对紫外分光光度计杂散光的探讨
时间：2020-12-23 08:02:42 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
(莆田市计量所，福建 莆田 351100)
摘 要：本文对紫外分光光度计杂散光产生的原因， 及其对测量值的影响等进行了理论分析和实验验证， 在此基础上提出了检查方法及其减小措施。
关键词：紫外分光光度计；
杂散光；
测量值；
影响
中图分类号：TH744.12+2 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2007)08—0097—01
1 杂散光对测量值的影响
紫外分光光度计的杂散光指标决定了仪器的工作可靠性和检测灵敏度， 过大的杂散光不但会淹没小吸收峰，造成光谱图线条的连续不光滑，还会降低仪器的测光精度。因此，为保证测量的可靠性，仔细分析杂散光确有必要。
杂散光是指到达接收器的被测波长以外的其他波长的光。在某些情况下杂散光可能扰乱吸收带，而使测量结果偏离吸收定律，杂散光通常用透过率表示。杂散光共有两种，一种是杂散光的波长与测量波长相同，它是由于测量波长因种种原因偏离正常光路，在不通过样品的情况下，就直接射到光电接收器上。引起这种杂光的原因是由于光学、机械零件包括样品本身的反射和散射所引起。这种杂散光可以通过一个对测定波长不透明的样品来检查。当发现放在试样池中的不透明样品的透光率不为零时，说明仪器中有上述杂散光存在。但当光度存在零位误差时，可能令造成混淆，如果在不透明的样品上涂上白色，则可增强样品本身反射和散射的效果，以提高测量灵敏度。第二种杂散光是由光学系统中的缺陷所引起，如不必要的反射面、光束孔径不匹配、灰尘的散射、光学表面的擦痕、光学系统的像差、不均匀色散等都会降低光线的单色性，使杂光增加。仪器光源系统设计不良、机械零部件加工不良、位置错移、仪器内壁防眩黑漆脱落等等也是造成杂散光的原因。
通常所指的杂散光是上述的第二种。设Is为测定波长以外的杂散光能量，I为接收器检测到的总能量，它包括测定波长能量I0和杂光能量Is即I=I0+Is，在实际分析工作中，我们需要了解的是杂光能量相对于总能量的比值，并称之为杂散光强度S=Is/I。由于Is≤I0，因此，可近似认为S=Is/I0。该式表示当被测定波长的能量降低时，杂光比例就相应增加。对仪器输出的边缘波长来说，单色器的透射率、光源光强和接收器的灵敏度都是比较低的，这时杂散光影响就更为明显，所以在紫外分光光度计中，首先应该检查200～220nm处的杂散光。杂散光对吸收峰上测量有一定的影响。在没有杂散光的情况下，根据Lambert-Beer(朗伯-比耳)定律：
A=-lg(I0/I)=-lgT
如果杂散光Is不被样品吸收，则它对参考光束和样品光束的影响相同：
A=-lg(I0+Is)/(I+Is)
因杂散光能量Is=rI
则：A=-lg(I0+rI)/(I+rI)
=-lg(I0+rI)/(I(1+r))
=-lg(I0/I+r)/(1+r)
=-lg(T+r)/(1+r)
=-lg(T+r)+lg(1+r)
当T=10%，r=0%时，A=-lg0.1=1
当T=10%，r=1%时，
A=-lg(0.1+0.01)+lg1.01=0.9629
可见，当样品的透射率为10%(即吸光度为1)时，1%杂散光强度可以使其吸光度从1.000降低到0.9629。
又如A=3，则T=0.1%，若杂散光r=1%，
则A=-lg(0.001+0.01)+lg1.01
=1.9586+0.0043
=1.963
可见，A从3降到2以下，杂散光影响就可见一斑。
根据以上推理，可得出结论：杂散光对吸光度的影响是在吸光度愈大时愈明显。
上述理论，我们进行了大量的实验验证，具体一个实验请看下一部分。杂散光的影响使测量结果偏离了朗伯-比耳定律。其差值△A可从下式进行计算：
△A=lg(1-r+10Ar)
式中：r——杂散光强度
A——真实吸光度
由于杂散光强度在边缘波段较大，因此在波长小于220nm进行紫外分光光度，测定时，常出现一种假峰，其原因，主要是样品随波长变短而吸收增大，可是由于杂散光在短波时急剧增大，因而使原来逐渐增大的吸收反而变小，就会出现不应有的“假峰”。
