劉鑫行, 王思賢, 孫 斌, 張竟月, 王金濤

(1.中國(guó)計(jì)量大學(xué), 浙江 杭州 310018; 2.中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院, 北京 100029)

1 引 言

超微容量在生物、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛,如基因工程測(cè)序?qū)嶒?yàn)常用1 μL的超微容量[1]、生化分析儀單次加液量精度也達(dá)到1 μL[2]。隨著這些領(lǐng)域的快速發(fā)展,市場(chǎng)對(duì)移液器等微小容量計(jì)量器具的需求越來(lái)越高[3]?；诤硕稍O(shè)計(jì)的移液器在長(zhǎng)期使用過(guò)程中,內(nèi)部彈簧由于磨損等原因,移液器準(zhǔn)確率會(huì)明顯下降。計(jì)量器具的失準(zhǔn)會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性,尤其是在醫(yī)療領(lǐng)域,移液器的準(zhǔn)確性會(huì)直接導(dǎo)致臨床誤診[4],因此移液器必須定期校準(zhǔn)[5]。目前,超微容量測(cè)量主要有重力法和非重力法。重力法即在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用高精度電子天平稱量移液器轉(zhuǎn)移的液體,通過(guò)介質(zhì)的質(zhì)量和密度的關(guān)系計(jì)算出液體的體積。非重力法主要有光學(xué)法、滴定法等。滴定法可通過(guò)物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)移的容量;光學(xué)法則基于溶液吸收光強(qiáng)的能力與溶液濃度的關(guān)系來(lái)定量分析液體。其中,滴定法更適用于500 μL以上的容量檢測(cè);在10 μL以下的超微容量測(cè)量中,靜力衡量法易受到溶液蒸發(fā)的影響[1],必須對(duì)稱量系統(tǒng)進(jìn)行防蒸發(fā)處理,但稱量系統(tǒng)減少蒸發(fā)帶來(lái)誤差的方式較為復(fù)雜;光學(xué)法對(duì)實(shí)驗(yàn)的環(huán)境要求不高且系統(tǒng)針對(duì)蒸發(fā)處理的方式更為簡(jiǎn)單,可作為超微容量測(cè)量的方式之一。

本文基于光學(xué)法設(shè)計(jì)了超微容量測(cè)量實(shí)驗(yàn),按照分光原理分別搭建了以時(shí)域分光和空域分光為基礎(chǔ)的2套光學(xué)測(cè)量系統(tǒng),同時(shí)將2套光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)在同一環(huán)境中對(duì)同一樣品進(jìn)行光度吸收測(cè)試,并將計(jì)算所得的液體容量與靜力衡量法進(jìn)行比較獲得了一致的結(jié)論,證明了光學(xué)法在超微容量測(cè)量領(lǐng)域的有效性。與靜力衡量法相比,光學(xué)法對(duì)于溶液蒸發(fā)的處理方法更為簡(jiǎn)單;而在2套光學(xué)系統(tǒng)中,時(shí)域分光測(cè)量系統(tǒng)的探測(cè)器比空域分光測(cè)量系統(tǒng)更優(yōu),更易于檢測(cè)低濃度下的超微容量。

2 靜力衡量法

JJG 646-2006《移液器檢定規(guī)程》采用的容量檢測(cè)方法是基于靜力衡量法,通過(guò)測(cè)量液體質(zhì)量與密度計(jì)算移液器轉(zhuǎn)移液體的體積。按照測(cè)量介質(zhì)不同,靜力衡量法可分為水銀稱重法、水稱重法和高氰化鉀稱重法。水銀有毒易揮發(fā),高氰化鉀需要配制多個(gè)濃度來(lái)適配多個(gè)測(cè)量范圍,而蒸餾水無(wú)毒且操作方便是目前最常用的方法[6]。

由于測(cè)量介質(zhì)的密度會(huì)隨溫度變化,因此實(shí)驗(yàn)室在測(cè)量容量時(shí)對(duì)環(huán)境要求較高。在檢測(cè)移液器前,應(yīng)提前24 h將移液器放入實(shí)驗(yàn)室內(nèi),檢測(cè)時(shí)要求室溫(20±5) ℃,且室溫變化每小時(shí)不大于1 ℃，測(cè)量溶液的溫度與室溫溫差不大于2 ℃[7]。

