雜散光對分光光度計的影響

呂 良 韓 霜 管善國

(濟南市計量檢定所，濟南 250002)

分光光度計是實驗室中常見的分析儀器，被廣泛應用于工業、農業、環境監測、醫療衛生、食品檢驗等領域。儀器原理是溶液中的物質在光的照射激發下，產生了對光吸收的效應，物質對光的吸收具有選擇性，不同的物質具有其各自的吸收光譜，因此當某單色光通過溶液時，其能量會被吸收而減弱，光能量減弱的程度與物質的濃度有一定的比例關系。

分光光度計檢定中雜散光是一個必檢的重要指標，其大小決定儀器是否合格，而且雜散光的偏差對分光光度計測量結果有很大的影響。雜散光是指應用所需光之外光的干擾。由光源發出的光經過單色器時有可能從單色器艙內及其它光學元件表面發生反射，光學元件表面以及大氣中的灰塵也可以發生散射，雜散光的存在會對朗伯-比耳定律產生偏移。以下筆者主要討論了雜散光對分光光度計的影響。

1 雜散光的測試方法

目前，對雜散光的測量法歸納起來有4種：截止濾光法、級數透過法、光學法、卷積法，其中截止濾光法最簡便。根據JJG 178-2007[1]計量檢定規程中所規定的測量方法，A段紫外區用碘化鈉標準溶液或截止濾光片于220 nm，亞硝酸鈉標準溶液或截止濾光片于360 nm處，采用10 mm標準適應吸收池，蒸餾水作參比，光譜帶寬2 nm，測量其透射比示值；B段可見區用截止濾光片在波長420 nm處，以空氣為參比，測量其透射比值；C段近紅外區用H2O于1 420 nm波長處，以空氣為參比，測量其透射比值。根據JJG 178-2007規程要求儀器雜散光應符合A段Ⅰ級不大于0.1%，B段Ⅰ級不大于0.1%，C段Ⅰ級不大于0.2%。

2 雜散光對測量結果的影響

雜散光對測量數據的影響非常大，用于化學分析的光譜類儀器遵從朗伯-比耳定律，要求較好的單色性和準確的透射比。雜散光的存在使得透射比增大，吸收率降低，導致測量結果發生偏差，直接限制被測樣品濃度的上限值(如圖1)和測量線性(如圖2)[2]。

1～12，雜散光依次為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雜散光依次為0.001%、0.01%、0.10%、1.00%

由圖1可以看出，只要知道儀器的雜散光就可得到該儀器由雜散光引起的測量誤差。如要用分光光度計分析某種樣品，吸光度為1.95左右，且要求分析測試準確度為1.0%，但挑選一臺雜散光為0.2%的分光光度計時，從圖1中可知該儀器不能滿足使用要求，因為雜散光為0.2%時，吸光度為1.95，則其測量相對誤差為3.6%，該分析測試必須選用一臺雜散光優于0.05%的分光光度計才可滿足要求。所以在樣品的分析測試時，雜散光的大小對于分光光度計測量時的吸光度的影響不可忽視，尤其是高濃度的樣品，例如在A0=2.0時，若雜散光為0.2%，則可引起3.9%的測量誤差；若雜散光為0.5%，在A0=2.0時產生的測量誤差為8.7%。因此在參入雜散光進行測量時，實際測量吸光度比平均吸光度低，吸光度越高，誤差增大越迅速，引起朗伯-比耳定律的偏離越大。為了測量結果的準確可靠，對儀器的雜散光必須要有一定限制，盡可能減少雜散光帶入的測量誤差。

此外，雜散光對分光光度計的測量線性也有較大影響，如圖2所示，當雜散光為1.0%時，吸光度測量值只能到2.0，而雜散光為0.001%時，吸光度測量上限可達到4.0。

3 雜散光產生的原因

儀器光源系統設計不良、機械零部件加工粗糙、光學元件位置錯移、儀器內壁防眩黑漆脫落等均能造成雜散光的產生，筆者根據實際檢定工作發現產生雜散光的原因主要有以下幾種：

(1)灰塵污染光學元件；

(2)潮濕環境下光柵、棱鏡、透鏡、準直鏡發霉；

(3)光學原件被損壞或光學元件有缺陷，如棱鏡劃痕、氣泡等；

(4)準直系統內部或光路上有關隔板邊緣的反射光；

(5)光路系統和檢測器沒有屏蔽完好，樣品室漏光；

(6)熱輻射或熒光引起的二次電子發射；

(7)狹縫的缺陷和定位不準確；

(8)單色器內壁黑化處理不當。

上述原因中棱鏡和光柵產生的雜散光占總雜散光的比例最大。

4 減小雜散光的措施

溫度和濕度是影響儀器性能的重要因素，它們會引起機械部件銹蝕，使金屬鏡面的光潔度下降，儀器機械部分的誤差增大或性能下降，造成光學部件如光柵、反射鏡、聚焦鏡等的鋁膜銹蝕，產生光能不足、雜散光、噪聲等，甚至儀器停止工作，從而影響儀器壽命，維護保養時應定期加以校正。應配置恒溫設備，特別是地處南方地區的實驗室，環境中的塵埃和腐蝕性氣體亦可以影響機械系統的靈活性，降低各種限位開關、按鍵、光電偶合器的可靠性，因此必須定期清潔，保障環境和儀器室內衛生條件。

另外，光學部件受到震動后容易松動、移位、光束不能準確定位，所以必須仔細調節光源和反射鏡，使其重新回到正常工作位置。因光學零件表面污染、積塵而使雜散光增大，可用清潔的軟毛刷和吹球輕輕吹拂除去積塵，或用脫脂的軟布蘸上乙醚、酒精混合液，小心地擦試反光鏡以外的光學零件表面。如果是由于儀器使用環境濕度大，光學零部件表面潮解堿析，或者反射鏡面失澤，膜層破壞而使雜散光增大，擦拭時要十分小心，不能用手觸摸，因為反射鏡大都用真空鍍鋁膜的方法制成，表面鍍膜層易損。在日常工作中應經常注意保護儀器免受震動，特別是防塵、防潮、防污染，所以不要輕易打開單色器和光度計部分的封蓋板。

[1] JJG 178-2007 紫外、可見、近紅外分光光度計計量檢定規程[S].

[2] 李昌厚.紫外可見分光光度計儀器及應用文集[C].日照:《紫外可見分光光度計》規程宣貫班,2002：34-54.