǎng)期存在，對(duì)檢定精確度產(chǎn)生不利影響。

2.5計(jì)量檢定人員操作引發(fā)的誤差

任何檢定過(guò)程均離不開(kāi)技術(shù)人員的操作，而決定技術(shù)人員水平的因素多樣，因此在紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)檢定中，即便按照同樣的測(cè)量規(guī)程，也會(huì)因技術(shù)人員技術(shù)水平上的差異使檢定的結(jié)果出現(xiàn)較大差異。在開(kāi)展檢定工作時(shí)往往需要對(duì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)進(jìn)行預(yù)熱，而不同的操作人員對(duì)于預(yù)熱的理解有所不同，在未充分預(yù)熱的情況下實(shí)施檢測(cè)，會(huì)導(dǎo)致量值出現(xiàn)跳動(dòng)、漂移等現(xiàn)象，而這種情況下所獲得的數(shù)據(jù)必然會(huì)產(chǎn)生顯著的誤差。

在使用指針式紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)時(shí)，其讀數(shù)的習(xí)慣及方法也有所差異，從而在同樣的讀數(shù)下會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果。據(jù)此，計(jì)量檢定人員的操作因素成為計(jì)量精確性不高的誘因，難以真正體現(xiàn)測(cè)量的有效性。

3檢定誤差常見(jiàn)的控制方法

1）實(shí)現(xiàn)檢定誤差的有效控制，應(yīng)當(dāng)基于檢定規(guī)程的要求，切實(shí)掌握各個(gè)技術(shù)指標(biāo)的操作方法，明確檢定的要求及目標(biāo)，保證各個(gè)檢定環(huán)節(jié)的科學(xué)性。實(shí)踐中，根據(jù)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的相關(guān)原理及檢定步驟，有效避免儀器自身所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)誤差，尤其是需要關(guān)注儀器的安裝及使用，確保各類型元件的規(guī)范性，以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)準(zhǔn)確性的提升。

在保管環(huán)節(jié)，需要落實(shí)定期或不定期的檢查及維保措施，在長(zhǎng)期不使用分光光度計(jì)時(shí)，應(yīng)落實(shí)好光斑測(cè)試、波長(zhǎng)調(diào)整及儀器保養(yǎng)，為其提供良好的保存及應(yīng)用環(huán)境，確保其處于背光、清潔、無(wú)電磁輻射、無(wú)振動(dòng)、溫濕度適宜的環(huán)境中，切實(shí)保證儀器性能的穩(wěn)定發(fā)揮。

2）針對(duì)分光光度計(jì)使用環(huán)境的特點(diǎn)，需要為其提供高品質(zhì)的測(cè)量環(huán)境。具體而言，即在實(shí)施檢定之前進(jìn)行環(huán)境參數(shù)分析，嚴(yán)格依據(jù)操作規(guī)程及規(guī)范要求實(shí)施，若出現(xiàn)不適宜測(cè)量的條件因素時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整檢定方案，避免強(qiáng)行實(shí)施檢定。

另外，在開(kāi)展檢定前應(yīng)當(dāng)對(duì)儀器進(jìn)行充分預(yù)熱，使電路、光路等系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行后，再實(shí)施相應(yīng)的檢定操作，以降低可能存在的誤差值。技術(shù)人員在儀器使用中也應(yīng)注重全過(guò)程的維護(hù)保養(yǎng)，確保儀器處于清潔、干燥、規(guī)范的保管環(huán)境下，避免對(duì)關(guān)鍵部位及元件的損傷，長(zhǎng)期不使用時(shí)也應(yīng)定期開(kāi)機(jī)運(yùn)行[4]。

3）由于濾光片屬于核心元件，在保管中需要落實(shí)定期送檢制度，以保證濾光片定值的精確性、有效性和溯源性。在檢測(cè)中主要以濾光片的穩(wěn)定性檢測(cè)為主，若其穩(wěn)定性不足以滿足檢定要求則需要實(shí)施更換[5]。在儀器實(shí)施檢定時(shí)，需要結(jié)合濾光片的標(biāo)注對(duì)濾光片入射面進(jìn)行科學(xué)選擇，避免由于人射面不一致所引發(fā)的測(cè)量誤差，盡可能地規(guī)避人為或技術(shù)因素干擾。在濾光片的清潔度檢查時(shí)，可以使用強(qiáng)光源對(duì)其表面平行照射，當(dāng)發(fā)現(xiàn)污漬時(shí)可用絨布或氣吹進(jìn)行處理。

4）落實(shí)檢定技術(shù)人員的培訓(xùn)，注重操作技術(shù)能力的提升，避免在實(shí)踐過(guò)程中因技術(shù)問(wèn)題產(chǎn)生檢定誤差，實(shí)現(xiàn)技術(shù)水平及數(shù)據(jù)處理能力升級(jí)。尤其是在紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)檢定中，應(yīng)科學(xué)選擇檢定方法，嚴(yán)格依據(jù)操作規(guī)程實(shí)施，避免不必要的誤差因素影響檢定結(jié)果。

4小結(jié)

總而言之，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)屬于精密儀器，在實(shí)際的檢定中涉及諸多的注意事項(xiàng)。本文針對(duì)波長(zhǎng)、透射比、雜散光等問(wèn)題，充分分析誤差的產(chǎn)生及控制。另外，根據(jù)儀器的實(shí)際使用特點(diǎn)，其電源電壓適應(yīng)性、吸收池配套性等因素也應(yīng)當(dāng)受到同等的關(guān)注和研究?？傮w來(lái)說(shuō)，在紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的檢定中，應(yīng)注重管理及過(guò)程的控制，掌握檢定的影響因素及操作細(xì)節(jié)，應(yīng)用有效的措施規(guī)避誤差，為檢定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提供保障。

【參考文獻(xiàn)】

[1]紫外、可見(jiàn)、近紅外分光光度計(jì)：JJG 178—2007[S].

[2]李衍.紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)檢定誤差控制探析[J].儀器儀表用戶，2019，26（5）：24-26.

[3]張碩.紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)檢定注意事項(xiàng)分析[J].江蘇科技信息，2015（10）：45-46.

[4]秦素芳.紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)檢定中的誤差控制[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2016，43（7）：13-14+16.

[5]張宏磊.紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)檢定過(guò)程中的注意事項(xiàng)[J].科技視界，2016（13）：31+55.