水稱重法的實(shí)驗(yàn)步驟為:首先將電子天平的顯示清零,操作移液器并將轉(zhuǎn)移的液體加入天平的稱量杯中,待天平穩(wěn)定后記錄液體質(zhì)量m,同時(shí)記錄蒸餾水的溫度t,連續(xù)操作6次或要求的次數(shù)。將記錄的數(shù)據(jù)用式(1)進(jìn)行計(jì)算可得20 ℃下移液器轉(zhuǎn)移的體積V20,其中β為體膨脹系數(shù),ρb為砝碼密度,ρa(bǔ)為空氣密度,ρw為蒸餾水密度[8]。

(1)

式(1)也可表示為式(2),根據(jù)蒸餾水溫度所對(duì)應(yīng)的K(t)值和電子天平顯示的質(zhì)量m,可計(jì)算出20 ℃下轉(zhuǎn)移的體積,其中K(t)如式(3)所示。

V20=m×K(t)

(2)

(3)

以蒸餾水為檢定介質(zhì)的靜力衡量法精度高、實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好、操作簡(jiǎn)單,但對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求較高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量,難以滿足目前微小容量檢測(cè)的市場(chǎng),且小容量測(cè)量時(shí)容易受到介質(zhì)蒸發(fā)帶來(lái)的影響。通常在測(cè)量過(guò)程中,介質(zhì)會(huì)與周圍環(huán)境接觸發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象,尤其是使用高分辨率的電子天平測(cè)量液體時(shí),溶液的蒸發(fā)現(xiàn)象導(dǎo)致天平的示值不穩(wěn)定。當(dāng)天平加載液體至液體完全靜止時(shí),電子天平有一個(gè)穩(wěn)定過(guò)程無(wú)法快速讀數(shù),此時(shí)介質(zhì)已經(jīng)發(fā)生了蒸發(fā),影響了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[9]。

本文采用10 mm光程的比色皿和XP205型號(hào)的電子天平在21 ℃實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行蒸發(fā)實(shí)驗(yàn),天平的分辨力為0.000 1 g、檢測(cè)上限為220 g,對(duì)加蓋的比色皿和敞開(kāi)的比色皿進(jìn)行容量稱量,稱量數(shù)據(jù)顯示加蓋的比色皿在10 min內(nèi)容量并沒(méi)有發(fā)生變化,而將蓋子去除后,天平每隔1 min左右便有0.000 1 g的數(shù)據(jù)變化,同樣在相同時(shí)間間隔下電子天平第1次平衡時(shí),數(shù)據(jù)顯示為1.465 9 g,10 min后再次平衡時(shí)數(shù)據(jù)已減小到1.464 9 g,說(shuō)明當(dāng)溶液暴露在空氣中時(shí),容量測(cè)量會(huì)明顯受到蒸發(fā)的影響,若采用更高分辨率的電子天平,則蒸發(fā)的現(xiàn)象會(huì)更易觀測(cè)。因此,基于靜力衡量法的超微容積檢測(cè)必須做防蒸發(fā)處理。例如微量天平XP26PC，天平內(nèi)部裝有1個(gè)防蒸發(fā)阱,阱內(nèi)一般有少量蒸餾水以保持腔內(nèi)一定的溫度和濕度,測(cè)量要求嚴(yán)格時(shí)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)防蒸發(fā)阱內(nèi)的溫濕度。同時(shí)需要定期對(duì)防蒸發(fā)阱進(jìn)行維護(hù),比如更換腔內(nèi)的蒸餾水、用酒精清洗蒸發(fā)阱等。

當(dāng)使用靜力衡量法對(duì)微小容量進(jìn)行測(cè)量時(shí),測(cè)量的準(zhǔn)確性和重復(fù)性好,但容易受到液體蒸發(fā)的影響,且稱量系統(tǒng)防蒸發(fā)處理的方法與溫濕度有關(guān)，較為復(fù)雜。

