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【摘 要】 在测量工作中为了防止测量过程中产生的误差，需要对测量产生的误差具有有效的控制方法，本文结合自身工作经验，针对分光光度计的测量误差的原因和控制方法进行了详细的阐述。
【关键词】 分光光度计；波长标准器；波长误差；调整控制
1 测量准确度的误差来源分析
测量结果的准确度是定量分析仪器最基本的技术要求，分析影响测量准确度的诸因素，可以从仪器测量所依据的原理入手。依据光吸收定律测量物质溶液的浓度时，分光光度计得到的直接结果是溶液选定波长入射光的透射比，可用下式表示：
式中：I0（λ）为波长函数的入射光强；I（λ）为波长函数的透射光强；τχ（λ）是被测溶液的光谱透射比。
从理论上说，用光吸收定律测量溶液浓度时，入射光I0（λ）应是一束根据被测物质光谱特性选择的特定波长的单色光，而实际上与仪器的性能有关。分光光度计提供的I0（λ）实质是具有一定带宽的单峰曲线。此类单峰曲线和理论上的单色光是有区别的，原则上所有单色光是得不到的，由此造成的误差主要影响仪器测量准确度。由于物质在不同波长下有不同的吸光系数，因此波长的正确性直接影响仪器准确度。波长的正确性需要通过光度计的波长误差表示，而波长误差是光度计的一个重要技术指标。波长误差为波长测量值与真实值之差，其实质是仪器波长指示器的波长读数与单色系统实际给出的波长值之差。
检定分光光度计波长误差时考虑的误差来源主要有以下3个方面：波长标准带入的误差、波长结构的误差、波长调整带入的误差。
2 检定用波长标准器的使用与误差控制
分光光度计的波长误差是通过对已知标准参考波长的器具或物质的测量得到的。具有标准参考波长的器具或物质简称为波长标准器，本文主要探讨了其中两大类：（1）具有发射线光谱的气体放电灯，如汞灯、氘灯等；（2）干涉滤光片。
2.1具有发射线光谱的气体放电灯
这种检定方法是采用具有特征发射谱线的元素光谱灯产生的特征谱线来对仪器波长准确度进行检查的。因为它们发射的是线状光谱，谱线的特征性强，准确度高，因此具有发射线光谱的气体放电灯被称为波长准确度的第一标准。
（1）汞灯（可见和紫外光区低压汞灯）
汞灯是线状光谱分布广，因其特征值稳定，故仪器制造厂常使用汞灯来检验波長准确度。汞灯分为高压汞灯和低压汞灯。高压汞灯具有强度高，谱线多的特点，但也有体积大，笨重的缺点，故只适用于仪器制造厂。低压汞灯相对高压汞灯具有体积小、携带方便、便于安装的特点，故可用于一般的仪器检定。
检定时，将低压汞灯置于仪器光源灯的位置，然后对汞谱线进行扫描。但由于用汞灯替代了仪器的光源灯，因此不能全面反映仪器自身光源位置下的波长误差；且汞灯位置的具体情况也影响了波长检定的结果，容易引入人为的误差；而且仪器的光源灯被低压汞灯所替代，当检定完成时，恢复仪器光源灯，容易造成位置上的变动，引入新的误差。从以上情况我们可以得出，计量检定使用低压汞灯精度高，但应同时使用一定方法来重现仪器自身光源灯下的波长误差。
（2）氢灯和氘灯
氢灯和氘灯在紫外区具有连续光谱，故一般作为紫外—可见分光光度计紫外区的光源。它具有汞灯的优点，而其本身是仪器的光源，检定时不用更换光源灯，故可以避免更换光源灯引起的位置误差及其带入的人为误差。氢灯和氘灯的缺点是谱线少，不能覆盖全部的波长范围。所以用它检定时，还需配合能覆盖其他波长的检测工具。
2.2干涉滤光片
干涉滤光片的特点是每一个滤光片只有单一的吸收峰，不易产生人为判断误差，且携带方便。但它的缺点是波长容易发生漂移，必需对其标准值进行定期的检定，而标定时必然带入其他误差。故当用干涉滤光片检定仪器的波长误差为零时，也不能认为仪器的波长误差为零。因干涉波光片准确度低的特点，故只适用于检定低准确度的可见分光光度计，而不宜用于紫外可见分光光度计的检定。
3 仪器自身结构误差的控制
波长结构误差、波长调整误差都来源于仪器自身结构的误差。
波长机构误差来源于仪器单色系统与波长装置在制造中的缺陷，主要由生产厂家在生产过程中产生，这种结构误差无法通过简单的调装来消除。
