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紫外可见分光光度计基线平直度的研究
点击次数:2195 发布时间:2013-08-07 打印本页面 返回

紫外可见分光光度计基线平直度的研究

李昌厚

(中国科学院上海生物工程研究中心  上海  200233)

摘要 本文论述了紫外可见分光光度计(UV-VIS)基线平直度(BF)的重要性;指出了目前国际上在UV-VIS的BF的测定方法上的一些错误作法;讨论了影响UV-VIS的BF的主要因素。本文可供UV-VIS的研究者、制造者和使用者们参考。

0 前言
BF是表征UV-VIS各个波长上噪声(N)的技术指标[1]。而N又是UV-VISzui重要的技术指标之一[2]。他决定UV-VIS的分析检测下限或灵敏度,是广大用户非常注重的技术指标之一。因此,BF是UV-VIS非常重要的技术指标。本文京对UV-VIS的BF作一简单论述;并对有关问题进行讨论。本文可供有关科技工作者们参考。

1 BF的重要性
因UV-VIS的N,会直接影响仪器的信噪比(S/N)。所以,N是限制UV-VIS分析检测下限的主要因素[3];目前,国际上UV-VIS的生产厂商,一般都给出仪器在500nm处的N(称之为整机的N);其测试条件为:波长500nm\SBW 2nm\0 Abs、开机后预热半小时,时间扫描一小时,取其中任意10分钟峰-峰值的zui大作为N。而UV-VIS的使用者往往要在不同的波长上使用。所以,只给出500nm处的整机N,远远不能满足使用者的要求。因此,提出了BF的概念;UV-VIS的BF被定义为在全波段内每个波长上的使用灵敏度和整机的使用范围。它是用户zui关心的技术指标之一。所以,BF在UV-VIS中显得特别重要,一切UV-VIS的设计者、生产者和使用者都不能忽视BF这个指标。

2 BF的测试方式
任何分析仪器,在讲它的技术指标时,都必须首先讲这个指标的测试方法。否则,毫无意义。目前,国际上对UV-VIS的BF的测试方法,一般是在SBW-2nm、0 Abs的条件下,从长波长向短波长对仪器进行全波长慢速(或中速)扫描。而后,在全波长范围内,找出N的峰-峰(P-P)值中zui大的一点,作为改仪器的BF。这种测试方法是正确的。但是,目前,国际上有许多科技工作者都不注意这个问题;如:日本岛津的UV-2401PC,给出的仪器波长范围是
190-900nm,BF为±0.001 Abs;但是笔者发现:UV-2401 PC的BF只能在200-800nm内才能保证为±0.001 Abs。这就意味着UV-2401 PC能保证BF为±0.001Abs的使用波长范围只能是200-800nm。这种给BF的方法是不对的。它既偏离了BF的定义,又会误导使用者。特别值得注意的是,还有的公司把BF和N混为一谈。如日本的日立公司,他们在U-1500、U-2001、U-2010等UV-UIS中[4],给出了U-2001、U-2010的“基线漂移为±0.002 Ab(200-950nm)、U-1500的基线漂移为N/A”;显然,这里的“基线漂移”,是指的BF。而U-1500、U-2001、U-2010的波长范围为190-1100nm,因此,这种只给出200-950nm的BF是不符合BF定义的。尤其,在U-1500中,给出的基线漂移为N/A,这种给法更是莫名其妙!另外,日立公司又给出了U-1500的“基线稳定性为0.001 Abs/小时;U-2001、U-2010的基线稳定性为0.0003 Abs/小时(500nm处)”。但均未给出BF。很显然,日立公司的这些仪器的设计者,既未搞清稳定性的概念,又把BF和N混为一谈了。
笔者发现目前国际上,除美国的P-E等少数公
司以外,在BF这个指标上类似日本岛津和日立作法的厂商非常多。
中国亦如此,因此,这个问题很值得全世界的有关科技工作者们高度
重视。
在BF的表示方法和测试方法上产生上述现象的原因,
主要有三个:
1)不懂得BF的重要性,与N的区别;
2)既未搞清BF的物理概念,又未去认真研究。
3)为了商业上的需要;如不这样写,会影响销售。

3 影响BF的主要因素
3.1 滤光片或光学元件上有灰尘,会产生散射而引起N;使BF变差;
3.2 滤光片未安装好,而不同波段采用不同的滤光片;所以,滤光片切换时会产生N,使BF变差;
3.3 光源(氘灯、钨灯)切换时产生N,此N一般在340-360nm左右出现,从而使BF变差;
3.4 F测试时扫描速度太快,也会影响BF;使BF变差;笔者对北京普析通用的TU-1901的BF进行了测试,发现:慢速扫描时,BF为±0.0005 Abs,中速扫描时,BF为±0.0014 Abs,快速扫描时,BF为±0.0035 Abs;
3.5 电学方面的N太大,特别是放大器和光电转换元件的N,会使BF变差;
3.6 光学部分未调整好,会使信号减小,信噪比(S/N)变小,使BF变差;
3.7 环境因素(如振动、电磁场干扰、电压不稳等)影响,使BF变差。

