摘 要

本文討論了紫外可見分光光度計（UV-VISS）的光度準確度（Photometric Accuracy；以下簡稱PA；PA是吸光度理論值A0與實際測量值A之差）的重要性；指出了影響 UV-VISS的PA的主要因素；提出了如何保證或提高UV-VISS的PA的主要途徑。

前 言

分析儀器是是集光、機、電、計算機四為一體的、技術密集的、高科技產品，分析儀器及其應用的發展速度非常快[1]。UV-VISS是當今世界上歷史最悠久、使用最多、覆蓋面最廣的分析儀器之一；目前，國際上有數百家從事 UV-VISS生產的廠商，但是，在UV-VISS的PA這個最重要、最關鍵的技術指標的表示方法、給出的數據等方面，絕大多數都存在嚴重問錯誤；首先， PA的表示方法方面，目前，國際上一般都用透過率誤差（△T）或吸光度誤差（△A）表示。有的廠商同時給出△T和△A，但有的廠商只給△T或△A 。作者認為這兩種給法都是可以的

但作者研究表明：在單獨給出△T或△A或同時給出△T和△A 的廠商中，絕大多數都沒有搞清△T和△A 的關系，所以給出的數據都是錯誤的（主要表現在給出的△T和△A是相互矛盾的；△T在儀器整個T 值的范圍內都達不到）。目前為止，只有美國 P-E的Lambd9[2]等少數UV-VISS給出的△T或△A或同時給出的△T和△A是正確的。因此，作者曾將這些錯誤稱之為國際性的錯誤。

作者[5]經過認真的、深入的研究，發現Shimadzu、Hitachi、GBC和中國的大多數廠商，都是只要自認為自己生產的UV-VISS屬于所謂高檔儀器，就在0-100%T的范圍內，將△T都千篇一律寫為：± 0.3%T。同時，對應的△A都寫為：0-0.5Abs內時為±0.002Abs、0.5-1Abs內時為± 0.004Abs。同樣，這也是一個國際性的錯誤。

作者對這個問題作了深入研究[7] ，從比耳定律出發，推出了一個科學的、復雜的計算公式，并據此計算出七十多張表格。同時據表格作出了一組曲線圖。下面是其中的一張表和曲線圖（詳見：李昌厚等，現代科學儀器，2000年，第一期，第24頁）：

從上述表和圖，可以清楚的看出：當△T ＝0.3%T時，若吸光度為0.5A，△A不是0.002A,而是0.0041A；若吸光度為1.0 A，△A不是0.004A，而是0.0128A。

△T和△A產生上述錯誤現象的主要原因有三個：

　　第一，未深入研究，不懂得△T和T0 （透過率真值）的關系，不懂得△A和A0（吸光度真值）的關系，不懂得影響△T和△A的主要因素；

　　第二，人云亦云，不管對不對，你這樣寫，我也盲目的這樣寫；

　　第三，商業上的需要，人家給的± 0.3 %T ，我如不這樣寫，就擔心會影響儀器的銷售。

本文將從研發、生產、使用三者的角度，研究、討論 PA 及其有關問題。

一、UV-VISS的PA的重要性

什么叫 UV-VISS 的PA？簡言之，UV-VISS 對某試樣吸光度的實際測量值與該試樣吸光度真值（實際測量值）之差就叫 PA 。它是 UV-VISS 可靠性的核心問題，也是使用者最關心的核心問題。

什么叫可靠性？長期以來，國際上都很重視可靠性這個問題，研究者很多。綜合文獻并結合作者的實踐，作者提出：可靠性可分為狹義和廣義兩種[4]、[5]；狹義可靠性是指傳統的可靠性，主要指儀器的設計、制造方面的故障率（含元器件），但是它沒有考慮到使用者的數據準確度、可靠性等這些關鍵問題；而廣義的可靠性則應包括儀器的故障率、準確度、漂移、重復、售后服務等；這樣，既考慮了研發、生產者的問題，也考慮到了廣大使用者的實際使用要求。

儀器故障率高、安全性差，當然是不可靠。但測量的數據不準確，出了故障不能及時排除，更是不可靠。對用戶來講，一臺UV-VISS，如果分析測試的結果不準確，就是最大的不可靠。所以，任何UV-VISS的設計者、生產者，都希望自己作出的UV-VISS具有很高的PA；任何使用者都希望自己使用的UV-VISS具有很高的PA。