分光光度计在出厂时都会对波长进行校正，但经过长途运输或使用过程中的来回搬动对仪器的振动及其他因素等影响，均会使仪器产生大小各异的波长差。生产厂家会在仪器附件中都配有用来校正波长的镨钕滤光片或干涉滤光片，以便用户自已对仪器进行定期校正。镨钕滤光片是一种含有稀有金属镨和钕的玻璃制品。稀有金属的吸收光谱是由内层f电子的跃迁产生的，由于受外层电子的屏蔽作用，因而峰形对称，半宽度较窄，最大吸收峰明显。为减小读数误差，在它的几个吸收峰中，厂家一般推荐使用529.1nm（带宽2nm）的吸收峰作为校正标准。因此用户可以将镨钕滤光片装在附件中的滤光片架上放入比色室中，从波长低端向波长高端方向、距离滤光片中心波长的间隔大于其相应波长准确度的波长位置开始。每隔1nm测定一次，记录对应波长下所测得的吸光度，最后以波长为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制出吸收光谱曲线（图略）。从曲线图可以看出529.1nm附近有一吸收峰，该吸收峰偏离波长529.1nm的量，即为仪器波长误差，其波长误差超过仪器波长允许误差时需进行校正。对于光栅型分光光度计，如722型等，可通过移动波长盘进行校正；对于棱镜型分光光度计，如721型等，可通过调整波长校正螺丝加以校正，若吸收峰小于529nm顺时针旋转调节波长螺钉。每次只需微动即可，然后再测试一下，直至符合要求为止。
下面以大量使用的721型分光光度计的波长误差调整为例，这种分光光度计波长检定包括波长准确度和波长重复性。波长准确度用实测波长值与标准参考波长值之差表示，波长误差如超差，在没有经验时进行调修，经常是费时费力还调节不好。现将常见的调整方法介绍给大家，以供参考。 先将比色皿暗箱光斑调节到最亮，再将波长钮旋至580nm处，通电后，在比色皿暗箱通光孔放一张白纸，观察白纸，应有明亮、轮廓清晰的长条形深黄色斑。如光斑上有黑影或看不到光斑，可将光源灯架上的两只螺钉略松，扳动灯架，找到光斑最亮。如光斑不纯，可调整准直镜调节螺钉B、C使光斑呈明亮、轮廓清晰的长条形，然后调节准直镜调节螺钉A使光斑色度变纯（A、B、C都是准直镜调螺钉，其中A是波长调节的主要旋钮，可以调节出射光的聚焦纯度等，而B、C则可用于调节单色光光孔的上下位置）。
用干涉滤光片连续法检定波长误差的过程：连续旋转波长调节钮并同时观察透色比值的变化，当透色比值由小到大突然变为由大到小时，转变点处（透色比值最大点处）的波長值，即该仪器相应于滤光片峰值波长（标准值）的波长点。
检定721型分光光度计波长误差用3块不同标称值的干涉滤光片，分别检查仪器在低端、中部、高端外的波长误差（为叙述方便，假设检定器低端、中部、高端处的滤光片分别为3、5、7干涉滤光片）。若仪器在三段的波长误差皆正或皆负，且数接近时，可松动波长刻度盘的螺钉，旋转波长刻度盘即可调修好。
若仪器在三段的波长误差有正有负时，可旋转波长调节钮，将波长刻度盘所指波长值定为5号滤光片的标准值，将5号滤光片放入比色皿中，调节准直镜调节螺钉A，找透色比值的最大点处。此时仪器在中部的波长误差为0，再看高端、低端处的波长误差的情况：
（1）若高端为负差，低端为正差：将波长刻度盘所指波长值定为略小于5号滤光片的标称值，将5号滤光片放入比色皿中，顺时针旋转螺钉B、C（调节幅度应一致，数次调节时幅度大小由小到大再由大到小），再顺时针旋转螺钉A，找透色比值的最大点处。再调节波长刻度，将所指波长数调整为5号滤光片的标称值，然后再固定所有松开的螺钉。然后再分别检定3、7号滤光片的标准值位置，若结果合格，则调整结束。若否，则继续调整。
（2）若高端为正差，低端为负差：将波长刻度盘所指波长值定为略大于5号滤光片的标称值，将5号滤光片放入比色皿中，逆时针旋转螺钉B、C（调节幅度应一致，数次调节时幅度大小应由小到大再由大到小），再逆时针旋转螺钉A，找透色比值的最大点处。再次调节波长刻度，将所指波长数调整为5号滤光片的标称值，然后再固定所有松开的螺钉。然后再分别检定3、7号滤光片的标准位置，若结果合格，则调整结束。若否，则继续调整。
