杂散光对分光光度计的影响

吕 良 韩 霜 管善国

(济南市计量检定所，济南 250002)

分光光度计是实验室中常见的分析仪器，被广泛应用于工业、农业、环境监测、医疗卫生、食品检验等领域。仪器原理是溶液中的物质在光的照射激发下，产生了对光吸收的效应，物质对光的吸收具有选择性，不同的物质具有其各自的吸收光谱，因此当某单色光通过溶液时，其能量会被吸收而减弱，光能量减弱的程度与物质的浓度有一定的比例关系。

分光光度计检定中杂散光是一个必检的重要指标，其大小决定仪器是否合格，而且杂散光的偏差对分光光度计测量结果有很大的影响。杂散光是指应用所需光之外光的干扰。由光源发出的光经过单色器时有可能从单色器舱内及其它光学元件表面发生反射，光学元件表面以及大气中的灰尘也可以发生散射，杂散光的存在会对朗伯-比耳定律产生偏移。以下笔者主要讨论了杂散光对分光光度计的影响。

1 杂散光的测试方法

目前，对杂散光的测量法归纳起来有4种：截止滤光法、级数透过法、光学法、卷积法，其中截止滤光法最简便。根据JJG 178-2007[1]计量检定规程中所规定的测量方法，A段紫外区用碘化钠标准溶液或截止滤光片于220 nm，亚硝酸钠标准溶液或截止滤光片于360 nm处，采用10 mm标准适应吸收池，蒸馏水作参比，光谱带宽2 nm，测量其透射比示值；B段可见区用截止滤光片在波长420 nm处，以空气为参比，测量其透射比值；C段近红外区用H2O于1 420 nm波长处，以空气为参比，测量其透射比值。根据JJG 178-2007规程要求仪器杂散光应符合A段Ⅰ级不大于0.1%，B段Ⅰ级不大于0.1%，C段Ⅰ级不大于0.2%。

2 杂散光对测量结果的影响

杂散光对测量数据的影响非常大，用于化学分析的光谱类仪器遵从朗伯-比耳定律，要求较好的单色性和准确的透射比。杂散光的存在使得透射比增大，吸收率降低，导致测量结果发生偏差，直接限制被测样品浓度的上限值(如图1)和测量线性(如图2)[2]。

1～12，杂散光依次为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杂散光依次为0.001%、0.01%、0.10%、1.00%

由图1可以看出，只要知道仪器的杂散光就可得到该仪器由杂散光引起的测量误差。如要用分光光度计分析某种样品，吸光度为1.95左右，且要求分析测试准确度为1.0%，但挑选一台杂散光为0.2%的分光光度计时，从图1中可知该仪器不能满足使用要求，因为杂散光为0.2%时，吸光度为1.95，则其测量相对误差为3.6%，该分析测试必须选用一台杂散光优于0.05%的分光光度计才可满足要求。所以在样品的分析测试时，杂散光的大小对于分光光度计测量时的吸光度的影响不可忽视，尤其是高浓度的样品，例如在A0=2.0时，若杂散光为0.2%，则可引起3.9%的测量误差；若杂散光为0.5%，在A0=2.0时产生的测量误差为8.7%。因此在参入杂散光进行测量时，实际测量吸光度比平均吸光度低，吸光度越高，误差增大越迅速，引起朗伯-比耳定律的偏离越大。为了测量结果的准确可靠，对仪器的杂散光必须要有一定限制，尽可能减少杂散光带入的测量误差。

此外，杂散光对分光光度计的测量线性也有较大影响，如图2所示，当杂散光为1.0%时，吸光度测量值只能到2.0，而杂散光为0.001%时，吸光度测量上限可达到4.0。

3 杂散光产生的原因

仪器光源系统设计不良、机械零部件加工粗糙、光学元件位置错移、仪器内壁防眩黑漆脱落等均能造成杂散光的产生，笔者根据实际检定工作发现产生杂散光的原因主要有以下几种：

(1)灰尘污染光学元件；

(2)潮湿环境下光栅、棱镜、透镜、准直镜发霉；

(3)光学原件被损坏或光学元件有缺陷，如棱镜划痕、气泡等；

(4)准直系统内部或光路上有关隔板边缘的反射光；

(5)光路系统和检测器没有屏蔽完好，样品室漏光；

(6)热辐射或荧光引起的二次电子发射；

(7)狭缝的缺陷和定位不准确；

(8)单色器内壁黑化处理不当。

上述原因中棱镜和光栅产生的杂散光占总杂散光的比例最大。

4 减小杂散光的措施

温度和湿度是影响仪器性能的重要因素，它们会引起机械部件锈蚀，使金属镜面的光洁度下降，仪器机械部分的误差增大或性能下降，造成光学部件如光栅、反射镜、聚焦镜等的铝膜锈蚀，产生光能不足、杂散光、噪声等，甚至仪器停止工作，从而影响仪器寿命，维护保养时应定期加以校正。应配置恒温设备，特别是地处南方地区的实验室，环境中的尘埃和腐蚀性气体亦可以影响机械系统的灵活性，降低各种限位开关、按键、光电偶合器的可靠性，因此必须定期清洁，保障环境和仪器室内卫生条件。

另外，光学部件受到震动后容易松动、移位、光束不能准确定位，所以必须仔细调节光源和反射镜，使其重新回到正常工作位置。因光学零件表面污染、积尘而使杂散光增大，可用清洁的软毛刷和吹球轻轻吹拂除去积尘，或用脱脂的软布蘸上乙醚、酒精混合液，小心地擦试反光镜以外的光学零件表面。如果是由于仪器使用环境湿度大，光学零部件表面潮解碱析，或者反射镜面失泽，膜层破坏而使杂散光增大，擦拭时要十分小心，不能用手触摸，因为反射镜大都用真空镀铝膜的方法制成，表面镀膜层易损。在日常工作中应经常注意保护仪器免受震动，特别是防尘、防潮、防污染，所以不要轻易打开单色器和光度计部分的封盖板。

[1] JJG 178-2007 紫外、可见、近红外分光光度计计量检定规程[S].

[2] 李昌厚.紫外可见分光光度计仪器及应用文集[C].日照:《紫外可见分光光度计》规程宣贯班,2002：34-54.