紫外可见分光光度计检定中的误差分析与控制

【摘要】本文结合JJG 178—2007《紫外、可见、近红外分光光度计》检定规程，简单分析了紫外可见分光光度计检定项目，阐述了紫外可见分光光度计检定中的主要误差来源，进一步分析了误差产生的原因，针对各种误差来源提出了相应的控制方法，以保证紫外可见分光光度计检定的准确性。

【关键词】紫外可见分光光度计；检定；误差分析

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.066

Error Analysis and Control in Calibration of UV-Visible Spectrophotometers

YAN Zixiang

（Guilin Institute of Metrology and Testing， Guilin 541004， China）

Abstract： This article combines the verification procedures of JJG 178—2007 Ultraviolet，Visible，Near-Infrared Spectrophotometers to analyze the calibration items of ultraviolet-visible spectrophotometers. It elucidates the main sources of errors in the calibration of ultraviolet-visible spectrophotometers and further analyzes the causes of these errors. Corresponding control methods are proposed for various error sources to ensure the accuracy of the calibration of ultraviolet-visible spectrophotometers.

Keywords： UV-visible spectrophotometers； verification； error analysis

紫外可見分光光度计作为一种重要的分析仪器，广泛用于定量分析、溶液浓度测量等工作中。然而，随着使用时间的增长，仪器可能会出现各种故障，因此需要专业人员对其进行检定。本文结合JJG 178—2007《紫外、可见、近红外分光光度计》检定规程，将针对紫外可见分光光度计检定过程中产生误差的原因进行详细分析，并提出相应的处理方法。

1.1杂散光的检定

杂散光是指远离吸收光的其他波长的入射光。杂散光进入检测系统会影响仪器测量的准确性。这种误差源可由多种因素引起，包括光学元件老化、不清洁、错位、损坏，以及机械光敏部位密封不严等。其中，在进行样品测量时，检定人员常常要进行背景扣除以消除背景中可能存在的杂散光的影响，或者使用不含吸收性物质的空白样品进行测量，以检测是否存在与杂散光相关的背景信号，这样的信号应该接近于零。另外，检定人员还可以通过光谱分析软件分析测量数据，尤其是在感兴趣波长以外的区域。在这些区域，杂散光可能引入了不必要的信号。基于光谱数据，计算杂散光在感兴趣波长范围内的占比，如果杂散光在紫外可见分光中所占的比例为0.9%，则这部分杂散光可能导致近似0.9%的检测误差。

1.2透射比示值误差的检定

透射比是紫外可见分光光度计中用来表示样品溶液透射光线强度的相对值，与样品的吸光度之间存在着A=lgT的关系，其中A表示吸光度，T表示透射比。透射比的准确性对于分光光度计的测量结果具有重要影响，因为透射比误差会直接导致吸光度的测量误差。由于A=lgT，即使透射比的误差很小，也会在吸光度中产生显著的偏移。同时，透射比与吸光度直接相关，因而透射比误差会导致测量结果在定量分析中的偏移，从而影响分析结果的准确性。

1.3波长示值误差的检定

波长示值误差是指标准值与实测平均值之间的差值，以各波段对应的波长示值误差的最大值为准。在波长示值误差的检定中，检定规程规定要对9种物质进行检验。在日常的检定过程中，为了携带、保存和使用的方便，检定人员一般选用氧化钬滤光片和镨钕滤光片。氧化钬滤光片在波长吸收峰上比较完整，而镨钕滤光片在波长小于400 nm时没有吸收峰，并且不会出现尖锐的吸收峰。因此，在检定时检定人员需要将这两种材料的特性结合起来。在具体的检定中，氧化钬滤光器适合200～700 nm的波长，而对于700～900 nm的波长，一般都使用镨钕滤光器。在校准前，检定人员首先要对各波长进行调整，将各波长分别设定为零度与满度，再将参考物质置于样品光路上，对参考物质在相同波长上进行分步传输，从而得到对应的波段。

2.1检定环境

在紫外可见分光光度计的检定过程中，检定环境是一个至关重要的因素，其直接影响着检定结果的精确程度和可靠性。光照条件对于光度计的测量结果至关重要。光照不稳定或强光直接照射会导致检定结果产生明显的偏差。为了减少这种影响，检定人员在检定时可以使用遮光罩或遮挡物来防止强光直接照射到样品或光度计上，从而降低杂散光产生的概率，确保检定结果的准确性。灰尘和污染物可能会附着在光学元件上，如滤光片和检测器，从而影响光的透过性和吸光度测量。在灰尘较大的环境下，检定人员应该采取措施保持光学元件的清洁，定期检查并清理可能的污染物，以避免产生大的误差。

2.2检定方式

检定方式主要包括样品的处理、测量参数的选择，以及测量过程的准确性等方面。不正确的检定方式可能导致检定误差的产生。样品的准备和处理在光度计检定中非常重要，不适当的样品处理可能导致吸光度的测量出现误差。例如，样品的溶解度、稳定性和透明度可能会影响其在光度计中的测量；样品制备过程中的误差，如容量的准确性、混合的均匀性等，也可能对测量结果产生影响。

