物質(zhì)對(duì)光吸收的定量關(guān)系很早就受到科學(xué)家的注意并進(jìn)行了研究，19世紀(jì)50年代有關(guān)光吸收的基本定律——朗伯–比爾定律應(yīng)用于定量分析化學(xué)領(lǐng)域，于1918年生產(chǎn)出第一臺(tái)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)。隨著光學(xué)設(shè)計(jì)以及電子學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研究人員不斷設(shè)計(jì)新的軟件。紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)得到不斷改進(jìn)，不僅增加了快速掃描等功能，而且降低了儀器的使用難度，其靈敏度、準(zhǔn)確度、相關(guān)軟硬件設(shè)施性能均得到不斷提升，應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大，已成為實(shí)驗(yàn)室儀器之一。

紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)具有靈敏度高、選擇性好、操作便捷等特點(diǎn)，可以對(duì)大樣品進(jìn)及固體樣品進(jìn)行分析，被廣泛應(yīng)用于冶金地質(zhì)、機(jī)械制造、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)林業(yè)等領(lǐng)域，尤其在化工、醫(yī)藥、食品、環(huán)境檢測(cè)等行業(yè)，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)是一類(lèi)很重要的分析儀器。

隨著對(duì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定精密度及準(zhǔn)確度要求的提高，相關(guān)工作人員需要規(guī)范操作，減少試驗(yàn)中各環(huán)節(jié)的失誤，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而保證科研的嚴(yán)謹(jǐn)性。為了提高儀器設(shè)備的可靠性，儀器操作者需要懂得儀器的日常維護(hù)，以及對(duì)主要技術(shù)指標(biāo)的簡(jiǎn)易測(cè)試方法，并定期對(duì)儀器進(jìn)行核查維護(hù)，實(shí)施誤差控制，以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的有效和儀器狀態(tài)的穩(wěn)定。

本文對(duì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了介紹，分析了常見(jiàn)故障的來(lái)源及解決方法，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)給出了常用期間核查方法和使用注意事項(xiàng)。該方法為保證儀器的最佳性能和延長(zhǎng)儀器的使用壽命發(fā)揮出較大的應(yīng)用價(jià)值，且降低了實(shí)驗(yàn)室維修率，提高了儀器管理水平。

1　儀器基本性能分析

1.1　儀器結(jié)構(gòu)

常用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)主要由光源、單色器、吸收池、檢測(cè)器、信號(hào)處理系統(tǒng)等部分組成，如圖 1 所示。

光源的功能是提供足夠強(qiáng)度且穩(wěn)定的連續(xù)光譜，紫外光區(qū)常用的有氫燈和氘燈，可見(jiàn)光區(qū)常用鎢燈、鹵鎢燈；單色器是用來(lái)將光源發(fā)出的復(fù)合光分解并從中分出所需高純度單色光的裝置，主要組成為入射狹縫、色散元件、透鏡等；吸收池分為玻璃和石英兩種材質(zhì)，可見(jiàn)光區(qū)兩者均可使用，紫外光區(qū)必須用石英吸收池；檢測(cè)器又稱(chēng)為光電轉(zhuǎn)換器，可用光電轉(zhuǎn)換元件檢測(cè)透過(guò)光的強(qiáng)度，將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，常用的光電轉(zhuǎn)換元件有光電管、光電倍增管以及光二極管陣列檢測(cè)器等。

紫外可見(jiàn)光光度計(jì)工作過(guò)程如下：光源通過(guò)狹縫投向單色器，光線在這里被分解為一個(gè)連續(xù)的色帶，并經(jīng)由狹縫過(guò)濾成具有一定寬度的單色光；光線再通過(guò)吸收池、檢測(cè)器，使光信號(hào)變成電信號(hào)，經(jīng)放大處理最后通過(guò)顯示器顯示。

1.2　儀器主要特點(diǎn)

紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)種類(lèi)繁多，按照光路系統(tǒng)可分為單光束和雙光束分光光度計(jì)；按照測(cè)量方式可分為單波長(zhǎng)和雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)；按照繪制光譜圖的檢測(cè)方式分為分光掃描檢測(cè)與二極管陣列全譜檢測(cè)。

儀器使用前，操作者應(yīng)先了解儀器的結(jié)構(gòu)和工作原理，以及各個(gè)選項(xiàng)的功能。未接通電源之前，應(yīng)對(duì)儀器的安全性能進(jìn)行檢查，保證電源接線牢固，通電良好，各個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕起始位置正確。影響穩(wěn)定性的因素主要有儀器自身、電源及環(huán)境條件等，結(jié)合 JJG 178–2007 《紫外、可見(jiàn)、近紅外分光光度計(jì)　檢定規(guī)程》及日常操作經(jīng)驗(yàn)，一般要求安裝穩(wěn)壓電源以確保儀器的電壓為 (220±22) V，電源頻率為(50±1) Hz。此外，儀器所處環(huán)境應(yīng)干凈、防塵，周圍無(wú)強(qiáng)電磁場(chǎng)、強(qiáng)震動(dòng)干擾，不受強(qiáng)光直射，保持溫度在 10~35℃之間，相對(duì)濕度不大于 85%。在儀器的使用過(guò)程中，若大幅度改變測(cè)試波長(zhǎng)，需稍等片刻，待燈熱平衡后，重新校正“0"和“100%"點(diǎn)，再進(jìn)行測(cè)量。

2　儀器故障處理及期間核查

2.1　儀器常見(jiàn)故障及處理

一般情況下，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)多數(shù)故障是光路原因。遇到儀器故障時(shí)，可以先檢查以下幾項(xiàng)做初步排查：

（1）鎢燈不亮。一般原因?yàn)闊艚z燒斷或者沒(méi)有燈電壓，可用萬(wàn)用表的電阻檔和電壓檔對(duì)鎢燈燈絲是否通斷以及燈電壓的有無(wú) ( 燈電壓一般在 10 V左右 ) 進(jìn)行檢測(cè)。

（2）氘燈不亮。采用全波長(zhǎng)掃描，若此時(shí)紫外區(qū)譜圖輪廓上有許多毛刺，則可判斷燈壽命到期；若新?lián)Q氘燈依然不亮，則可能是電路問(wèn)題，此時(shí)可以用萬(wàn)用表檢測(cè)氘燈的燈絲電壓，正常情況下，起輝前燈絲電壓為 10 V，陽(yáng)極電壓為 350 V，起輝后燈絲電壓為 7 V，陽(yáng)極電壓為 90 V。也可以通過(guò)氘燈起輝后的輝光顏色進(jìn)行判斷。隨著燈使用時(shí)間的增加，輝光的顏色會(huì)由藍(lán) – 粉 – 白逐漸變化，同時(shí)燈周?chē)粞醯奈兜酪矔?huì)逐漸減弱，一般輝光到達(dá)粉色時(shí)燈基本可以進(jìn)行報(bào)廢處理。

（3）全波段基線噪聲大。全波段基線噪聲大的主要原因是光源鏡劣化，這是由于光源鏡距離光源燈最近，長(zhǎng)時(shí)間受到燈照射破壞了鏡子表面鍍膜的光潔度，減弱了光源鏡的反射率，從而導(dǎo)致儀器信噪比的降低。可用目視法檢查光源鏡表面，優(yōu)良的光源鏡面呈黑色，劣化后的光源鏡呈白色，并留有光灼燒的痕跡。此外，還應(yīng)檢查石英窗是否被污染，若有污染，則可用乙醇擦拭清除。

