物質(zhì)對光吸收的定量關(guān)系很早就受到科學家的注意并進行了研究，19世紀50年代有關(guān)光吸收的基本定律——朗伯–比爾定律應用于定量分析化學領(lǐng)域，于1918年生產(chǎn)出第一臺紫外可見分光光度計。隨著光學設(shè)計以及電子學技術(shù)的發(fā)展，研究人員不斷設(shè)計新的軟件。紫外可見分光光度計得到不斷改進，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、準確度、相關(guān)軟硬件設(shè)施性能均得到不斷提升，應用范圍也不斷擴大，已成為實驗室儀器之一。

紫外可見分光光度計具有靈敏度高、選擇性好、操作便捷等特點，可以對大樣品進及固體樣品進行分析，被廣泛應用于冶金地質(zhì)、機械制造、環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)林業(yè)等領(lǐng)域，尤其在化工、醫(yī)藥、食品、環(huán)境檢測等行業(yè)，紫外可見分光光度計是一類很重要的分析儀器。

隨著對紫外可見分光光度計測定精密度及準確度要求的提高，相關(guān)工作人員需要規(guī)范操作，減少試驗中各環(huán)節(jié)的失誤，以保證測量數(shù)據(jù)的準確性，從而保證科研的嚴謹性。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，以及對主要技術(shù)指標的簡易測試方法，并定期對儀器進行核查維護，實施誤差控制，以保證測量數(shù)據(jù)的有效和儀器狀態(tài)的穩(wěn)定。

本文對紫外可見分光光度計的基本結(jié)構(gòu)和工作原理進行了介紹，分析了常見故障的來源及解決方法，結(jié)合工作經(jīng)驗給出了常用期間核查方法和使用注意事項。該方法為保證儀器的最佳性能和延長儀器的使用壽命發(fā)揮出較大的應用價值，且降低了實驗室維修率，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)

常用紫外可見分光光度計主要由光源、單色器、吸收池、檢測器、信號處理系統(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，可見光區(qū)常用鎢燈、鹵鎢燈；單色器是用來將光源發(fā)出的復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)，可見光區(qū)兩者均可使用，紫外光區(qū)必須用石英吸收池；檢測器又稱為光電轉(zhuǎn)換器，可用光電轉(zhuǎn)換元件檢測透過光的強度，將光信號轉(zhuǎn)變成電信號，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器等。

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

1.2　儀器主要特點

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

儀器使用前，操作者應先了解儀器的結(jié)構(gòu)和工作原理，以及各個選項的功能。未接通電源之前，應對儀器的安全性能進行檢查，保證電源接線牢固，通電良好，各個調(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、近紅外分光光度計　檢定規(guī)程》及日常操作經(jīng)驗，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)境應干凈、防塵，周圍無強電磁場、強震動干擾，不受強光直射，保持溫度在 10~35℃之間，相對濕度不大于 85%。在儀器的使用過程中，若大幅度改變測試波長，需稍等片刻，待燈熱平衡后，重新校正“0”和“100%”點，再進行測量。

2　儀器故障處理及期間核查

2.1　儀器常見故障及處理

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

（1）鎢燈不亮。一般原因為燈絲燒斷或者沒有燈電壓，可用萬用表的電阻檔和電壓檔對鎢燈燈絲是否通斷以及燈電壓的有無 ( 燈電壓一般在 10 V左右 ) 進行檢測。

（2）氘燈不亮。采用全波長掃描，若此時紫外區(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，則可能是電路問題，此時可以用萬用表檢測氘燈的燈絲電壓，正常情況下，起輝前燈絲電壓為 10 V，陽極電壓為 350 V，起輝后燈絲電壓為 7 V，陽極電壓為 90 V。也可以通過氘燈起輝后的輝光顏色進行判斷。隨著燈使用時間的增加，輝光的顏色會由藍 – 粉 – 白逐漸變化，同時燈周圍臭氧的味道也會逐漸減弱，一般輝光到達粉色時燈基本可以進行報廢處理。

（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，長時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?？梢妳^(qū)噪聲大多為鎢燈老化所致，可采用鎢燈能量檢查進行判斷；紫外區(qū)噪聲大多為氘燈老化所致，可參照全波長掃描或氘燈起輝后的輝光顏色進行判斷；也可能是某些常年暴露在空氣中的光學器件的問題，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)負值。吸光值結(jié)果出現(xiàn)負值，一般是沒有做參比溶液空白，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，若此時吸光度值不小于0，則確信如此，此時將參比溶液和樣品溶液復位，重新做空白記憶或用參比溶液配置樣品溶液即可。

（6）沒有檢測信號輸出。沒有檢測信號輸出，多數(shù)情況是由于沒有光束照射到樣品室內(nèi)造成的，可將波長設(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，觀察白紙上有無光斑影像，若無光斑，則需要進一步檢查光源鏡是否轉(zhuǎn)到位，雙光束儀器的切光電機是否有轉(zhuǎn)動 ( 耳朵可以聽見電機轉(zhuǎn)動的聲音 )。

（7）儀器不能調(diào)“0”或“100%”。儀器不能調(diào)“0”或“100%”，應檢查光門是否完荃關(guān)閉；檢查儀器是否長期不用，若嚴重受潮，應及時更換或烘烤干燥劑；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，使得測試光束每次照射到比色皿的位置不同，影響測定結(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)定的試驗樣品進行驗證。