在紫外可见分光光度计检定中，选择适当的测量参数（如光路、波长、积分时间等）是至关重要的，错误的参数选择可能导致测量结果的不准确。例如，选择不正确的波长会导致只在样品吸收峰的附近进行测量，而忽略其他波长区域的吸光度变化。光程差是光在样品中传播的路径长度，它对于吸光度测量至关重要。不同的样品可能需要不同的光程差来获得准确的吸光度值，如果光程差不能被准确控制或校正，会引起测量误差。

在进行吸光度测量时，检定人员通常会进行基线校准，即在没有样品的情况下记录光强度。基线校准不准确可能导致吸光度测量结果产生偏差。适当的基线校准可以消除仪器的系统性误差。光度计需要定期进行校准和校正，以确保测量结果的准确性，如果仪器校准不正确或不及时，将会导致吸光度的值产生偏移。

2.3操作技术

不同的检定人员在操作习惯、技术水平以及操作细节上的差异都可能导致检定误差的产生。操作一致性是确保不同检定人员在相同条件下获得相似结果的关键。例如，波长检测时，检定人员可能会因为自己的习惯或视角产生微小的差异，导致在相同状态下获得不同类型的数据读取模式。为了减小这种影响，可以在操作规范中明确规定操作步骤和要求，确保所有检定人员遵循相同的操作方式。推拉式紫外可见分光光度计可以减少人为操作的差异，自动化的操作过程可以提高操作的准确性和一致性，减少人为误差的产生。数字化仪器还可以记录操作参数和结果，以便后续分析和校准。同时，定期对仪器进行标定和验证可以确保操作技术的准确性。标定可以消除系统性误差，验证可以检查操作的一致性和准确性，定期的标定和验证可以及时发现并纠正操作技术方面的问题。

2.4设备预热

预热的主要目的是为了确保光度计的内部结构和系统能够达到稳定状态，以提供可靠且一致的测量结果。光度计的内部元件和电子元件在工作过程中需要达到稳定状态，以获得准确的测量结果，预热可以帮助这些元件达到稳定状态，使它们的性能不受温度和其他因素的影响。在光度计中，光线敏感的电子元件（如光电二极管或光电倍增管）负责将光信号转化为电信号。元件的灵敏度受环境因素影响，而预热可以确保它们在稳定状态下工作，从而使电信号输出更加一致。经过充分预热的光度計可以提供稳定、可靠的数据，从而减小测量的不确定性。稳定的数据对于科学研究、质量控制和其他领域的准确测量都是至关重要的。

3.1熟悉并掌握检定规程

检定规程提对仪器性能和操作提出了详细要求，根据这些要求进行操作可以确保检定的准确性。检定人员需要全面了解紫外可见分光光度计的检定规程，明确各项要求、标准和指标。

3.2熟练掌握操作方法

在检定过程中，各项技术指标的操作方法非常重要，检定人员需要掌握如何准确、稳定地进行波长选择、光强调节、样品安装等操作，最大程度地减小人为误差，确保测量的可靠性。

3.3明确检定目标和要求

在进行检定时，检定人员要明确检定的目标和要求，了解需要测量的参数、范围和精度要求。这可以帮助检定人员选择合适的操作方法，并确保测量结果符合预期。

3.4确保仪器正确安装

紫外可见分光光度计的安装和使用对于检定结果的准确性至关重要，检定人员要确保仪器被正确安装，光路系统内部元件的位置准确，以避免由于结构误差引起的检定误差。

3.5做好仪器保管工作

在仪器的保管环节，检定人员要定期检查和维护仪器，确保仪器处于良好状态，使光路无阻塞，波长调整准确，避免因仪器自身问题引起的误差。

3.6定期维护和保养

为了保持仪器的工作状态正常，仪器需要被定期维护和保养，包括光斑测试、波长调整、仪器清洁等步骤，以确保仪器性能的稳定和一致。

3.7改善检定环境

仪器的使用环境也会影响检定结果的准确性，在检定时应确保仪器放置在无电磁辐射、无振动，温湿度适宜的环境中，这样可以保证仪器性能的稳定。在进行检定之前，检定人员应对使用环境进行充分分析，包括温度、湿度、电磁辐射、振动等因素，如果环境因素不适宜测量，应考虑调整检定方案或采取必要的环境控制措施，以确保测量的可靠性。

3.8落实定期送检制度

滤光片作为紫外可见分光光度计的核心元件之一，其性能对于测量结果的准确性至关重要。落实定期送检制度意味着定期将滤光片送往可靠的实验室或认证机构进行校验，以确保其定值和性能的精确性。这可以为后续的检定提供可靠的保障。在检定中，如果滤光片的稳定性不足以满足检定要求，可能会导致出现测量误差。如果发现滤光片的性能不稳定时，需要考虑进行更换，以确保测量的准确性。在仪器实施检定时，需要结合滤光片的标注对滤光片入射面进行科学选择，滤光片的性能可能会因其入射面的选择而产生差异，正确的选择可以避免由于入射面不一致引起的测量误差。

紫外可见分光光度计在现代科学研究和工业生产中扮演着不可或缺的角色。然而，随着使用时间的增长和操作的复杂性，仪器可能会出现各种故障，影响其性能和测量准确性。因此，对于紫外可见分光光度计故障的分析与处理是一项至关重要的工作。正确认识和应对故障，不仅有助于保护仪器，还有助于科研工作的顺利开展。

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【作者简介】

严子翔，男，1985年出生，助理工程师，研究方向为理化类计量器具的检定、校准。

（编辑：李加鹏）