（4）部分區(qū)域基線噪聲大。可見(jiàn)區(qū)噪聲大多為鎢燈老化所致，可采用鎢燈能量檢查進(jìn)行判斷；紫外區(qū)噪聲大多為氘燈老化所致，可參照全波長(zhǎng)掃描或氘燈起輝后的輝光顏色進(jìn)行判斷；也可能是某些常年暴露在空氣中的光學(xué)器件的問(wèn)題，例如透鏡、石英窗等，可采用乙醇擦拭。

（5）吸光值結(jié)果出現(xiàn)負(fù)值。吸光值結(jié)果出現(xiàn)負(fù)值，一般是沒(méi)有做參比溶液空白，樣品的吸光值小于空白參比溶液，可以嘗試將參比溶液與樣品液調(diào)換位置，若此時(shí)吸光度值不小于0，則確信如此，此時(shí)將參比溶液和樣品溶液復(fù)位，重新做空白記憶或用參比溶液配置樣品溶液即可。

（6）沒(méi)有檢測(cè)信號(hào)輸出。沒(méi)有檢測(cè)信號(hào)輸出，多數(shù)情況是由于沒(méi)有光束照射到樣品室內(nèi)造成的，可將波長(zhǎng)設(shè)定為530nm，狹縫調(diào)至最寬檔位，在黑暗環(huán)境下，將一張白紙放置于樣品室光出口處，觀察白紙上有無(wú)光斑影像，若無(wú)光斑，則需要進(jìn)一步檢查光源鏡是否轉(zhuǎn)到位，雙光束儀器的切光電機(jī)是否有轉(zhuǎn)動(dòng) ( 耳朵可以聽(tīng)見(jiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的聲音 )。

（7）儀器不能調(diào)“0"或“100%"。儀器不能調(diào)“0"或“100%"，應(yīng)檢查光門(mén)是否完荃關(guān)閉；檢查儀器是否長(zhǎng)期不用，若嚴(yán)重受潮，應(yīng)及時(shí)更換或烘烤干燥劑；檢查光能量是否足夠；查看比色皿架是否安裝到位，且是否穩(wěn)定；查看比色皿在比色皿架中放置的位置是否一致，表面是否潔凈。

（8）測(cè)量數(shù)據(jù)重現(xiàn)性不佳。若比色皿支架為推拉式，考慮是否由于支架受溶液腐蝕導(dǎo)致底部滑軌和軸承生銹，從而使支架定位產(chǎn)生偏移，使得測(cè)試光束每次照射到比色皿的位置不同，影響測(cè)定結(jié)果的重現(xiàn)性；若排除儀器自身原因后，最大的可能是樣品溶液不均勻所致，可更換一種穩(wěn)定的試驗(yàn)樣品進(jìn)行驗(yàn)證。

2.2　儀器期間核查及維護(hù)

期間核查是為了保證對(duì)儀器檢定狀態(tài)的可信度，在兩次檢定之間進(jìn)行的核查。在兩次檢定之間，分析儀器工作者要根據(jù)使用情況對(duì)儀器進(jìn)行至少一次的期間核查，目的是了解儀器的運(yùn)行狀態(tài)，排除儀器不穩(wěn)定性對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果的影響。

儀器操作過(guò)程主要受光源、波長(zhǎng)、吸收池以及相應(yīng)方法的影響，因此期間核查可以從以波長(zhǎng)準(zhǔn)確度、測(cè)量重復(fù)性、雜散光、光源、單色器、檢測(cè)器、吸收池、吸收曲線、溶劑等方面著手。

