基于后分光技術(shù)陣列式紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)透射比校準(zhǔn)方法

/上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

0 引言

紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)是一種使用最多、覆蓋面最廣的分析儀器，廣泛應(yīng)用在檢驗(yàn)檢測(cè)領(lǐng)域。紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)一般由光源系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、樣品系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、處理存儲(chǔ)系統(tǒng)五大系統(tǒng)構(gòu)成。根據(jù)分光系統(tǒng)相對(duì)樣品檢測(cè)位置的不同，分光光度測(cè)量?jī)x器分為前分光式和后分光式[1]兩類(lèi)。

后分光陣列式紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)在于掃描速度快，因?yàn)槎O管陣列、CCD傳感器可以同時(shí)記錄所有波長(zhǎng)下的光譜信息，從而實(shí)現(xiàn)快速記錄，在市場(chǎng)上的占比也在逐漸增加。

1 前分光技術(shù)和后分光技術(shù)結(jié)構(gòu)和原理的區(qū)別

若光在經(jīng)過(guò)樣品檢測(cè)位置前已經(jīng)被分光系統(tǒng)分離為單色光的，一般稱為前分光，傳統(tǒng)掃描型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)就是這個(gè)工作原理，如圖1所示。若光先經(jīng)過(guò)樣品檢測(cè)位置后再經(jīng)過(guò)分光系統(tǒng)被分離成單色光的，稱之為后分光，陣列式紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)就是基于這個(gè)原理[2]，如圖2所示。

圖1 傳統(tǒng)掃描型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)工作原理

圖2 陣列式紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)工作原理

2 校準(zhǔn)過(guò)程中的問(wèn)題

在日常校準(zhǔn)工作中，依據(jù)JJG 178-2007《紫外、可見(jiàn)、近紅外分光光度計(jì)》檢定規(guī)程[3]對(duì)傳統(tǒng)掃描型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)透射比示值誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。

但是，依據(jù)JJG 178-2007對(duì)梅特勒UV-7及安捷倫UV8453等后分光陣列式紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的透射比示值誤差進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)可見(jiàn)區(qū)的透射比示值誤差往往會(huì)低于廠家申明的指標(biāo)，而紫外區(qū)的透射比示值誤差卻符合廠家申明的指標(biāo)。課題組通過(guò)實(shí)驗(yàn)詳細(xì)探討了這一問(wèn)題。

3 實(shí)驗(yàn)部分

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，采用光譜中性濾光片對(duì)梅特勒UV-7的后分光陣列式紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)做了一系列實(shí)驗(yàn)。分別是以空氣為參比；以標(biāo)稱值90%透射比光譜中性濾光片為參比；以標(biāo)稱值30%透射比光譜中性濾光片為參比；以標(biāo)稱值為10%和20%透射比光譜中性濾光片作為樣品進(jìn)行校準(zhǔn)，計(jì)算儀器的透射比示值誤差和重復(fù)性。

除了以空氣為參比的校準(zhǔn)是常規(guī)校準(zhǔn)外，以已知標(biāo)準(zhǔn)值的光譜中性濾光片進(jìn)行參比實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要將已知透射比的光譜中性濾光片的標(biāo)準(zhǔn)值依據(jù)公式進(jìn)行換算

A=-lgT

式中：A——物質(zhì)的吸光度；

T——物質(zhì)的透射比

方法為：1）將所有濾光片透射比標(biāo)稱值換算為吸光度標(biāo)準(zhǔn)值，因?yàn)橥干浔仁窍鄬?duì)值，而吸光度是絕對(duì)值，可以通過(guò)加減進(jìn)行空白扣除；2）將透射比為10%、20%的待測(cè)樣品的標(biāo)準(zhǔn)值通過(guò)A1=A0-Aref進(jìn)行換算，其中A1為待測(cè)樣品轉(zhuǎn)換后新的吸光度標(biāo)準(zhǔn)值，A0為待測(cè)樣品吸光度標(biāo)準(zhǔn)值，Aref為參比吸光度標(biāo)準(zhǔn)值。3）再將新的吸光度標(biāo)準(zhǔn)值換算為新的透射比標(biāo)準(zhǔn)值。

最后進(jìn)行示值誤差和重復(fù)性的校準(zhǔn)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1～3所示。

表1 以空氣為參比

表2 以標(biāo)稱值90%左右透射比光譜中性濾光片為參比

表3 以標(biāo)稱值30%左右透射比光譜中性濾光片為參比

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以清晰地看出，使用以標(biāo)稱值90%透射比光譜中性濾光片為參比時(shí)，儀器的示值誤差最小，重復(fù)性最好。以空氣為參比的次之，以標(biāo)稱值30%透射比光譜中性濾光片為參比時(shí)，儀器的示值誤差最大，重復(fù)性也最差。

這可能是由于采用空氣作為參比校準(zhǔn)可見(jiàn)光區(qū)透射比示值誤差時(shí)，將光譜中性濾光片插入樣品槽，通過(guò)光路，光束在空氣和玻璃之間的過(guò)渡處會(huì)稍微扭曲，然后又從玻璃回到空氣中。該變化可以由檢測(cè)器測(cè)量為光強(qiáng)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(zhǎng)，光的準(zhǔn)直性相對(duì)更好，發(fā)生折射的效應(yīng)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(lái)的影響會(huì)被放大。

采用標(biāo)稱值90%透射比光譜中性濾光片作為參比時(shí)，大大減弱了因介質(zhì)的不同而產(chǎn)生光的折射現(xiàn)象。不僅示值誤差變小了，重復(fù)性也變得更好，反映出這樣的方法使校準(zhǔn)結(jié)果更加可靠。

采用以標(biāo)稱值30%左右透射比光譜中性濾光片為參比時(shí)，示值誤差及重復(fù)性反而變得更差，這可能是因?yàn)槔什?比爾定律要求吸光質(zhì)點(diǎn)間無(wú)相互作用。但實(shí)際一定存在相互作用，且吸光度物質(zhì)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(yán)重，當(dāng)參比的透射比太小時(shí)，正是意味著這個(gè)“模擬溶液”的濃度太高，測(cè)得的結(jié)果不可信。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于前分光掃描型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)和后分光陣列式紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)上的不同，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)用空氣參比校準(zhǔn)可見(jiàn)光區(qū)透射比的方法，因?yàn)榻橘|(zhì)不同所產(chǎn)生的光折射對(duì)后分光陣列式紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的校準(zhǔn)結(jié)果影響較大，不太適合校準(zhǔn)后分光陣列式紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的儀器。在校準(zhǔn)后分光陣列式紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的可見(jiàn)光區(qū)透射比時(shí)，采用透射比高于90%，已知標(biāo)準(zhǔn)值的光譜中性濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為參比，采用同材質(zhì)，最好是同批號(hào)的10%～30%已知標(biāo)準(zhǔn)值的光譜中性濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為樣品，將會(huì)得到更加可信的校準(zhǔn)結(jié)果。