以上调整的方法是基于保持中部的波长误差为0，逐步消除两端误差的原理。调整一般不会一次调好，需要反复数次。掌握这些方法之后，可以大幅度地提高工作效率，对单色器结构和721型分光光度计基本相同的可见分光光度计都可以灵活使用。
4 结束语
测量结果的准确度是一般定量分析仪器最重要的技术指标之一，直接标志了仪器测量结果的可信可靠程度。分析影响测量准确度的诸因素，其主要因素就有如下几个：波长误差、杂散辐射和光谱带宽、透射比误差等，而波长误差较为突出。本文经过对检定波长误差来源的分析，提出了控制波长误差的可操性方法，为控制影响仪器的测量准确度的波长误差提出了一套切实可靠的解决方案。
【关键词】 分光光度计；波长标准器；波长误差；调整控制
1 测量准确度的误差来源分析
测量结果的准确度是定量分析仪器最基本的技术要求，分析影响测量准确度的诸因素，可以从仪器测量所依据的原理入手。依据光吸收定律测量物质溶液的浓度时，分光光度计得到的直接结果是溶液选定波长入射光的透射比，可用下式表示：
式中：I0（λ）为波长函数的入射光强；I（λ）为波长函数的透射光强；τχ（λ）是被测溶液的光谱透射比。
从理论上说，用光吸收定律测量溶液浓度时，入射光I0（λ）应是一束根据被测物质光谱特性选择的特定波长的单色光，而实际上与仪器的性能有关。分光光度计提供的I0（λ）实质是具有一定带宽的单峰曲线。此类单峰曲线和理论上的单色光是有区别的，原则上所有单色光是得不到的，由此造成的误差主要影响仪器测量准确度。由于物质在不同波长下有不同的吸光系数，因此波长的正确性直接影响仪器准确度。波长的正确性需要通过光度计的波长误差表示，而波长误差是光度计的一个重要技术指标。波长误差为波长测量值与真实值之差，其实质是仪器波长指示器的波长读数与单色系统实际给出的波长值之差。
检定分光光度计波长误差时考虑的误差来源主要有以下3个方面：波长标准带入的误差、波长结构的误差、波长调整带入的误差。
2 检定用波长标准器的使用与误差控制
分光光度计的波长误差是通过对已知标准参考波长的器具或物质的测量得到的。具有标准参考波长的器具或物质简称为波长标准器，本文主要探讨了其中两大类：（1）具有发射线光谱的气体放电灯，如汞灯、氘灯等；（2）干涉滤光片。
2.1具有发射线光谱的气体放电灯
这种检定方法是采用具有特征发射谱线的元素光谱灯产生的特征谱线来对仪器波长准确度进行检查的。因为它们发射的是线状光谱，谱线的特征性强，准确度高，因此具有发射线光谱的气体放电灯被称为波长准确度的第一标准。
（1）汞灯（可见和紫外光区低压汞灯）
汞灯是线状光谱分布广，因其特征值稳定，故仪器制造厂常使用汞灯来检验波長准确度。汞灯分为高压汞灯和低压汞灯。高压汞灯具有强度高，谱线多的特点，但也有体积大，笨重的缺点，故只适用于仪器制造厂。低压汞灯相对高压汞灯具有体积小、携带方便、便于安装的特点，故可用于一般的仪器检定。
检定时，将低压汞灯置于仪器光源灯的位置，然后对汞谱线进行扫描。但由于用汞灯替代了仪器的光源灯，因此不能全面反映仪器自身光源位置下的波长误差；且汞灯位置的具体情况也影响了波长检定的结果，容易引入人为的误差；而且仪器的光源灯被低压汞灯所替代，当检定完成时，恢复仪器光源灯，容易造成位置上的变动，引入新的误差。从以上情况我们可以得出，计量检定使用低压汞灯精度高，但应同时使用一定方法来重现仪器自身光源灯下的波长误差。
（2）氢灯和氘灯
氢灯和氘灯在紫外区具有连续光谱，故一般作为紫外—可见分光光度计紫外区的光源。它具有汞灯的优点，而其本身是仪器的光源，检定时不用更换光源灯，故可以避免更换光源灯引起的位置误差及其带入的人为误差。氢灯和氘灯的缺点是谱线少，不能覆盖全部的波长范围。所以用它检定时，还需配合能覆盖其他波长的检测工具。
2.2干涉滤光片
干涉滤光片的特点是每一个滤光片只有单一的吸收峰，不易产生人为判断误差，且携带方便。但它的缺点是波长容易发生漂移，必需对其标准值进行定期的检定，而标定时必然带入其他误差。故当用干涉滤光片检定仪器的波长误差为零时，也不能认为仪器的波长误差为零。因干涉波光片准确度低的特点，故只适用于检定低准确度的可见分光光度计，而不宜用于紫外可见分光光度计的检定。
3 仪器自身结构误差的控制
