分光光度计量值比对的实施和结果分析

摘要：量值比对是能力验证活动的组成部分，指两家或多家计量检测校准实验室按照既定的条件在规定时间和范围内来测试一个经考察且性能稳定的传递标准，通过比对结果值，判断该机构量值传递准确性的活动。通过紫外可见分光光度计波长示值误差量值比对实施，对比对过程发现的问题进行结果分析。

关键词：计量比对 能力验证 量值传递 分光光度计 波长示值误差

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

分光光度计是一种可以对透明液体浓度或物质的溶液进行定性分析鉴别和定量分析的理化实验的精密仪器。其原理是根据物质的分子对入射光源的选择性吸收，利用朗伯比尔定律，计算出溶液的浓度或成分，被广泛用于化工、医药行业等理化分析实验。分光光度计性能的好坏关系着化工实验分析的结果，其量值准确性必须通过第三方计量机构校准检定。然而，第三方检测机构需要能力验证来保证数据的准确可靠。通过对分光光度计计量结果的量值比对，可以反映出技术机构的测量标准器、人员检定方法、操作技术水平、检测温湿度等环境条件、检测数据的处理、实验室管理等的实际能力和水平。

1 比对方案设计

分光光度计一般体积较大，不易搬运，且搬运有可能影响稳定性。为了利于量值比对的运作操作实施，比对方式通过讨论确定为固定场地的比对形式，各参比实验室需自带所需计量标准器至固定场地主导实验室A的光谱实验室。

本次比对使用的传递标准为由主导实验室A提供的一台性能稳定的型号为UV2700i、编号为A12345467、波长测量范围为200～900 nm、分度值为0.1 nm的性能稳定的Ⅰ级紫外可见分光光度计。前期，主导实验室A对该UV2700i紫外可见分光光度计做了稳定性考核。稳定性考核按照《计量标准考核规范》（JJF1033-2023）要求进行试验，在对应的观测点，分别进行10次重复性测量，取其算术平均值作为该次该点的测量结果[1]。在整个稳定性考核试验周期内，测量4组，测量点处的最大值与最小值之差小于0.3 nm，即符合传递标准稳定性要求。实际情况下，在278 nm和638 nm处的4组测得值中，最大值与最小值之差均为0.2 nm，传递标准稳定性符合要求。

在278 nm处，4组测量结果的平均值之差为0.02 nm；在638nm处，4组测量结果的平均值之差为0.01 nm。此结果可作为传递标准稳定性对比对结果的影响引入的不确定度。

参加实验比对的实验室共7家，主导实验室为A，参比实验室为B、C、D、E、F、G。通过讨论，确定比对路线为花瓣式。

2 参比标准

参比标准统一选取氧化钬滤光片标准。参比实验室标准基本参数具体如表1所示。

3 参考值

3.1 概述

通过讨论，各实验室都同意主导实验室采用所有实验室测量结果误差的平均值作为参考值[2-4]，并评定出每个测量点的测量结果误差的不确定度。

式（1）中：为参与参考值计算的实验室序号；为比对实验的测量点序号；为参与参考值计算的实验室数量；为第个实验室在第个测量点上的测量结果。

因为各个实验室的不确定度之间完全不相关，且比对实验中传递标准引入的确定度的影响可以忽略，参考值的不确定度按式（2）计算[2-4]。

式（2）中：为第个实验室在第个测量点上测量结果的标准不确定度；为第个测量点的参考值的标准不确定度。

根据各实验室提供的数据，计算出本次参考值：278 nm处为-0.16 nm，638 nm处为-0.11 nm。

3.2 测量方法

依据《紫外、可见、近红外分光光度计》（JJG178—2007）检定规程[5]，采用直接测量法。本次比对对紫外可见分光光度计在638 nm和278 nm处两处吸收峰对应波长示值误差（示值误差小数点后保留一位有效数字）进行测量（带宽2 nm，扫描间隔0.1 nm）。