3 光學(xué)法

為克服重力法實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求高和溶液蒸發(fā)的問(wèn)題,非重力法成為目前研究的趨勢(shì)。光學(xué)法是基于溶液吸光度與濃度的關(guān)系,通過(guò)稀釋溶液吸光度的變化反映加入溶液的體積,且光學(xué)法中采用比色皿來(lái)盛放溶液,加蓋的比色皿可以有效減小蒸發(fā)帶來(lái)的影響?；诠鈱W(xué)法的光譜分析實(shí)驗(yàn)可分為單波長(zhǎng)測(cè)量和雙波長(zhǎng)測(cè)量,雙波長(zhǎng)測(cè)量即采用2個(gè)波長(zhǎng)定性或定量分析溶液。與單波長(zhǎng)測(cè)量相比,雙波長(zhǎng)測(cè)量通過(guò)對(duì)溶液吸光度的比值計(jì)算,可有效減小比色皿加工誤差帶來(lái)的影響,成為了最常用的光譜分析方法。雙波長(zhǎng)在測(cè)量溶液時(shí)需要2個(gè)溶液,依次對(duì)該溶液進(jìn)行2個(gè)波長(zhǎng)的吸光度測(cè)試,由于每套系統(tǒng)測(cè)量的吸光度各有不同,故將2個(gè)溶液按稀釋比R配制標(biāo)準(zhǔn)溶液。如式(4)所示,首先測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)液在2個(gè)波長(zhǎng)下的吸光度AS1、AS2;然后測(cè)量已知體積VD的稀釋液的吸光度AD1、AD2;最后通過(guò)移液器將體積VU的原液轉(zhuǎn)移至稀釋液中,混合后測(cè)量混合液在波長(zhǎng)1下吸光度AU,移液器加入的溶液體積VU可由式(5)得出。光學(xué)法對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求不高,受溶液蒸發(fā)影響小、對(duì)溶液蒸發(fā)處理方式更簡(jiǎn)便,故實(shí)驗(yàn)選用以雙波長(zhǎng)測(cè)量為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)超微容量測(cè)量系統(tǒng)。

(4)

(5)

式中:b1和b2為光透過(guò)溶液的光程;c1和c2分別為原液和稀釋液的濃度;K1和K2分別為標(biāo)準(zhǔn)液原液和稀釋液的摩爾吸光系數(shù)。

3.1 時(shí)域分光和空域分光

雙波長(zhǎng)測(cè)量的微小容量測(cè)量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),根據(jù)分光方式不同可分為時(shí)域分光和空域分光,光束在進(jìn)入樣品室前先對(duì)復(fù)色光源進(jìn)行分光處理的方式被稱為時(shí)域分光或前分光。復(fù)色光源在分光系統(tǒng)中由色散元件分光,分光后通過(guò)機(jī)械裝置控制分光元件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度將所需波長(zhǎng)的光束入射至樣品溶液并由探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量。時(shí)域分光方式實(shí)現(xiàn)了復(fù)色光源在時(shí)間域上的波長(zhǎng)分離,波長(zhǎng)可根據(jù)溶液的特性進(jìn)行調(diào)整?？沼蚍止夥ㄓ址Q為后分光,即復(fù)色光源先通過(guò)樣品室,將攜帶光強(qiáng)信號(hào)的光束經(jīng)分光系統(tǒng)處理后反射至探測(cè)器上進(jìn)行光譜分析?？沼蚍止庑鑼⑻綔y(cè)器與分光系統(tǒng)固定且探測(cè)器的安裝與色散元件的反射光路的方向保持一致,通過(guò)探測(cè)器對(duì)各個(gè)像元的信號(hào)采集,實(shí)現(xiàn)復(fù)色光源在空間域上全光譜分析。2種分光方式均能實(shí)現(xiàn)光譜測(cè)量,時(shí)域分光法對(duì)光源的穩(wěn)定性和波長(zhǎng)重復(fù)性要求較高,但光電采集電路相對(duì)容易,空域分光法對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)的要求較低,但探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)電路和信號(hào)分析電路較復(fù)雜。

3.1.1 色散元件

色散元件是光譜分析實(shí)驗(yàn)中最核心的元件。當(dāng)前最常用的色散元件是光柵和棱鏡,2種分光元件的分光原理不同。棱鏡對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有不同的折射率,當(dāng)1束光以入射角θ1進(jìn)入三棱鏡后,不同波長(zhǎng)的光會(huì)以不同的偏轉(zhuǎn)角θ2射出,實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)分離;而光柵由于不同波長(zhǎng)光的衍射角不同,將復(fù)色光源分離成多個(gè)單色光。光柵和棱鏡各有優(yōu)缺點(diǎn),綜合比較分光元件的性能,反射光柵色散能力和波長(zhǎng)分辨率要優(yōu)于棱鏡,且提高色散能力和波長(zhǎng)分辨率的方法也更容易因此實(shí)驗(yàn)基于光柵的色散原理結(jié)合C-T型光柵分光結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)[10～12]。