2.2.1　波長(zhǎng)準(zhǔn)確度

波長(zhǎng)準(zhǔn)確度是指儀器顯示的波長(zhǎng)數(shù)值與單色光的實(shí)際波長(zhǎng)值之間的誤差，由于硫酸鎳溶液于460，550nm波長(zhǎng)處的讀數(shù)相關(guān)聯(lián)，一個(gè)升高另一個(gè)則降低，常用硫酸鎳溶液 ( 硫酸鎳溶液的制備：將硫酸鎳溶于0.1%的硫酸中，用量的多少以在 510nm測(cè)得的透光度達(dá) 80% T 為準(zhǔn) ) 監(jiān)測(cè)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的日常工作狀態(tài)。方法如下：在不同時(shí)間，分別測(cè)定波長(zhǎng)為 400~700nm處硫酸鎳溶液的吸光度，記錄數(shù)值并保存，比較前后兩次數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差，即可知儀器波長(zhǎng)的準(zhǔn)確度，硫酸鎳溶液監(jiān)測(cè)儀器工作狀態(tài)如圖2所示。

圖2中實(shí)線代表波長(zhǎng)正確時(shí)的吸收光譜，虛線代表波長(zhǎng)不正確時(shí)的吸收光譜。圖2（a）中，于460nm波長(zhǎng)處的測(cè)定值降低時(shí)，于550nm處的測(cè)定值則升高，說(shuō)明實(shí)際透過(guò)比色皿樣品的波長(zhǎng)小于指示波長(zhǎng)。圖2（b）則相反，說(shuō)明實(shí)際透過(guò)比色皿樣品的波長(zhǎng)大于指示波長(zhǎng)。箭頭1，2，3分別表示510，460，550 nm波長(zhǎng)處的吸光度，當(dāng)波長(zhǎng)偏大或偏小時(shí)，于510 nm處的吸光度值下降；當(dāng)實(shí)際波長(zhǎng)小于指示波長(zhǎng)時(shí)，圖2（a）中于460nm處的吸光度值下降，圖2（b）中于550 nm處的吸光度值升高；當(dāng)實(shí)際波長(zhǎng)大于指示波長(zhǎng)時(shí)圖 2（a）中于460 nm處的吸光度值升高，圖2（b）中于 550 nm處的吸光度值下降。

2.2.2　測(cè)量重復(fù)性

測(cè)量重復(fù)性關(guān)乎測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性，應(yīng)定期進(jìn)行重復(fù)性檢查。

在波長(zhǎng)、工作狀態(tài)、電源電壓、吸收池配套等合格的前提下，進(jìn)行重復(fù)性檢查。將分析純重鉻酸鉀置于150℃烘箱中干燥2h，取出，放置在干燥器中冷卻，精準(zhǔn)稱(chēng)量 0.6006g重鉻酸鉀于1000 mL 容量瓶中，用 0.1 mol／L的硫酸溶液溶解并定容，于波長(zhǎng)分別為235，440nm處對(duì)該溶液連續(xù)測(cè)3~5次，計(jì)算測(cè)量結(jié)果的最大誤差，小于1% T即為合格。選擇每季度對(duì)紫外可見(jiàn)光區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以保證儀器在使用有效期內(nèi)處于可靠狀態(tài)。儀器重復(fù)性測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表 1。

2.2.3　雜散光

雜散光是非信號(hào)波長(zhǎng)的光輻射照射在探測(cè)器像元上產(chǎn)生的誤差信號(hào)，是紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)分析誤差的主要來(lái)源，雜散光的高低直接影響測(cè)量濃度的上限。雜散光的產(chǎn)生與光學(xué)元件老化、臟污、錯(cuò)位、損壞有關(guān)，也與整臺(tái)機(jī)器光敏部位的密封不嚴(yán)有直接關(guān)系。

定期檢查雜散光有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)儀器問(wèn)題，起防患于未然的作用。方法如下：監(jiān)測(cè)紫外光區(qū)雜散光波長(zhǎng)為220 nm，先用蒸餾水調(diào)零，然后在石英吸收池中倒入適量 (10±0.1) g／L 的NaI溶液，若NaI的吸光度大于2.00，則為正常；監(jiān)測(cè)紫外光區(qū)雜散光波長(zhǎng)為360 nm，先用蒸餾水調(diào)零，然后在石英吸收池中倒入適量 (50±0.1) g／L NaNO2 溶液，若NaNO2的吸光度大于2.00，則為正常。