3.3 测量结果

测量结果为每个实验室根据相应的标准值和实测值算出波长示值误差，比对参考值为所有实验室误差的平均值。

3.4 不确定度评定

3.4.1 测量模型

测量模型[6]：Δ=-

模型中：Δ为波长示值误差，单位为nm；为各比对点波长平均示值，单位为nm；为各比对点波长标准值，单位为nm。

3.4.2 不确定来源

可供参考的不确定度分量：一项是被检分光光度计波长示值误差测量重复性或波长示值分辨率引入的不确定度，另一项是标准滤光片引入的标准不确定度[7]。

4 比对结果

4.1 比对数据处理方法

4.1.1 数据处理和比对结果一致性判定原则

比对结果的评价。参比实验室的测量结果与其不确定度的一致性用归一化偏差进行评价[2-4]。

式中：为第个实验室上报的第个测量点上的测量结果；为比对试验第个测量点的参考值；为包含因子，一般情况；为第个测量点上的标准不确定度。

因参考值采用平均法计算得来，参比实验室的量值参与参考值的平均值计算，与和相关[4]，采用式（4）计算：

式中：为第个实验室在第个测量点上测量结果的标准不确定度；为传递标准在第个测量点上在比对传递环节引入的不确定度；为第个测量点上参考值的标准不确定度。

在计算中，若<（1/3）或，可以忽略不计，可以按式（5）计算：

本次比对过程中，278 nm处=0.02nm，638 nm处=0.01nm，传递标准稳定性引入的不确定度较小可忽略。

4.1.2 结果评价原则

≤1，参比实验室的测量结果和参考值之差与不确定度之比在合理预期范围内，比对结果可以接受。

＞1，参比实验室的测量结果和参考值之差与不确定度之比超出合理的预期，比对结果不可接受，应分析原因[8-9]。

4.2 实验室的测量结果和统计处理

在所有比对实验结束后，各参比实验室均按要求提交了实验比对数据。主导实验室A对数据进行了汇总计算，结果如表2所示。

4.3 比对结果图表

为清晰表示本次比对结果，将每一个比对实验室的测量结果和各实验室报告测量结果的扩展不确定度用图形表示。横坐标代表实验室，比对实验室的测量值用小圆点表示，比对实验室测量值向上延伸和向下延伸的线段代表各实验室报告测量结果的扩展不确定度[10]，中间横线为参考值，如图1～2所示。比对测量结果数据分布图表中，通过比对结果，可以直观地看出所有比对实验室的测量结果及其不确定度，但并不能对一个结果进行最终评判，结果是否符合预期目标，其判断应由En值来确定[11]。

图1 278 nm处测量结果数据分布图

图2 638 nm处测量结果数据分布图

5 比对结果分析

本次比对的结果客观、真实地反映了各实验室的分光光度计量值实际测量能力情况和出具测量结果的准确一致程度。全部实验室均按时提交了比对测量结果，全部比对点均无离群结果，7家实验室的波长误差比对结果都在可控最大值之内，测量结果与参考值之差均符合要求。因为G实验室在279 nm处无吸收峰标准值，用288 nm处吸收峰替代，但结果没有受到影响[12]。

5.1 技术分析

从本次比对数据来看，参与比对实验室测量比对结果较好，在所有比对点，，分析原因如下。

本次比对是固定实验室比对，实验室环境良好，仪器性能稳定，基本排除现场的环境因素对测量结果的影响。各实验室在比对点的测量结果为3～10次连续测量结果的平均值，保证了测量结果的准确性[13]。

综合考虑，参考值没有采用中位值法[14]，而是采用所有实验室测量结果误差的平均值作为参考值，保证参考值的可靠性。

在278 nm处，G实验室误差值为0.2 nm，与其他6所实验室所测值有所差异。查阅提供的数据和资料，除了该标准滤光片的校准证书没有提供278 nm处吸收峰的标准值，从而选择了附近287.8 nm吸收峰作为比对点外，虽然对比对结果没有太大影响，但建议对该滤光片287.8 nm吸收峰标准值进行相应的计量确认。

在638 nm处，B实验室误差值为0.2 nm，与其他6所实验室所测值有所差异。查阅提供的数据和资料，建议对该滤光片637.7 nm吸收峰标准值进行相应的计量确认。