3.1.2 光源

在光譜分析中常用的復(fù)色光源有氘燈、鎢燈和氙燈。氘燈多用于紫外光譜檢測(cè),其波長(zhǎng)范圍在190～400 nm。氙燈和鎢燈是可見(jiàn)光波段的常用光源[13,14]。由于實(shí)驗(yàn)采用的雙波長(zhǎng)測(cè)量所需的2個(gè)波長(zhǎng)分別是520 nm和730 nm,故光源在鎢燈和氙燈之間選擇。而基于雙波長(zhǎng)測(cè)量的超微容量測(cè)量系統(tǒng)中時(shí)域分光法需要來(lái)回調(diào)整2個(gè)波長(zhǎng),因此對(duì)于光源的穩(wěn)定性和波長(zhǎng)的重復(fù)性要求較高,2種光學(xué)測(cè)量方法在經(jīng)過(guò)光柵分光處理后的復(fù)色光源能量較弱,每個(gè)波長(zhǎng)攜帶的光譜信號(hào)不易采集,且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用光纖作為連接件,將光源、分光系統(tǒng)、探測(cè)器等結(jié)構(gòu)元件串聯(lián)在一起,光信號(hào)在傳輸過(guò)程中容易發(fā)生光強(qiáng)損耗,因此需要對(duì)2個(gè)光源進(jìn)行性能測(cè)試,選擇合適的光源作為容量測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)光源。

3.1.3 探測(cè)器

實(shí)驗(yàn)需要將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)處理,常用的光電探測(cè)器有光電二極管、光電倍增管、線陣圖像傳感器等。時(shí)域分光模式的光信號(hào)是時(shí)間域上的波長(zhǎng)分離,在光譜分析中普遍采用光電二極管和光電倍增管。空域分光則是將復(fù)色光在空間上分離成單色光可選用圖像傳感器作為探測(cè)器進(jìn)行吸光度實(shí)驗(yàn)。

光電二極管是在光照射的情況下,光子攜帶能量進(jìn)入二極管的PN結(jié)中,把能量傳遞給共價(jià)鍵上的電子,部分電子得到能量可以掙脫共價(jià)鍵束縛形成光生載流子,光電二極管在光照下產(chǎn)生的光電流會(huì)隨光強(qiáng)發(fā)生變化[15]。通過(guò)檢測(cè)此電信號(hào),可以得到入射光強(qiáng)的變化。光電倍增管主要基于外光電效應(yīng)[15],光陰極受到光照射時(shí)會(huì)激發(fā)出光電子,光電子經(jīng)過(guò)二次發(fā)射信號(hào)擴(kuò)大,當(dāng)光強(qiáng)發(fā)生變化時(shí)信號(hào)也會(huì)相應(yīng)變化。

空域分光法的探測(cè)器主要有線陣、面陣圖像傳感器,如CCD、CMOS等。CCD傳感器的光電轉(zhuǎn)化主要基于光生伏特效應(yīng),即CCD受到光照時(shí)其MOS電容器內(nèi)部半導(dǎo)體或半導(dǎo)體和金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生了電位差,在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)每個(gè)像元將信號(hào)傳輸至底部后由放大器依次放大輸出[16]。CMOS中每個(gè)像元都有1個(gè)放大器,放大器對(duì)信號(hào)放大后進(jìn)行信號(hào)整合,這樣就可保證信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸時(shí)不失真。線陣圖像傳感器和面陣圖像傳感器的差異就是光敏元件排布的方式。線陣傳感器的感光元件呈線性排布;面陣傳感器內(nèi)部像元呈橫縱二維分布,橫縱像元均可讀取信號(hào)方便采集更多信息。

在光譜分析中時(shí)域分光法采集到的光信號(hào)微弱,可以采用光電倍增管進(jìn)行信號(hào)疊加,但同時(shí)增大噪聲的干擾,且與光電二極管相比,光電二極管的線性更好、壽命更長(zhǎng);空域分光法實(shí)現(xiàn)了全波段測(cè)量,CCD與CMOS相比,CMOS的每個(gè)像元都要搭配1個(gè)放大器,像元真正的感光區(qū)域要遠(yuǎn)小于像元本身,因而同像元尺寸的CMOS傳感器的靈敏度和分辨率普遍低于CCD傳感器,而且CMOS傳感器的放大器之間存在差異,會(huì)增大噪聲、影響圖像信號(hào)的完整性。實(shí)驗(yàn)基于分光方法的特點(diǎn)和探測(cè)器的特性,分別選用光電二極管和線陣CCD作為時(shí)域和空域分光法光譜分析的傳感器。

