紫外可见分光光度计检定误差分析及控制研究

古丽君

华品检测中心有限公司 广东 惠州 516001

引言

紫外可见分光光度计是根据朗伯比尔定律，利用物质分子吸收、辐射紫外可见广谱区进行定量、定性分析的分析仪器，多用于食品检验、环境监测、医药卫生等领域。但是，分光光度计使用时，易遭遇水气侵蚀、溶液腐蚀、光路系统偏移、灯源老化等问题，导致以期工作计量性能偏离，测试数据偏差较大，对实验结果造成影响。为此，紫外可见分光光度计检定中，应当根据《法定计量检定机构靠和规范》、《检测和校准实验室能力要求的通知》等标准，做好误差控制工作，从而提高计量检定准确性。

1 紫外可见分光光度计概述

美国Beackman公司于1940年研制第一台紫外分光光度计，于1945年实现规模化推广生产。伴随科学技术发展，仪器得以深入研究开发，成为最为实用的工具之一，几乎每个实验室均会应用，能够对物质进行定量、定性、纯度、结构分析。紫外可见分光光度计检定装置由氧化钬滤光片标准物质、镨钕滤光片标准物质片、可见光区透射比滤光片标准物质、紫外线光区透射比滤光片标准物质、杂散光滤光片标准物质构成，可根据结构分为双光束、单光束、双波长、准双光束这4类，双光束应用最多[1]。在紫外可见分光光度计中，物质分子或原子的电子吸收能量辐射产生电子能级跃迁，构成物质吸收光谱，不同物质辐射吸收强度不同，可见光谱区波段范围400～800nm，近紫外区波段200～400nm，远紫外区波段150～200nm，根据该特性可对物质进行分。具有以下特点：一是适用范围广，仪器分析检测质量浓度范围广，常量分析质量浓度是1%～50%，痕量分析其质量浓度范围10-8%～10-6%，适用仪器分析可控制相对误差在1%～3%[2]。二是应用范围广，在环境、生命、食品、农业、材料等领域均可适用紫外可见分光光度计，特殊化学键与大多数化学元素在分光光度区均可被吸收，制定显色条件分析物质，能够完成检测检定工作。

2 紫外可见分光光度计检定误差分析

2.1 自身结构误差

紫外可见分光光度计为精密仪器，需保持高精度检测质量，使用中易受到自身结构影响，引发误差。一方面是仪器安装中，出现比色皿与底板偏移，尽管偏移量微小，却也会对光束透光度造成影响，难以全部经过滤片摄入检测器，使得透射比和标准值之间发生误差[3]。并且，仪器光门闭合性不足，检测也会产生漏光情况，透射比发生偏离。另一方面，光学系统元件也会引发误差，元件表面有损伤、灰尘，会加剧仪器投射面与额外反射，仪器获得其他光线投射，使得检测结果偏离。仪器使用时影响透射比因素较多，包括光谱带宽变化、光密封不到位、波长等，操作中难以将误差完全避免或消除。

2.2 设备预热误差

预热目的在于保证内部电路结构及系统稳定性，广录系统内部光线敏感电子元件，经受光纤照射，可获得稳定光线电流数据，为确保后续测试数据获得准确接过，需对其进行预热[4]。仪器如果未能预热，设备会出现量值移动、跳动或测量不准，必然会产生测量误差。

2.3 检测方式误差

2.3.1 波长误差。仪器波长误差影响因素较多，根据产生原因，可将其分为波长标准与设备结构这2种误差原因，利用光吸收定律对物质光谱特性检测时，需采取一束具备理论性特定波长单色光。但是，传统波长检测判定误差中，人员采取连续监测法方式进行检测，却存在一定弊端，连续检测由于通过连续驱动波长传动、运输设备，直接根据设备基础透射比数值变化，确定数据峰值及波长，导致波长传动设备运行，检测光谱易受到曲线结构制约，包括色散系统、光电探测器、仪器光源等，数据测量误差更大[5]。并且，逐点法检定波长示值误差需根据规程操作，沿相同波长方向设置多个测量点，逐一获取透射比数值，否则也会受到其他因素影响，使得误差长时间存在，降低检定精准度。此外，调整仪器单色系统也会引发误差，影响波长示值准确性，通过调整可消除以上误差。

2.3.2 透射比误差。透射比对样品吸光度具有影响，A=–logT，A代表样品吸收度，T代表透射比[6]。T误差较大时，A也会产生误差，不确定透射比，则分光光度计则难以获得准确检测数据，其易受到光密封不到位、波长、光谱带宽变化等因素影响，降低了仪器准确性。

2.3.3 杂散光误差。杂散光是指不含非待测光的其他光源光，能够对测量结果造成影响。以杂散光而言，出现方式一是同等于测量波长光，由于设备光学元件会出现反射、散射，导致光线直接投射至检测器，不通过检测样品。二是不含待测波长光线，由于光学元件表面有灰尘、擦痕、缺陷等，或是结构额外反射，则会导致设计外光线以光路为凭依投射至检测器。

2.4 人员操作

在紫外可见分光光度计检测中，技术人员由于检测技术、习惯、操作精细度的差异，未能按照规定进行波长检测，会导致结果产生差异。例如，指针式紫外可见分光光度计使用中，技术人员由于操作习惯差异，或是观测位置、波长读取数据模式不同，则会导致光路系统的细小偏差，导致数据错误。