4 讨论

4.1 BF与整机N的主要区别
BF和整机N二者有根本的区别:
1)物理概念不同:
BF:仪器全波段内每个波长上的N;与滤光片切换和光源切换有关;
N:仪器在500nm波长上的N;与滤光片切换和光源切换无关;
2)测试时仪器状态不同:
BF:仪器处在运动状态,仪器的波长始终在变化;
N:仪器处在静止状态;仪器的波长始终不变;
3)测试波长位置不同:
BF:测试仪器的全波长范围内每个波长的N;
N:测试仪器固定在500nm处的N;
4)扫描方式不同:
BF:波长扫描方式;
N:时间扫描方式;
5)影响因素不同:
BF:如(“3”所述);
N:主要是电子学部分的元器件引起(特别是放大器和光电转换元件),也包含少量的光N;
6)对使用的影响不同:
BF:限制仪器实际可使用的波长范围、影响仪器各个波长的检测下限;
N:只影响仪器500nm处的检测下限;主要作为比较仪器的依据之一,但也能据此粗略看出仪器性能好坏。
目前,国外仪器的的BF为±0.001 Abs(如Lambda 900[5]、Cary 500[6]等);中国仪器的的BF为±0.001 Abs(如TU-1901[7]等)国外仪器的的N为±0.0002 Abs(如Lambda900[5]、Cary500[6]等);中国仪器的的N为±0.00035 Abs(如TU-1901[7]等);

4.2BF与漂移(SD)的主要区别:
1)物理概念不同:
BF:全波长范围内,各个波长上的N;与滤光片和光源切换有关;
SD:与时间有关的光度值的变化量,主要影响因素是仪器的电子学部分;
2)测试条件不同:
BF:在0 Abs、SBW=2nm的条件下,进行全波长慢速扫描;
SD:在0 Abs、SBW=2mm、波长固定为500nm的条件下,进行时间慢速或中速扫描;
3)影响的因素不同:
BF:影响BF的因素有七个(见“3”)。
SD:影响SD的主要因素是UV-VIS的电子学系统(主要是电源)和环境(电磁场、温度、湿度等)。

4.3 目前国内外科技工作者对BP的认识、运用方面的主要错误倾向
国内外的许多科技工作者,对UV-VIS的BF的重要性尚未引起足够重视;在BF的运用方面还存在许多错误;其具体表现如下:
1)不给BF:国内外许多UV-VIS的制造商,根本不给出UV-VIS仪器的BF;
2)许多制造商,在给出UV-VIS的BF时,千篇一律的写成±0.001 Abs;如Lambda9、2401PC、2501PC[8]、Cary50和中国许多仪器等;
3)不给全波长范围内的BF;如许多仪器给出的波长范围为190—1100nm,但给出的BF的波长范围为210-800nm。
以上三种作法都是不对的,其理由是:
1)如果不给BF,使用者将不知自己所使用的波长上
的N,因此,所使用的波长处的检测下限是未知的。
2)并非UV-VIS的BF都是±0001 Abs;如北京普析通用仪器公司的所有TU-1901给出的BF均为±0.001 Abs,但笔者对它进行过多次实际测试,结果并不都是±0.001 Abs:*次实测结果为±0.0005 Abs;第二次是±00008 Abs,实测另外三台,结果分别为:±00008 Abs、±00005 Abs、±00007 Abs;该公司的TU-1221给出的BF也为±0001 Abs,但其实测BF可达±0.0008 Abs(中国环境监测总站1997年10月实测[9])。
而国内XX厂给出的UV-VIS的BF为±0.001 Abs,笔者实测为±0.004 Abs相差4倍。
3)至于不给全波长范围内的BF,笔者认为更是不对的;因为:*、未搞清BF的概念或定义;第二,不能保证UV-VIS的使用范围,可以说是虚指标。第三,会误导使用者;使使用者误认为制造厂给的BF就是指的全波长范围内的BF;但这种现象比较普遍,中国、外国都有。所以,用户要特别对此引起高度重视。

4.4 如何保证或提高UV-VIS的BF
1)设计者:要从理论上搞清BF的概念、要把BF与N真正区分开来;并在设计时要严格控制影响BF的因素;2)生产者:要重视BF对整机的影响。生产中要重视对BF的测试和质量控制;要研究BF的测试方法,保证科学、准确的测出BF!并要在说明书中明确给出整个波段范围内的BF;不能给出模棱两可的指标。
3)使用者:要重视BF对分析测试结果的影响,要重视对BF的检查,要经常测试BF;一旦发现问题要及时解决。

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