高精度分光光度计在量值溯源中的应用

赖岸，张来平

（ 工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 511370）

0 引言

常见的分光光度计有可见光分光光度计、紫外可见分光光度计和紫外/可见/近红外分光光度计。分光光度计的发展经历了几个关键的技术突破阶段，从最初的单光束发展到准双光束、双光束和双波长；光学元件由棱镜分光发展到光栅分光；电子学元件由电子管和晶体管组合电路到现在的集成电路。近年来，分光光度计的应用范围不断地拓展，其结构特点日趋多样化，性能优越性更加突出，特别是高精度型分光光度计，具有极佳的测量准确性和可靠性。不同类型的分光光度计的技术指标如表1所示[1]。

表1 不同类型的分光光度计技术指标

1 分光光度计的测量原理

紫外-可见吸收光谱分析法是基于200～800 nm光谱区域内测定物质的吸收光谱或在某指定波长处的吸光度值，对被测物质进行定性、定量或者结构分析的一种方法。分光光度计的测量原理是朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律，如公式（1）所示：

式（1）中：A——物质的吸光度；

I——入射的单色光强度；

Io——透射的单色光强度；

T——物质的透射比；

k——物质的吸光系数；

l——被分析物质的光程；

c——物质的浓度。

2 高精度分光光度计在计量中的溯源应用

在化学计量和光学计量中，标准物质或者玻璃滤光片作为常用的计量器具，通过对相关仪器的波长、透射比和杂散光等参数测量，评价仪器的性能，开展相关的计量工作。这些计量器具的量值溯源需要使用到光谱光度计标准装置，高精度分光光度计作为标准装置中的重要组成部分，在标准物质或标准器具的量值溯源中具有广泛、深入的应用。在已知的应用领域中，分光光度计、酶标分析仪和农药残留分析仪等化学仪器，以及透射式烟度计、雾度计和色差计等光学仪器的量值溯源中均需要使用到高精度分光光度计。

目前在测量与计量领域使用的最高精度分光光度计，不仅波长范围能够满足使用需求，透射比与杂散光部分也具有明显的优越性，表2比较了目前市场上的两种常见高精度分光光度计特性，并与光谱光度计标准装置的技术要求做了比较。高精度分光光度计在每个参量上均优于光谱光度计标准装置的性能要求，完全可以满足量值溯源的要求。

表2 高精度分光光度计的计量特性

根据JJG 1034—2008《光谱光度计标准滤光器检定规程》，标准滤光器包含透射比标准滤光片、吸收型波长标准滤光片、干涉滤光片和杂散辐射标准滤光片。透射比标准滤光片一般包含中性灰玻璃滤光片、镀金属膜滤光片和重铬酸钾滤光片等。波长型标准滤光片包含干涉滤光片、氧化钬滤光片、镨钕滤光片和镨铒滤光片等[2]。光谱光度计检定装置作为开展标准滤光器的计量设备，其计量特性要求比较高，具体为：波长分辨力优于0.05 nm，波长示值误差优于±0.20 nm；特征波长点透射比示值误差优于±0.001；杂散光辐射水平低于1×10-5；光谱范围满足工作需要。

根据化学仪器相关的检定规程，高精度分光光度计主要用于标准物质和滤光片的定值：

1）工作级分光光度计用于波长标准物质与滤光片、透射比标准物质（紫外光区滤光片和光谱中性滤光片）和杂散光标准物质中[3]；

2）酶标分析仪计量中使用的标准干涉滤光片光谱中性滤光片，如图1a所示[4]；

3）烟度计计量中使用标准中性滤光片，如图1b表示[5]；

图1 滤光片

4）农药残留分析仪计量中使用光谱中性滤光片[6]。

使用高精度分光光度计给各类标准物质和滤光片赋值的结果如表3所示，这些测量结果与计量技术规范中要求的技术指标相符，或者优于对应的技术指标。在实际开展计量的工作中能够有效地保障量值传递的准确度与可靠性。

表3 高精度分光光度计测量标准物质和滤光片的测量不确定度

3 结束语

上文的论述能够充分地说明高精度分光光度计的优越性能够保证其作为量值溯源中标准器具的可靠性与准确性，并且在越来越多的化学与光学测量中发挥作用，比如：水质分析中，对超低含量的吸光类物质的含量测定、玻璃镀膜的透光性测量、液体标准物质浓度的定值和标准色板的定值等。值得一提的是，目前市场上的高精度分光光度计都是国外产品，国内生产的分光光度计还不能作为标准器具，这类仪器的国产化是十分必要而有意义的。