分光光度计检测装置的不确定度分析与评定*

李向东崔 骊*云庆辉



分光光度计检测装置的不确定度分析与评定*

李向东①崔 骊①*云庆辉①

李向东,男,(1963- ),博士，副主任医师，副教授。第四军医大学西京医院设备器材科，从事军事装备的开发与研究工作。

目的：分析评定分光光度计检测装置的不确定度、稳定性及重复性，确定标准检测装置的准确性，用于检定实验室的分光光度计。方法：通过计算标准装置的测量不确定度、稳定性及重复性，评定分光光度计检定标准装置的准确性。结果：依据国家标准，经过分析和计算，证明了标准装置的准确性和可靠性。结论：经过分析和评定，分光光度计检定装置的不确定度满足量值传递要求，测量重复性、稳定性符合建立标准的要求，可检测在用的分光光度计，确保该仪器的量值准确、可靠。

分光光度计；不确定度；重复性；稳定性

①第四军医大学西京医院设备器材科 陕西 西安 710032

[First-author’s address] Equipment Department of Xijing Hospital, The Fourth Medical University of PLA, Xi’an 710032, China.

分光光度计是利用光度光谱检测对物质进行定量、定性分析的仪器，工作原理是基于物质对光的波长的吸收具有选择性，不同的物质具有各自的吸收光带，故当光色散后的光谱通过某一溶液时，其中某些波长的光线会被溶液吸收[1]。在一定的波长下，溶液中物质的浓度与光能量减弱的程度有一定的比例关系，紫外、可见及近红外分光光度计是医药卫生系统常用的分析仪器之一[2]。本研究通过分析分光光度计检测装置的不确定度、稳定性及重复性，确定标准检测装置的准确性，以用于检定实验室的分光光度计。

1 检测装置测量标准

1.1 测量标准的组成

检测波长采用低压汞灯波长标准器，H849氧化钬、P749镨钕滤光片各1块、G693干涉滤光片3块、W062近红外滤光片5块；检测透射比采用J566紫外光透射比滤光片、Z741可见光透射比滤光片各3块；检测杂散辐射率采用ZA1105杂散光滤光片3块。

1.2 检定方法

(1)分光光度计检测装置利用直接测量法完成量值传递。采用波长准确度已知的低压汞灯波长标准器、氧化钬滤光片及镨钕滤光片；采用金属石英滤光片检定仪器的透射比准确度与重复性；采用杂散光滤光片检定仪器的杂散辐射率[3-4]。

(2)将标准滤光片垂直放入被检仪器的样品光路中，测量被检仪器示值相对于上级计量检定给出该标准器定值标准值的偏差[5]。

(3)使用汞灯时将汞灯置于光源室使汞灯的光入射到单色器入射夹缝，选择能量测量方式测量能量最大时对应的峰值波长，检定被检仪器的波长准确度及重复性。

2 检测装置测量标准性能

分光光度计检测装置是国防化学计量一级站依照国家批准JJG178-2007“紫外、可见、近红外分光光度计检定规程”技术要求的检定项目和参数而制造的检定用标准物质[6-7]。具有项目和规格齐全、性能稳定、定值方法科学以及使用方便等特点。

(1)紫外光区透射比滤光片标准物质和光谱中性滤光片标准物质的透射比不确定度为：U=0.5%(k=2.45)。

(2)氧化钬滤光片标准物质和镨钕滤光片标准物质峰值波长的不确定度为：U=0.3 nm(k=2.10)。

(3)干涉滤光片标准物质峰值波长的不确定度为：U=1 nm(k=2.10)。

(4)杂散光滤光片标准物质的吸光度不确定度为：U=0.1 A(k=2.20)。

(5)近红外滤光片标准物质峰值波长的不确定度为：U=1 nm(k=2)。

(6)低压石英汞灯标准器的波长不确定度为0.01 nm。

以上标准物质均可在(20±10)℃、相对湿度≤85%的环境条件下使用[8]。

3 检测装置测量标准不确定度的评定

3.1 低压汞灯波长标准器检测波长的测量

低压汞灯波长标准器辐射光谱由汞原子内部电子跃迁确定，外部条件的变化对其辐射波长的影响可忽略不计。在200～700 nm波长范围内，波长扩展不确定度为0.01 nm，经国际计量机构确认[9-10]。