2.2.4　光源、單色器、檢測(cè)器

紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的光學(xué)系統(tǒng) ( 光源、單色器、檢測(cè)器 ) 在其常用波長(zhǎng)區(qū)域 (190~1 100nm) 中的響應(yīng)值不同，儀器如果不做基線校正，即使不放樣品，在該范圍內(nèi)的吸光度值或透過(guò)率也不會(huì)成一條直線，為了保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，要對(duì)儀器進(jìn)行基線校正。方法如下：儀器充分預(yù)熱后，將兩只盛有空白溶液的比色皿放置在樣品和參比光路中，選擇合適的分析波長(zhǎng)，調(diào)整校正波長(zhǎng)范圍略大于分析波長(zhǎng)范圍，例如分析波長(zhǎng)設(shè)定范圍220~500nm，那么校正波長(zhǎng)應(yīng)設(shè)定為210~510nm，等待校正結(jié)束后再將波長(zhǎng)設(shè)定至220～500nm，然后選擇基線校正。

2.2.5　吸收池

測(cè)試前應(yīng)對(duì)所用吸收池進(jìn)行比較，具體方法如下：向被測(cè)吸收池中注入蒸餾水，把儀器置于某一波長(zhǎng)處，石英吸收池一般選擇為220nm，玻璃吸收池為440nm，將某一個(gè)吸收池的透射比值調(diào)至100%，測(cè)量其它吸收池的透射比值，若兩者透射比之差在 ±0.5%范圍內(nèi)，則可配套使用；若超出此范圍，應(yīng)考慮吸收池對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。每次使用后，應(yīng)及時(shí)清理吸收池和石英窗，以防比色液腐蝕沾染吸收池，破壞表面光潔度，影響光信號(hào)的強(qiáng)度。

2.2.6　吸收曲線

使用儀器對(duì)溶液進(jìn)行測(cè)定時(shí)，首先選擇合適的測(cè)量波長(zhǎng)，繪制吸收曲線是正確選擇波長(zhǎng)的有效方法。一般選擇最大吸收波長(zhǎng)作為測(cè)量波長(zhǎng)，可以提高靈敏度，但有些情況下，最大吸收峰較尖銳、吸收過(guò)大或附近有干擾存在，則不能選最大吸收波長(zhǎng)，此時(shí)可以在保證一定靈敏度的情況下，選擇吸收曲線中的其它波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)定 ( 曲線較平坦處對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng) )，以消除干擾。

2.2.7　溶劑

選擇合適的溶劑，對(duì)提高分析準(zhǔn)確度也起重要作用，原則如下：

（1）選擇高純度溶劑以減小溶劑中雜質(zhì)對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。

（2）溶劑不與待測(cè)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

（3）待測(cè)物在溶劑中要有一定溶解度。

（4）在測(cè)定波長(zhǎng)范圍內(nèi)，溶劑本身應(yīng)沒(méi)有吸收。

（5）使用揮發(fā)性較大溶劑時(shí)，測(cè)量過(guò)程吸收池加蓋。

3　結(jié)語(yǔ)

對(duì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的常見(jiàn)故障和期間核查方法進(jìn)行了分析。該核查維護(hù)方法簡(jiǎn)單、方便，具有準(zhǔn)確的核查結(jié)果，在日常工作中對(duì)儀器維護(hù)和核查能夠保障檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，最大限度地減少儀器故障的出現(xiàn)；提出的故障處理方法可以確保儀器高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，提升工作效率，降低儀器的維修成本，有效延長(zhǎng)儀器使用年限，可更好地服務(wù)于科研創(chuàng)新和人才培養(yǎng)。

文章來(lái)源：[1]王新新,袁曉麗,李博,等.紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的維護(hù)及期間核查方法[J].化學(xué)分析計(jì)量,2019,28(S1):90-94.