3.2 光學(xué)系統(tǒng)性能分析

時(shí)域分光法對(duì)光源的穩(wěn)定性要求較高,需要對(duì)2種光源分別通過(guò)光纖與整個(gè)系統(tǒng)串聯(lián)進(jìn)行性能測(cè)試,選取20 W鎢燈和5 W氙燈接入系統(tǒng),通過(guò)光電傳感器檢測(cè)光強(qiáng)變化,在相同時(shí)間間隔內(nèi)采集光強(qiáng)信號(hào)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示鎢燈光源的穩(wěn)定性要高于氙燈,氙燈雖然在有限時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定性在0.25%,但長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量發(fā)現(xiàn)氙燈波動(dòng)范圍大。對(duì)比兩者數(shù)據(jù),探測(cè)器檢測(cè)到的氙燈光源數(shù)據(jù)偏小,增大了數(shù)據(jù)引入的不確定性;而20 W的鎢燈不僅穩(wěn)定性好、且經(jīng)過(guò)分光系統(tǒng)分光后的數(shù)據(jù)均在1 V左右,因此選擇鎢燈光源作為實(shí)驗(yàn)光源能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求。同時(shí)將鎢燈光源經(jīng)過(guò)光柵分光后對(duì)系統(tǒng)的波長(zhǎng)重復(fù)性進(jìn)行實(shí)驗(yàn),通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)光柵角度來(lái)控制2個(gè)光束的波長(zhǎng),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)的波長(zhǎng)重復(fù)性較好。

4 實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析

本文采用蒸餾水為介質(zhì)的靜力衡量法和以時(shí)域分光和空域分光為原理的光學(xué)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn),靜力衡量法使用的天平為XP26PC,在光學(xué)法中將光源、分光系統(tǒng)、樣品室、探測(cè)器分別按照時(shí)域分光和空域分光模式搭建系統(tǒng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 時(shí)域和空域分光測(cè)量系統(tǒng)Fig.1 Time domain optical and spatial spectral measurement system

將2套光學(xué)系統(tǒng)在同一環(huán)境中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行吸光度測(cè)試,測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示,數(shù)據(jù)顯示比色皿取放前后吸光度略有差異導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)液吸光度的比值也有所不同,空域分光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)液比值穩(wěn)定性要差于時(shí)域分光測(cè)量系統(tǒng)。吸光度數(shù)據(jù)發(fā)生變化的主要原因和系統(tǒng)的穩(wěn)定性有關(guān),2套光學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性會(huì)受到光源本身、光電檢測(cè)系統(tǒng)噪聲以及樣品液的影響,已知光源通過(guò)時(shí)域分光測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的電壓數(shù)據(jù)在10 min內(nèi)并不會(huì)明顯發(fā)生波動(dòng),樣品液本身也沒(méi)有變質(zhì),因此綜上分析系統(tǒng)吸光度的變化主要來(lái)自于光電探測(cè)器的噪聲干擾。

表1 取放比色皿前后標(biāo)準(zhǔn)液吸光度比值A(chǔ)S1/AS2Tab.1 Absorbance ratio AS1/AS2 of standard solution before and after taking and placing the cuvette

探測(cè)器的噪聲可以通過(guò)采集多組數(shù)據(jù)并做均值化處理來(lái)減小干擾。因此將同一標(biāo)準(zhǔn)液放置在樣品室內(nèi)連續(xù)采集10次數(shù)據(jù)后做平均值,然后取出比色皿再放回重新記錄吸光度數(shù)據(jù),往復(fù)10次后標(biāo)準(zhǔn)液吸光度的比值如圖2所示,空域分光測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)液比值在均值化前后穩(wěn)定性有了較大改善。

均值化處理后,對(duì)時(shí)域分光、空域分光和靜力衡量3種測(cè)量法進(jìn)行微小容量測(cè)量,其中1 μL和10 μL的實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)如圖3和圖4所示,通過(guò)公式計(jì)算容量相對(duì)誤差和重復(fù)性,計(jì)算結(jié)果如表2所示。數(shù)據(jù)顯示靜力衡量法和光學(xué)法能獲得一致的結(jié)論,2套光學(xué)系統(tǒng)均能實(shí)現(xiàn)微小容量測(cè)量。