任何UV-VISS的使用者都要求自己使用的儀器穩定可靠；對用戶來講，所謂穩定，就是漂移小，重復性好。所謂可靠，就是測量結果準確（測量結果誤差小）、故障率小，出了故障能及時排除。穩定可靠，是一切UV-VISS使用者選擇儀器的宗旨。因此，PA應是UV-VISS的設計者、生產者和使用者們共同最關心、最重要的關鍵技術指標。

二、影響 PA 最主要的因素

作者經過長期實踐、反復研究，認為影響PA最主要、最關鍵的因素，可用下述數學表達式描述：

PA=f(SL、N、BF、SBW)

　式中：PA  -光度準確度（Photometric Accuracy）

　SL  -雜散光（Stray Light）

　N  -噪聲(Nois)

　BF  -基線平直度(Baisline Flat；表征全波段每個波長上的噪聲)

　SBW  -光譜帶寛(Spectral Band Width)

1. SL：

UV-VISS 的SL非常重要，它產生光噪聲、直接限制被分析測試試樣濃度的上限。它是目前國際上所有用戶最關心的問題之一。目前，國際上有許多專家學者都在研究SL。下面是 Owen[12] 的研究結果（見圖1）：從圖1可明顯看出，不同的SL，偏離比耳定律的程度不同（產生的誤差不同）。

圖1 不同SL偏離比耳定律

作者[6]和Shape[5]的研究表明：在試樣濃度為2Abs時測試，若UV-VISS儀器有0.1%的SL，則可產生5%的相對誤差（△A/A0）；若在 0.434Abs 處測試，儀器的 SL為0.5% ，則分析結果的相對誤差（△A/A0）就會超過1% ，就不能滿足某些藥物分析工作的要求.

作者發現：在SL問題上，國外有些廠商對此很不負責任的亂宣傳。如日本的島津，它的2501PC[8] UV-VISS曾經自稱是世界上最高級的 UV-VISS，他們在樣本上寫著：分析測試的試樣的濃度可達 9Abs。而當時美國PE公司推出的Lambda 900、美國Varia公司的Cary500的SL都為8x10-7，,但比較實在的給出測試的吸光度上限為5-6Abs（經作者測試，認為5.5Abs基本可靠）。

作者從理論上和實踐上對2501PC進行了認真的研究，發現2501PC 樣本上[8]提供的 SL為3ⅹ10-6，根據比耳定律和雜散光理論，作者計算的結果，在9Abs時，該儀器的分析測試的絕對誤差△A在 3Abs以上。這種分析測試結果的可靠性極差，毫無實用價值。所以，2501PC 提供的所謂可測到9Abs是不實用的虛指標，是無意義的。

作者對SL進行了深入研究；從比耳定律出發，推出了一個很科學、很復雜的計算公式[7]，并據此計算出七十幾張表，同時據表作出一組曲線圖（見圖2）。

圖2 SL對△A/A影響的研究

從圖2也可簡明的看出：在試樣為2Abs處測試，若儀器有0.1% 的 SL，則可產生5% 的相對誤差（△A/A0）；若在 0.434 Abs 處測試，儀器的SL為0.5% ，則分析結果的相對誤差（△A/A0）就會超過1% ，就不能滿足某些藥物分析工作的要求。

2 .N ：

UV-VISS的N[9]，包括光N和電N；光N由光源的發光強度分布因子所產生，電N由光電倍增管（PMT）、各類電源、放大器等電子學部分所引起。N是UV-VISS 的最重要的關鍵技術指標之一，它直接限制 UV-VISS 的檢測下限（靈敏度）。因此，必須重視對N的研究。

作者[11]的研究表明：若要滿足藥典的要求（某些藥物分析測試的相對誤差要求為1%），則在試樣的吸光度為0.05Abs時，儀器在測試波長處的N必須達到±0.0005 Abs。而目前，日本和中國的許多UV-VISS 的生產廠家并未重視這個問題。許多廠商的樣本不給出儀器的N（如Shimadzu 的2401PC、2501PC等），這就意味著他們生產的 UV-VISS 的檢測下限是未知的。有的廠商給出了儀器的 N，但是太大，不能滿足藥典的要求。這些問題是使用者挑選UV-VISS儀器時必須重視的問題。