2 实验部分
2.1 实验设备：紫外可见分光光度计1台，型号规格：752，出厂编号860089，检定时发现杂散光r=1%，其他指标合格；
杂散光标准滤光片1块；
紫外光区的中性滤光片1块，在237nm处透射率为10.1%。
2.2 实验条件：温度：20℃±2℃；
相对温度：70%；
波长设置在220nm。
2.3 数据结果：当发现该台紫外可见分光光度计有严重的杂散光r=1%时，用标准紫外光区中性滤光片(标准值为10.1%)测得仪器吸光度A=0.954。仪器经维修处理后(方法见后)，杂散光为0.1%，测得仪器吸光度A=0.998进一步证实了在前一部分所作的理论分析的结论，即经过对仪器的杂散光强度作减小处理后，吸光度A得以提高。
3 杂散光的检定方法
根据JJG375—1996单光束紫外—可见分光光度计国家检定规程规定：
3.1 用质量浓度为10g/L的碘化钠标准溶液，10mm石英吸收池，蒸馏水作参比，设有光谱带宽调整档的仪器置最大光谱带宽(狭缝调节仪器，在缝全高的条件下)于220nm波长处，测量溶液的透射比。
3.2 用质量浓度为50g/L的亚销酸钠标冷溶液，于360nm波长处，其余同3.1测量溶液的透射比。
以上方法也可使用符合规程要求的杂散辐射率滤光片。
4 减小杂散光的措施
如属于光学系统设计所造成的杂散光，作为使用人员则无法避免。我们可做到如下几点以达到减小杂散光的目的。
4.1 因光学零件表面沾污、积尘而使杂散光增大，则可用清洁的软毛刷或吹气球除去积尘，或经脱脂的软布和纯净的溶剂(如乙醚：酒精=2∶1的混合液)，小心地擦试光学零件(不包括反光镜)表面。
4.2 如果是由于光学零部件(如棱镜、通光窗口等)表面潮解发毛，或由于反射镜面失泽甚至膜层破坏而使杂散光增大，则必须重新抛光或重新镀膜或者更换光学零件。
4.3 如果光学零件受震后松动、移位、光束不能准确行进(偏离正常光路光束被切割或射到非工作表面等)。则必须仔细调节光源和反射镜，使它们重新回到正常工作位置。
为了防止仪器杂散光增大，在日常工作中应经常注意保护仪器，特别是防尘和防潮，防沾染，所以不要轻易打开单色器和光度计部分的封盖板，不能用手直接触摸光学零件表面。
摘 要：本文对紫外分光光度计杂散光产生的原因， 及其对测量值的影响等进行了理论分析和实验验证， 在此基础上提出了检查方法及其减小措施。
关键词：紫外分光光度计；
杂散光；
测量值；
影响
中图分类号：TH744.12+2 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2007)08—0097—01
1 杂散光对测量值的影响
紫外分光光度计的杂散光指标决定了仪器的工作可靠性和检测灵敏度， 过大的杂散光不但会淹没小吸收峰，造成光谱图线条的连续不光滑，还会降低仪器的测光精度。因此，为保证测量的可靠性，仔细分析杂散光确有必要。
杂散光是指到达接收器的被测波长以外的其他波长的光。在某些情况下杂散光可能扰乱吸收带，而使测量结果偏离吸收定律，杂散光通常用透过率表示。杂散光共有两种，一种是杂散光的波长与测量波长相同，它是由于测量波长因种种原因偏离正常光路，在不通过样品的情况下，就直接射到光电接收器上。引起这种杂光的原因是由于光学、机械零件包括样品本身的反射和散射所引起。这种杂散光可以通过一个对测定波长不透明的样品来检查。当发现放在试样池中的不透明样品的透光率不为零时，说明仪器中有上述杂散光存在。但当光度存在零位误差时，可能令造成混淆，如果在不透明的样品上涂上白色，则可增强样品本身反射和散射的效果，以提高测量灵敏度。第二种杂散光是由光学系统中的缺陷所引起，如不必要的反射面、光束孔径不匹配、灰尘的散射、光学表面的擦痕、光学系统的像差、不均匀色散等都会降低光线的单色性，使杂光增加。仪器光源系统设计不良、机械零部件加工不良、位置错移、仪器内壁防眩黑漆脱落等等也是造成杂散光的原因。