2.2　儀器期間核查及維護

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

儀器操作過程主要受光源、波長、吸收池以及相應方法的影響，因此期間核查可以從以波長準確度、測量重復性、雜散光、光源、單色器、檢測器、吸收池、吸收曲線、溶劑等方面著手。

2.2.1　波長準確度

波長準確度是指儀器顯示的波長數(shù)值與單色光的實際波長值之間的誤差，由于硫酸鎳溶液于460，550nm波長處的讀數(shù)相關(guān)聯(lián)，一個升高另一個則降低，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測得的透光度達 80% T 為準 ) 監(jiān)測紫外可見分光光度計的日常工作狀態(tài)。方法如下：在不同時間，分別測定波長為 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)的相對誤差，即可知儀器波長的準確度，硫酸鎳溶液監(jiān)測儀器工作狀態(tài)如圖2所示。

圖2中實線代表波長正確時的吸收光譜，虛線代表波長不正確時的吸收光譜。圖2（a）中，于460nm波長處的測定值降低時，于550nm處的測定值則升高，說明實際透過比色皿樣品的波長小于指示波長。圖2（b）則相反，說明實際透過比色皿樣品的波長大于指示波長。箭頭1，2，3分別表示510，460，550 nm波長處的吸光度，當波長偏大或偏小時，于510 nm處的吸光度值下降；當實際波長小于指示波長時，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；當實際波長大于指示波長時圖 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　測量重復性

測量重復性關(guān)乎測量數(shù)據(jù)的有效性，應定期進行重復性檢查。

在波長、工作狀態(tài)、電源電壓、吸收池配套等合格的前提下，進行重復性檢查。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，精準稱量 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，于波長分別為235，440nm處對該溶液連續(xù)測3~5次，計算測量結(jié)果的最大誤差，小于1% T即為合格。選擇每季度對紫外可見光區(qū)進行監(jiān)測，以保證儀器在使用有效期內(nèi)處于可靠狀態(tài)。儀器重復性測量結(jié)果見表 1。

2.2.3　雜散光

雜散光是非信號波長的光輻射照射在探測器像元上產(chǎn)生的誤差信號，是紫外可見分光光度計分析誤差的主要來源，雜散光的高低直接影響測量濃度的上限。雜散光的產(chǎn)生與光學元件老化、臟污、錯位、損壞有關(guān)，也與整臺機器光敏部位的密封不嚴有直接關(guān)系。

定期檢查雜散光有利于及時發(fā)現(xiàn)儀器問題，起防患于未然的作用。方法如下：監(jiān)測紫外光區(qū)雜散光波長為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)測紫外光區(qū)雜散光波長為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、檢測器

紫外可見分光光度計的光學系統(tǒng) ( 光源、單色器、檢測器 ) 在其常用波長區(qū)域 (190~1 100nm) 中的響應值不同，儀器如果不做基線校正，即使不放樣品，在該范圍內(nèi)的吸光度值或透過率也不會成一條直線，為了保證測試的準確性，要對儀器進行基線校正。方法如下：儀器充分預熱后，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，調(diào)整校正波長范圍略大于分析波長范圍，例如分析波長設(shè)定范圍220~500nm，那么校正波長應設(shè)定為210~510nm，等待校正結(jié)束后再將波長設(shè)定至220～500nm，然后選擇基線校正。

2.2.5　吸收池

測試前應對所用吸收池進行比較，具體方法如下：向被測吸收池中注入蒸餾水，把儀器置于某一波長處，石英吸收池一般選擇為220nm，玻璃吸收池為440nm，將某一個吸收池的透射比值調(diào)至100%，測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，應考慮吸收池對測試結(jié)果的影響。每次使用后，應及時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，影響光信號的強度。

2.2.6　吸收曲線

使用儀器對溶液進行測定時，首先選擇合適的測量波長，繪制吸收曲線是正確選擇波長的有效方法。一般選擇最大吸收波長作為測量波長，可以提高靈敏度，但有些情況下，最大吸收峰較尖銳、吸收過大或附近有干擾存在，則不能選最大吸收波長，此時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進行測定 ( 曲線較平坦處對應的波長 )，以消除干擾。

2.2.7　溶劑

選擇合適的溶劑，對提高分析準確度也起重要作用，原則如下：

（1）選擇高純度溶劑以減小溶劑中雜質(zhì)對測定結(jié)果的影響。

（2）溶劑不與待測物質(zhì)發(fā)生化學反應。

（3）待測物在溶劑中要有一定溶解度。

（4）在測定波長范圍內(nèi)，溶劑本身應沒有吸收。

（5）使用揮發(fā)性較大溶劑時，測量過程吸收池加蓋。

3　結(jié)語

對紫外可見分光光度計的常見故障和期間核查方法進行了分析。該核查維護方法簡單、方便，具有準確的核查結(jié)果，在日常工作中對儀器維護和核查能夠保障檢測數(shù)據(jù)的準確性，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轉(zhuǎn)，提升工作效率，降低儀器的維修成本，有效延長儀器使用年限，可更好地服務于科研創(chuàng)新和人才培養(yǎng)。

文章來源：[1]王新新,袁曉麗,李博,等.紫外可見分光光度計的維護及期間核查方法[J].化學分析計量,2019,28(S1):90-94.