作者認為，只要認真研究 N，真正認識了N的重要性，并在實踐

中重視降低N，我國的UV-VISS就會上一個新的臺階。例如：我國的北京普析通用公司，由于重視了對N的研究，他們的 UV-VISS（ TU-1901、T10等）的N達到了±0.0004Abs，與目前國際上最高級的UV-VISS之一的美國PE公司的Lambda900[3]處在同一個數量級上（Lambda900的N為±0.0002Abs）。

綜上所述，UV-VISS的研發者、設計者、制造者在生產儀器時、使用者在挑選儀器時，都必須特別重視儀器的N這個非常重要的技術指標。

作者對N進行了深入研究，研究的結果見圖3。

圖3 N對△A/A影響的研究

3.BF

BF是指UV-VISS儀器全波段內，每個波長上的N[11]，它直接影響UV-VISS的靈敏度或檢測下限和使用范圍，是一個非常重要的技術指 標。是使用者挑選和使用UV-VISS時，特別要重視的技術指標之一。它也是目前國內外有關的科技工作者，還未引起足夠重視的技術指標之一。

因為整機的N是在500nm處測試的，它只能表示500nm處的N；而用戶在使用儀器時，一般都不只是用在在500nm，并且，大多數用在紫外區。所以，每個波長上的N，特別是紫外區的各個波長上的N,就顯得特別重要。我國有好多廠商給出的BF為±0.004Abs；作者認為BF為±0.004Abs的UV-VISS儀器，遠不能滿足我國藥典要求相對誤差為1％的藥物分析工作要求。作者作DNA分析測試時，要求相對誤差為1％，但試樣的吸光度常在0.08-0.1Abs。開始，曾想用某某儀器，因其BF為±0.004Abs，分析相對誤差為1.5％，不能滿足相對誤差為1％的要求，故改用±0.001Abs的儀器（TU-1901），完全能滿足相對誤差為1％的要求，效果很好。

4. SBW：

UV-VISS 的SBW非常重要，它是影響 UV-VISS的PA的主要因素之一。T.Owen 的研究結果[12]見圖4，它能清楚的說明這個問題；用1nm的SBW，能分出兩個很好的峰。用20nm的SBW，兩個峰就變為馬鞍形,如用50 nm的SBW，則兩個峰變為一個峰。由此可知，SBW多么重要。

圖4 SBW對PA的影響

SBW對PA的影響，還可從下面的例子看出：作者曾經在5nm的SBW時，測試細胞色素C，結果產生30%左右的誤差。作者還發現：在SBW=2nm時，測試細胞色素C，會產生10%左右的誤差。只有SBW為0.3nm時，測試結果才能真正反映出細胞色素C的實際的吸光度值（1%以內的誤差）。

又如：青霉素鈉、青霉素鉀也是如此；我國藥典曾經規定：作青霉素鈉、青霉素鉀時，要求SBW=1nm。其實這也是不對的；作者的實踐表明：在藥典規定的條件下，SBW為2nm時，測試值為0.805Abs；在SBW為1.0nm時，測試值為0.825Abs和 SBW為0.3nm時，測試值為0.865Abs。SBW為0.2nm時，測試值為0.845Abs .0.3nm和1.0nm相差0.04Abs相對誤差為4.7%。這足以說明SBW的重要性。所以，必須要非常重視對 UV-VISS 的SBW的選擇。特別是藥檢工作者，在挑選 UV-VISS 時，更要注意 SBW。一般來講，固定 SBW的UV-VISS，不宜用在藥檢和科研工作中，否則，會產生很大的分析誤差。因此，制造者、使用者都必須高度重視SBW 的問題。

目前，我國還有不少藥廠用 SBW=5nm或 更大的、固定SBW的 UV-VISS（如752、753、754等）作為質量控制儀器，這是不對的，應該改用 SBW ≤2nm 的UV-VISS才對。云南保山地區藥檢系統某某單位曾經買島津的UV-1206 UV-VISS作質檢，該儀器的SBW=5nm；所以UV-1206根本不能用作藥檢。藥典為何要規定用2nm的SBW？這是有科學根據的；因為A.Owen[11]的研究表明：若SBW/NBW（即光譜帶寬/自然帶寬）= 0.1時，則能滿足世界上99%以上的試樣的分析，其分析準確度可達到99.5%。而地球上有機試樣的自然帶寬一般都在20nm 左右。所以，如果 UV-VISS的SBW=2nm，則此時SBW)/20(NBW=0.1，基本上能滿足99%的藥品分析檢驗工作的要求。并且，分析測試的準確度為99.5% [11]。所以，中國和許多國家的藥典都規定用于藥品質控的 UV-VISS，必須要求SBW≤2nm，就是這個道理。