5.2 不确定度的来源

合理进行测量结果的不确定度评定是本次比对考查的主要内容之一。对于本次的现场比对测量结果，其主要的不确定度来源有以下两项：一项是标准滤光片引入的标准不确定度，另一项是被检分光光度计波长示值误差测量重复性或波长示值分辨率引入的不确定度。不确定度分量相对较少且明确，利于分析执行。

6 比对结论

本次所有实验室的校准结果在全部比对点均无离群值，各实验室比对结果全部在预期之内可接受，测量结果与参考值之差均在合理范围内。本次比对全面、客观、真实地反映了7家实验室在紫外可见分光光度计计量检定能力的真实情况和水平，从而确保了紫外可见分光光度计计量量值准确和可靠。假如出现不满意的结果，2006 年，中国认证认可监督管理委员会在能力验证计划通知中指出，参加能力验证的实验室若在第一次检测中显示为离群结果，可以有一次的补测机会，补测结果不会影响第一次的统计参数，但是对补测结果的评价需参考第一次的参数统计[15]。此次分光波长误差量值比对实施的成功离不开各实验室的配合、详细的策划保障和对计量科学的深度理解。但还有一些能力验证参加者的认识还不够深刻，很多实验室参加能力验证只是出于资质认定和认可的要求，并没有认识到其深层次的意义是提高实验室自身的检测水平等，违背了能力验证计划的初衷[16]。

7 结语

实验室比对是证明实验室能力的有效手段。本次作者实验室发起的是紫外可见分光光度计波长示值误差的实验室计量比对工作，除了如本文介绍的实验室比对外，测量审核也是一种比较常用的能力验证方式。医药化工行业飞速发展，所需分析仪器种类很多，如分子光谱类、原子光谱类、色谱质谱类、气体分析类等仪器，精密度要求都很高。各实验室可以根据计量仪器种类和需要来组织实施或者参与能力验证，确保我们量值溯源的准确、可靠，才能有效地为仪器设备溯源做好服务工作，从而避免因分析误差产生经济损失，提高行业的生产分析效能。

参考文献

[1] 国家市场监督管理总局.计量标准考核规范：JJF1033-2023[S].北京：国家市场监督管理总局，2023.

[2] 聂梅宁，张咏梅，姜威，等.VOR参数测量能力计量比对分析[J].计量科学与技术，2022，66（5）：61-68.

[3] 酸度计量值比对实施方案[DB/OL].（2017-12-19）[2024-05-01].https：//www.doc88.com.

[4] 中国计量测试学会.一级注册计量师基础知识及专业实务[M].4版.北京：中国质检出版社.2017：380-393.

[5] 国家质量监督检验检疫总局.《紫外、可见、近红外分光光度计》：JJG 178-2007 [S].北京：中国计量出版社，2008.

[6] 张弘.紫外可见分光光度计波长示值误差测量结果不确定度评定[J].中国计量，2023（1）：96-97.

[7] 国家质量监督检验检疫总局.测量不确定度评定与表示：JJF 1059.1-2012[S].北京：中国质检出版社，2013.

[8] 国家质量监督检验检疫总局.计量比对：JJF 1117-2010 [S].北京：中国计量出版社，2010.

[9] 中国合格评定国家认可委员会.能力验证规则：CNAS-RL02：2023[S].北京：中国合格评定国家认可委员会，2023.

[10] 高旭辉，靳建辉，吉雪梅，等.气体中一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物的测定量值比对[J].计量技术，2017（8）：24-27.

[11] 白杰，孙桥，杜磊，等.0.1级转速表国内比对数据分析与不确定度评定[J].计量技术，2017（12）：90-94.

[12] 王娜，鲍珊，田晓苇，等.实验室计量比对实施中存在的问题分析[J].工业计量，2024，34（1）：89-92.

[13] 贾多，潘炳全.电流互感器量值比对及结果分析[J].工业计量，2024，34（1）：81-84，88.

[14] 卢敏萍，范晓辉，莫旖，等.旋光仪及旋光糖量计计量比对研究[J].中国测试，2023，49（S2）：171-176.

[15]李恩鹏.淡水鱼类中磺胺类和三甲苯类兽药残留检测能力验证[D].上海：东华大学，2018.

[16]刘璐.公路检测实验室能力验证体系的研究与完善[D].大连：大连理工大学，2011.