表2 光學(xué)法和靜力衡量法的相對(duì)誤差和重復(fù)性Tab.2 Relative error and repeatability of optical method and gravity method (%)

圖2 均值化處前后標(biāo)準(zhǔn)液的比值Fig.2 Ratio of standard solution before and after mean treatment

對(duì)比圖3和圖4兩種光學(xué)法在1 μL和10 μL測(cè)量數(shù)據(jù),空域分光測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)小于時(shí)域分光測(cè)量系統(tǒng)。同樣地,測(cè)試1支100 μL定點(diǎn)移液器,時(shí)域分光法測(cè)量的數(shù)據(jù)為101.39 μL,空域分光測(cè)量的數(shù)據(jù)為100.90 μL,時(shí)域分光測(cè)量數(shù)據(jù)依然大于空域分光測(cè)量數(shù)據(jù),其主要原因可能是空域分光系統(tǒng)的CCD探測(cè)器的靈敏度低于時(shí)域分光系統(tǒng)的探測(cè)器。為了進(jìn)行驗(yàn)證,配制濃度為1.85 g/L的溶液并做0.5 μL超微容量測(cè)量實(shí)驗(yàn),測(cè)試1支經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的0.5 μL的移液器,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)稀釋液在520 nm處的吸光度與加入0.5 μL原液后的混合液在520 nm處的吸光度相比,時(shí)域分光測(cè)量系統(tǒng)的吸光度響應(yīng)大于空域分光測(cè)量系統(tǒng),從同一溶液的容量數(shù)據(jù)看,時(shí)域分光測(cè)量的容量為0.42 μL,而空域分光測(cè)量的容量為0.26 μL,兩者數(shù)據(jù)差距較大且空域分光系統(tǒng)測(cè)量的數(shù)據(jù)超出了規(guī)程的容量允許誤差。因此,當(dāng)原液濃度較低并且做超微容量測(cè)量時(shí),光電二極管和CCD相比,光電二極管的靈敏度更高,能夠采集更多的光強(qiáng)變化信息。

圖3 1 μL測(cè)量點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)Fig.3 Experiment data of 1 μL measuring point

圖4 10 μL測(cè)量點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)Fig.4 Experiment data of 10 μL measuring point

從表2的數(shù)據(jù)分析,2套光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性差別較小,主要原因是對(duì)空域分光系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行均值化處理。

圖5為200 μL測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù),均值化處理前容量數(shù)據(jù)為197.819 μL,重復(fù)性為0.73%;均值化處理后容量數(shù)據(jù)為197.546 μL,重復(fù)性為0.41%,均值化的處理改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,縮小了2套光學(xué)系統(tǒng)的重復(fù)性差距。

圖5 200 μL測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)Fig.5 200 μLmeasurement point data

5 總 結(jié)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出以下結(jié)論:1)通過(guò)光學(xué)法對(duì)微小溶液進(jìn)行測(cè)量能夠計(jì)算出待測(cè)溶液的體積,在1 μL和10 μL測(cè)量實(shí)驗(yàn)中,時(shí)域分光法測(cè)得數(shù)據(jù)為0.959 μL和9.976 μL,重復(fù)性為3.21%和2.54%;空域分光法測(cè)得數(shù)據(jù)為0.926 μL和9.729 μL,重復(fù)性為3.60%和2.02%;靜力衡量法測(cè)量數(shù)據(jù)為0.958 μL和10.005 μL,重復(fù)性為1.99%和0.98%。3種系統(tǒng)所得的相對(duì)誤差和重復(fù)性均滿足規(guī)程要求且結(jié)論一致,因此光學(xué)法和靜力衡量法均能測(cè)量超微溶液的容量;2)時(shí)域分光法測(cè)量的容量數(shù)據(jù)要大于空域分光法,但兩者的重復(fù)性并沒(méi)有明顯差距。主要是因?yàn)樘綔y(cè)器的靈敏度更高,在低濃度下的超微容量測(cè)量能夠檢測(cè)更多信息;3)基于光學(xué)法的容量測(cè)量方法對(duì)環(huán)境的要求不高,在實(shí)驗(yàn)操作中可有效減少容量蒸發(fā)帶來(lái)的影響,并與靜力衡量法相比,系統(tǒng)對(duì)溶液蒸發(fā)的處理方式更加簡(jiǎn)單。