3.2 滤波片标准物质对分光光度计检定的测量

由标准滤波片的标准物质认定证书提供的信息可知：紫外光区透射比滤光片标准物质和光谱中性滤光片标准物质的透射比不确定度为：U=0.5%(k=2.45)。

氧化钬滤光片标准物质和镨钕滤光片标准物质峰值波长的不确定度为：U=0.3 nm(k=2.10)。

干涉滤光片标准物质峰值波长的不确定度为：U=1 nm(k=2.10)。

杂散光滤光片标准物质的吸光度不确定度为：U=0.1 A(k=2.20)。

近红外滤光片标准物质峰值波长的不确定度为：U=1 nm(k=2)。

标准物质在研制、制备过程中已对其复现的量值进行了不确定度分析，故此套标准装置的不确定度不再评定。

4 检测装置测量标准重复性

用722S型紫外可见分光光度计的440 nm处对本标准金属石英滤光片J566-2在短时间观察透射比6次，用观察值的实验标准偏差Sn(X)表征测量标准的重复性[11-12]。测量值Xi和Sn(X)计算见表1。

表1 测量标准重复性计算

相对值：

Sn(X)/＝0.0077%/19.36%＝4.0×10-4

Sn(X)/＜，符合要求。

5 检测装置测量标准稳定性

氧化钬滤光片标准物质、镨钕滤光片标准物质、干涉滤光片标准物质和杂散光滤光片标准物质为国家二级标准物质，由研制单位国防科技工业应用化学一级计量站提供，在标准物质研制过程中已经进行稳定性实验，其稳定性经过验证和审批，因此无需验证[13]。

透射比滤光片标准物质稳定性：每隔一个月以上，在相同条件440 nm、(23±5)℃下使用722S型紫外可见分光光度计的440 nm处对本标准中的金属石英滤光片J566-2测量透射比一次[14]。取n=6个测量值的算术平均值(n)i作为一个观察结果，共观察m=4次，用4次m的实验标准偏差Sm定量表征测量标准的稳定性[15]。测量值和Sm计算见表2。

表2 测量标准的稳定性计算

6 测量标准不确定度的验证

将标准器中紫外光区透射比滤光片标准物质J566-2送往上级单位——陕西省计量院进行检定，用其出具的校准值y0与原出厂认定证书的标准值y进行比较如下：

7 结论

分光光度计检定装置的准确性和稳定性关系到量传数据的准确性，检定分光光度计的目的是为了确定被测量的量值，根据规程判断仪器的测量结果是否在规定范围内，以确保其质量安全，所以应对标准检定装置的测量不确定度、测量重复性及稳定性进行分析与评定，以确保在检定分光光度计的过程中数据的可靠性和准确性。通常测量结果用测量误差来衡量，但测量误差只能反映测量结果的短期质量，而测量过程是否持续受控，测量结果是否能保持稳定一致，需要用测量不确定度来衡量[16]。测量不确定度是表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。其中“合理”指应考虑各种因素对测量结果的影响所做的修正，尤其是测量应处于统计控制的状态下，即处于随机控制中，即测量是在重复性或复现性条件下进行的，此时对同一被测物多次测量，所得测量结果的分散性可按贝塞尔公式计算[17]。

测量不确定度越大，表示测量能力越差；越小则表示测量能力越强。需要注意的是不管测量不确定度多小，测量不确定度范围必须包括真值(用约定真值代替真值)，否则表示测量过程已经失效[18]。经过实验证明，分光光度计检定装置的测量不确定度满足量传要求；测量重复性、稳定性符合建立标准的要求；测量不确定度通过验证。可以依据JJG 178-2007“紫外、可见、近红外分光光度计检定规程”检定规程开展本计量站量传范围内分光光度计的检定工作。

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Research on the analysis and evaluation of uncertainty of spectrophotometer detection device

LI Xiang-dong, CUI Li, YUN Qing-hui// China Medical Equipment,2016,13(2):22-24.

Objective: To analyze and evaluate the uncertainty of spectrophotometer detection device, stability, repeat-ability, the accuracy of the standard testing devices for the detection of spectrophotometer in laboratory.Methods: To calculate the uncertainty of measurement of standard gear, stability, repeat ability for evaluating the accuracy of the standard device.Results: According to the national standard, through analysis and calculation, the veracity and reliability of standard device were proved.Conclusion: Through analysis and evaluation, the uncertainty of verification device of spectrophotometer met the requirement of value.The repeatability and stability complied with the requirement of standard establishment.It can use in detection spectrophotometer, and make sure the results accurate and reliable.

Spectrophotometer; Uncertainty; Repeatability; Stability

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.02.007

军事医学计量科研专项课题(2011-JL2-039)“医用灭菌设备温度计校准规范实验验证及检测装置准确性论证”

cuili2010sl@163.com

1672-8270(2016)02-0022-03

R197.39

A

2015-11-25