3 紫外可见分光光度计检定误差控制措施

3.1 调整仪器结构

紫外可见分光光度计结构制造缺陷误差，由于加工方式、生产水平不足，易引发加工误差，难以更改，其作为教育、科研重要工具，为保证检定准确性，必须控制仪器结构。因此，仪器购进时，应注重厂商生产资质及以往产品质量，购买前做好厂商调研工作，结合大数据、互联网等技术，对其实施全面考核，可根据客户购买率、满意度、退货率、退修率等指标，对仪器性能综合调研。并且，使用者需对产品指南仔细阅读，重点关注仪器计量功能、性能等，包括光度范围、杂散光、光度重复率、光度准确率、波长准确度、稳定性等，适当将调研范围扩大，对各类厂商生产仪器加以对比，寻找符合要求的仪器购进。同时，仪器使用中，人员需掌握仪器简单检定与日常维护方式，优化保存环境，以免灰尘、湿度、温度、腐蚀性气体对仪器的损害[7]。仪器波长度盘产生滑动，或是光斑不纯，则不能仅旋转波长旋钮，或是仪器表面调节，应了解仪器结构基础上，做好全面检查工作，波长度盘或各类元件调整变动，需重新校准检定，确保仪器处于最佳工作状态。

3.2 仪器预热控制

在紫外可见分光光度计说明书中，通常需要预热20min，分光光度计如果带有微处理器，则仪器开机10min左右可进行自检，通过预热使得仪器达到使用最佳效果，保证测量准确、稳定。预热过程中，人员应注意分光光度计通电后，选择恰当波长值与灵敏档实施调节测定，在光路上摆放装有纯水的吸收池后，调节“100%T”与“0%T”，改善吸收池暗箱盖，仪器预热约20min，仪器一旦显示读数无变化，即可开展测定[8]。分光光度计有微处理器自检功能，设置测定窗口所需波长值，根据上述操作进行吸水池放置，调节“0000A”预热仪器，仪器显示读数无变化，也可开展测定，完成仪器自检后，关闭不再应用的光源。

3.3 检测方式控制

3.3.1 波长检测。波长示值误差＜400nm允许误差为±1nm，＞400nm允许误差为±2nm，波长极差≤0.2nm，重复性为≤0.1%。波长误差通常使用高氯酸溶液10%配制4%含氧化溶液，在波长氛围内进行6次光谱扫描，根据波长测量均值与波长理论值的差确定示值误差。在仪器波长误差检定中，汞灯位置具有较大影响，未免不合理汞灯位置导致波长误差，可利用氘灯谱线486.00nm或镨钕滤光片吸收峰进行波长误差检定，再插入汞灯，根据谱线486.00nm或镨钕滤光片吸收峰进行汞灯位置调整，直至检定结果与标准相符，准确反映光源位置。此过程中，镨钕滤光片需慎重使用，使用时需确保检定仪器带宽和紫外可见分光光度计带宽接近，无法证实镨钕滤光片稳定，则需要重新标定、检定。此外，为控制合理范围内波长误差，不同波段应选择相应滤光片，例如，波段200～700nm间使用钬滤光片，700～900nm间选用镨钕滤光片；波长误差如果不处于规定范围，需调修设备；线性误差，即波长段误差有相近数值、相同方向，可调整波长580nm，利用样品池光路观察单色光颜色，以此调节波长，使得单色光向无杂色、清晰边缘的橙黄色变化。之后，刻度盘螺母旋钮旋转为580nm，利用标准滤光片进行波长检定，对其进行范围调整。

3.3.2 透射比控制。人员可利用光波调整透射比示值，误差调整前，需检定光波，保证符合调修条件，倾斜比色皿架时，吸收池光程一旦出现变化，则会产生透射比误差超差。为此，为保证光束能够垂直通过比色皿，需以中心为基点调整比色皿底座。同时，光门异常密闭，手动挤压光门以产生透射比误，可维修或更换光门组件，检定比色皿是否存在配套误差，控制配套误差处于0.5%以内。

3.3.3 杂散光检定。杂散光作为紫外可见光光度计误差重点检测环节，通常使用标准溶液检定杂散光，杂散光处于360nm时，使用NaNO2标准溶液为50g/L，杂散光为220nm时，使用NaI标准溶液10g/L，计量检定中，需注意仪器单色器类别。光栅性单色器，B段波长可参照选取空气，检定选用NaNO2标准溶液或截止滤光片。

3.4 规范人员操作

在紫外可见光光度计使用中，为降低人员因素误差概率，需加强人员法律法规、操作规程的学习，培养其工作责任心，做到严谨细致、依法办事、公正客观，进而确保提供数据的准确性与可靠性。此过程中，可定期组织人员对检定规程进行学习，采取理论结合实践的方式，总结工作经验，提高人员检定技术、处理数据业务水平，有效控制检定误差。例如，检定工作签，需监控环境条件，保证环境参数符合规程要求，恶劣条件则禁止开展工作；滤光片定期送检，以固定方向检定，按照规程核查元件稳定性，不处于稳定范围则要更换，保证滤光片清洁性；人员还要对技术指标正确检定，根据仪器原理特点，落实检定程序，多方面保证检定数据准确性。

4 结束语

紫外可见分光光度计具有操作简单、灵敏度高的优点，应用较为广泛，需根据《紫外、可见、近红外分光光度计检定规程》，做好检定工作，以免出现测量误差。为此，紫外可见分光光度计检定中，应结合实际情况，从调整仪器结构、仪器预热控制、波长检定控制、检测方法控制、规范人员操作这几方面出发，从而提高检测准确性，有效控制仪器设备误差，完成物质检测。