通常所指的杂散光是上述的第二种。设Is为测定波长以外的杂散光能量，I为接收器检测到的总能量，它包括测定波长能量I0和杂光能量Is即I=I0+Is，在实际分析工作中，我们需要了解的是杂光能量相对于总能量的比值，并称之为杂散光强度S=Is/I。由于Is≤I0，因此，可近似认为S=Is/I0。该式表示当被测定波长的能量降低时，杂光比例就相应增加。对仪器输出的边缘波长来说，单色器的透射率、光源光强和接收器的灵敏度都是比较低的，这时杂散光影响就更为明显，所以在紫外分光光度计中，首先应该检查200～220nm处的杂散光。杂散光对吸收峰上测量有一定的影响。在没有杂散光的情况下，根据Lambert-Beer(朗伯-比耳)定律：
A=-lg(I0/I)=-lgT
如果杂散光Is不被样品吸收，则它对参考光束和样品光束的影响相同：
A=-lg(I0+Is)/(I+Is)
因杂散光能量Is=rI
则：A=-lg(I0+rI)/(I+rI)
=-lg(I0+rI)/(I(1+r))
=-lg(I0/I+r)/(1+r)
=-lg(T+r)/(1+r)
=-lg(T+r)+lg(1+r)
当T=10%，r=0%时，A=-lg0.1=1
当T=10%，r=1%时，
A=-lg(0.1+0.01)+lg1.01=0.9629
可见，当样品的透射率为10%(即吸光度为1)时，1%杂散光强度可以使其吸光度从1.000降低到0.9629。
又如A=3，则T=0.1%，若杂散光r=1%，
则A=-lg(0.001+0.01)+lg1.01
=1.9586+0.0043
=1.963
可见，A从3降到2以下，杂散光影响就可见一斑。
根据以上推理，可得出结论：杂散光对吸光度的影响是在吸光度愈大时愈明显。
上述理论，我们进行了大量的实验验证，具体一个实验请看下一部分。杂散光的影响使测量结果偏离了朗伯-比耳定律。其差值△A可从下式进行计算：
△A=lg(1-r+10Ar)
式中：r——杂散光强度
A——真实吸光度
由于杂散光强度在边缘波段较大，因此在波长小于220nm进行紫外分光光度，测定时，常出现一种假峰，其原因，主要是样品随波长变短而吸收增大，可是由于杂散光在短波时急剧增大，因而使原来逐渐增大的吸收反而变小，就会出现不应有的“假峰”。
2 实验部分
2.1 实验设备：紫外可见分光光度计1台，型号规格：752，出厂编号860089，检定时发现杂散光r=1%，其他指标合格；
杂散光标准滤光片1块；
紫外光区的中性滤光片1块，在237nm处透射率为10.1%。
2.2 实验条件：温度：20℃±2℃；
相对温度：70%；
波长设置在220nm。
2.3 数据结果：当发现该台紫外可见分光光度计有严重的杂散光r=1%时，用标准紫外光区中性滤光片(标准值为10.1%)测得仪器吸光度A=0.954。仪器经维修处理后(方法见后)，杂散光为0.1%，测得仪器吸光度A=0.998进一步证实了在前一部分所作的理论分析的结论，即经过对仪器的杂散光强度作减小处理后，吸光度A得以提高。
3 杂散光的检定方法
根据JJG375—1996单光束紫外—可见分光光度计国家检定规程规定：
3.1 用质量浓度为10g/L的碘化钠标准溶液，10mm石英吸收池，蒸馏水作参比，设有光谱带宽调整档的仪器置最大光谱带宽(狭缝调节仪器，在缝全高的条件下)于220nm波长处，测量溶液的透射比。
3.2 用质量浓度为50g/L的亚销酸钠标冷溶液，于360nm波长处，其余同3.1测量溶液的透射比。
以上方法也可使用符合规程要求的杂散辐射率滤光片。
4 减小杂散光的措施
如属于光学系统设计所造成的杂散光，作为使用人员则无法避免。我们可做到如下几点以达到减小杂散光的目的。
4.1 因光学零件表面沾污、积尘而使杂散光增大，则可用清洁的软毛刷或吹气球除去积尘，或经脱脂的软布和纯净的溶剂(如乙醚：酒精=2∶1的混合液)，小心地擦试光学零件(不包括反光镜)表面。
4.2 如果是由于光学零部件(如棱镜、通光窗口等)表面潮解发毛，或由于反射镜面失泽甚至膜层破坏而使杂散光增大，则必须重新抛光或重新镀膜或者更换光学零件。
4.3 如果光学零件受震后松动、移位、光束不能准确行进(偏离正常光路光束被切割或射到非工作表面等)。则必须仔细调节光源和反射镜，使它们重新回到正常工作位置。
为了防止仪器杂散光增大，在日常工作中应经常注意保护仪器，特别是防尘和防潮，防沾染，所以不要轻易打开单色器和光度计部分的封盖板，不能用手直接触摸光学零件表面。
