基于后分光技術陣列式紫外可見分光光度計透射比校準方法

/上海市計量測試技術研究院

0 引言

紫外可見分光光度計是一種使用最多、覆蓋面最廣的分析儀器，廣泛應用在檢驗檢測領域。紫外可見分光光度計一般由光源系統、分光系統、樣品系統、檢測系統、處理存儲系統五大系統構成。根據分光系統相對樣品檢測位置的不同，分光光度測量儀器分為前分光式和后分光式[1]兩類。

后分光陣列式紫外可見分光光度計最大的優點在于掃描速度快，因為二極管陣列、CCD傳感器可以同時記錄所有波長下的光譜信息，從而實現快速記錄，在市場上的占比也在逐漸增加。

1 前分光技術和后分光技術結構和原理的區別

若光在經過樣品檢測位置前已經被分光系統分離為單色光的，一般稱為前分光，傳統掃描型紫外可見分光光度計就是這個工作原理，如圖1所示。若光先經過樣品檢測位置后再經過分光系統被分離成單色光的，稱之為后分光，陣列式紫外可見分光光度計就是基于這個原理[2]，如圖2所示。

圖1 傳統掃描型紫外可見分光光度計工作原理

圖2 陣列式紫外可見分光光度計工作原理

2 校準過程中的問題

在日常校準工作中，依據JJG 178-2007《紫外、可見、近紅外分光光度計》檢定規程[3]對傳統掃描型紫外可見分光光度計透射比示值誤差進行校準。

但是，依據JJG 178-2007對梅特勒UV-7及安捷倫UV8453等后分光陣列式紫外可見分光光度計的透射比示值誤差進行校準時，發現可見區的透射比示值誤差往往會低于廠家申明的指標，而紫外區的透射比示值誤差卻符合廠家申明的指標。課題組通過實驗詳細探討了這一問題。

3 實驗部分

針對這個問題，采用光譜中性濾光片對梅特勒UV-7的后分光陣列式紫外可見分光光度計做了一系列實驗。分別是以空氣為參比；以標稱值90%透射比光譜中性濾光片為參比；以標稱值30%透射比光譜中性濾光片為參比；以標稱值為10%和20%透射比光譜中性濾光片作為樣品進行校準，計算儀器的透射比示值誤差和重復性。

除了以空氣為參比的校準是常規校準外，以已知標準值的光譜中性濾光片進行參比實驗時，需要將已知透射比的光譜中性濾光片的標準值依據公式進行換算

A=-lgT

式中：A——物質的吸光度；

T——物質的透射比

方法為：1）將所有濾光片透射比標稱值換算為吸光度標準值，因為透射比是相對值，而吸光度是絕對值，可以通過加減進行空白扣除；2）將透射比為10%、20%的待測樣品的標準值通過A1=A0-Aref進行換算，其中A1為待測樣品轉換后新的吸光度標準值，A0為待測樣品吸光度標準值，Aref為參比吸光度標準值。3）再將新的吸光度標準值換算為新的透射比標準值。

最后進行示值誤差和重復性的校準測試，實驗數據如表1～3所示。

表1 以空氣為參比

表2 以標稱值90%左右透射比光譜中性濾光片為參比

表3 以標稱值30%左右透射比光譜中性濾光片為參比

4 實驗結果分析

從實驗結果可以清晰地看出，使用以標稱值90%透射比光譜中性濾光片為參比時，儀器的示值誤差最小，重復性最好。以空氣為參比的次之，以標稱值30%透射比光譜中性濾光片為參比時，儀器的示值誤差最大，重復性也最差。

這可能是由于采用空氣作為參比校準可見光區透射比示值誤差時，將光譜中性濾光片插入樣品槽，通過光路，光束在空氣和玻璃之間的過渡處會稍微扭曲，然后又從玻璃回到空氣中。該變化可以由檢測器測量為光強度的變化并被記錄為吸光度的變化。掃描型前分光的儀器，由于光程較長，光的準直性相對更好，發生折射的效應更低。而陣列式后分光的儀器由于追求掃描速度和便攜性，通常都較小型化，光程較掃描型前分光儀器的更短，因此，光的折射所帶來的影響會被放大。

采用標稱值90%透射比光譜中性濾光片作為參比時，大大減弱了因介質的不同而產生光的折射現象。不僅示值誤差變小了，重復性也變得更好，反映出這樣的方法使校準結果更加可靠。

采用以標稱值30%左右透射比光譜中性濾光片為參比時，示值誤差及重復性反而變得更差，這可能是因為朗伯-比爾定律要求吸光質點間無相互作用。但實際一定存在相互作用，且吸光度物質濃度越高，相互作用也越大，偏離朗伯-比爾定律的程度也越嚴重，當參比的透射比太小時，正是意味著這個“模擬溶液”的濃度太高，測得的結果不可信。

5 結語

本文基于前分光掃描型紫外可見分光光度計和后分光陣列式紫外可見分光光度計結構上的不同，經過實驗，發現用空氣參比校準可見光區透射比的方法，因為介質不同所產生的光折射對后分光陣列式紫外可見分光光度計的校準結果影響較大，不太適合校準后分光陣列式紫外可見分光光度計的儀器。在校準后分光陣列式紫外可見分光光度計的可見光區透射比時，采用透射比高于90%，已知標準值的光譜中性濾光片標準物質作為參比，采用同材質，最好是同批號的10%～30%已知標準值的光譜中性濾光片標準物質作為樣品，將會得到更加可信的校準結果。