三、如何保證或提高 UV-VISS 的 PA

1. UV-VISS儀器的研發者（設計者）必須做到五個認真：

① 認真開展有關 PA 的基本理論研究；重視儀器學理論[13] 、真正搞清 △A 、△T的關系，必須給出正確的PA值。

②認真開展對PA、SL、N、BF 、 SBW 等相互關系的研究，真正搞清其相互關系和對分析誤差的影響，正確給出這些技術指標。

③認真開展影響 PA 的主要因素的研究；并在實踐中用來指導生產和使用工作。

④認真開展 PA 測試方法的研究；準確的測出 PA。

⑤認真與使用者溝通，不斷了解用戶對 PA 的要求。

2 .生產者應該做到五個必須：

① 必須對元器件進行嚴格篩選（含光源、光柵等光學元件和PMT、集成塊等電子元器件），以保證整機質量、保證PA準確可靠。

② 必須有嚴格的生產工藝。特別是裝校工藝和質量檢驗工藝。

③ 必須對儀器的性能指標進行全面測試（含、SL、N、SBW、BF、PA、比色皿配對等）。

④ 必須對元部件作全面測試；含各類電源、放大器、電光源系統等的性能指標測試。

⑤ 必須與用戶保持聯系，加強售后服務。

3 .使用者做到五個認真：

① 認真學習儀器學理論[13]，了解儀器指標與分析誤差的關系，了解儀器基本結構，掌握主要技術指標的基本測試方法，經常自己檢測儀器，工作中認真選擇儀器條件，力爭把儀器用在最佳狀態。

② 認真按說明書的要求操作儀器，切不可違反說明書進行操作。

③ 認真進行儀器的日常維護，保持室內清潔，注意控制室內溫度和濕度。

④ 認真作好試樣的前處理，減少因試樣的前處理而帶來的比耳定律偏離。（如防止試樣光解、污染等）

⑤ 認真總結使用儀器的經驗。經常與生產廠保持聯系。經常參加分析儀器行業的學術交流會。

四、結束語

PA是UV-VISS 最重要的關鍵技術指標之一；SL、N、BF 和 SBW 是影響 PA的最主要的因素。所以，重視 UV-VISS 的PA的研究，首先就應特別重視 UV-VISS 的 SL、N、BF 和 SBW 的研究。只有研發者、設計者、生產者、使用者共同努力，認真研究SL、N、BF 和 SBW，才能真正保證提高我國 UV-VISS的PA。

參考文獻

[1]李昌厚，我國分析儀器及其應用的發展現狀和最新進展，儀器信息網，2019/6/6

[2]李昌厚，透光度誤差與吸光度誤差關系的研究，現代科學儀器，25，1，2000

[3]P-E, Lambada9UV/VIS/NIR Spectrophotometer,Order No.B-457

[4]李昌厚，提高可靠性，邁上新臺階，科學時報（科學裝備B1版2000年11月

[5]李昌厚，論中國分析儀器的十大關系，科學時報（科學裝備B1版），2001年5月

[6]M.R.Shape,Stray Light of UV/VISS, Analytical Chemistry, Vol.56, No.2,p339A,1984

[7]李昌厚，雜散光與吸光度相對誤差關系的研究，中國儀器儀表學報，53，1，2001.

[8] Shimadzu,2401PC/2501PC 紫外可見分光光度計（樣本）

[9]李昌厚，略論比耳定律及其有關問題，光學儀器，4，20，1984。

[10]Tony Owen, Fundamentals of UV-Visible Spectroscopy, Printed in Germany 09/96, (HP puplication number 12-5965-5123E), P106, 1996

[11] LI chang hou,’99 Industrial instrumentation and automation conference,Internationalinstrumentation and automation(specialsupplement) ,p257,1999.

[12] A. Owen ,The diode-array advantage in UV/VISS,Hewllet Packrd,PrinnTED in Germany,03/88,p15.

[13]李昌厚，儀器學理論與實踐，北京：科學出版社，2008。