波长结构误差、波长调整误差都来源于仪器自身结构的误差。
波长机构误差来源于仪器单色系统与波长装置在制造中的缺陷，主要由生产厂家在生产过程中产生，这种结构误差无法通过简单的调装来消除。
分光光度计在出厂时都会对波长进行校正，但经过长途运输或使用过程中的来回搬动对仪器的振动及其他因素等影响，均会使仪器产生大小各异的波长差。生产厂家会在仪器附件中都配有用来校正波长的镨钕滤光片或干涉滤光片，以便用户自已对仪器进行定期校正。镨钕滤光片是一种含有稀有金属镨和钕的玻璃制品。稀有金属的吸收光谱是由内层f电子的跃迁产生的，由于受外层电子的屏蔽作用，因而峰形对称，半宽度较窄，最大吸收峰明显。为减小读数误差，在它的几个吸收峰中，厂家一般推荐使用529.1nm（带宽2nm）的吸收峰作为校正标准。因此用户可以将镨钕滤光片装在附件中的滤光片架上放入比色室中，从波长低端向波长高端方向、距离滤光片中心波长的间隔大于其相应波长准确度的波长位置开始。每隔1nm测定一次，记录对应波长下所测得的吸光度，最后以波长为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制出吸收光谱曲线（图略）。从曲线图可以看出529.1nm附近有一吸收峰，该吸收峰偏离波长529.1nm的量，即为仪器波长误差，其波长误差超过仪器波长允许误差时需进行校正。对于光栅型分光光度计，如722型等，可通过移动波长盘进行校正；对于棱镜型分光光度计，如721型等，可通过调整波长校正螺丝加以校正，若吸收峰小于529nm顺时针旋转调节波长螺钉。每次只需微动即可，然后再测试一下，直至符合要求为止。
下面以大量使用的721型分光光度计的波长误差调整为例，这种分光光度计波长检定包括波长准确度和波长重复性。波长准确度用实测波长值与标准参考波长值之差表示，波长误差如超差，在没有经验时进行调修，经常是费时费力还调节不好。现将常见的调整方法介绍给大家，以供参考。 先将比色皿暗箱光斑调节到最亮，再将波长钮旋至580nm处，通电后，在比色皿暗箱通光孔放一张白纸，观察白纸，应有明亮、轮廓清晰的长条形深黄色斑。如光斑上有黑影或看不到光斑，可将光源灯架上的两只螺钉略松，扳动灯架，找到光斑最亮。如光斑不纯，可调整准直镜调节螺钉B、C使光斑呈明亮、轮廓清晰的长条形，然后调节准直镜调节螺钉A使光斑色度变纯（A、B、C都是准直镜调螺钉，其中A是波长调节的主要旋钮，可以调节出射光的聚焦纯度等，而B、C则可用于调节单色光光孔的上下位置）。
用干涉滤光片连续法检定波长误差的过程：连续旋转波长调节钮并同时观察透色比值的变化，当透色比值由小到大突然变为由大到小时，转变点处（透色比值最大点处）的波長值，即该仪器相应于滤光片峰值波长（标准值）的波长点。
检定721型分光光度计波长误差用3块不同标称值的干涉滤光片，分别检查仪器在低端、中部、高端外的波长误差（为叙述方便，假设检定器低端、中部、高端处的滤光片分别为3、5、7干涉滤光片）。若仪器在三段的波长误差皆正或皆负，且数接近时，可松动波长刻度盘的螺钉，旋转波长刻度盘即可调修好。
若仪器在三段的波长误差有正有负时，可旋转波长调节钮，将波长刻度盘所指波长值定为5号滤光片的标准值，将5号滤光片放入比色皿中，调节准直镜调节螺钉A，找透色比值的最大点处。此时仪器在中部的波长误差为0，再看高端、低端处的波长误差的情况：
（1）若高端为负差，低端为正差：将波长刻度盘所指波长值定为略小于5号滤光片的标称值，将5号滤光片放入比色皿中，顺时针旋转螺钉B、C（调节幅度应一致，数次调节时幅度大小由小到大再由大到小），再顺时针旋转螺钉A，找透色比值的最大点处。再调节波长刻度，将所指波长数调整为5号滤光片的标称值，然后再固定所有松开的螺钉。然后再分别检定3、7号滤光片的标准值位置，若结果合格，则调整结束。若否，则继续调整。
（2）若高端为正差，低端为负差：将波长刻度盘所指波长值定为略大于5号滤光片的标称值，将5号滤光片放入比色皿中，逆时针旋转螺钉B、C（调节幅度应一致，数次调节时幅度大小应由小到大再由大到小），再逆时针旋转螺钉A，找透色比值的最大点处。再次调节波长刻度，将所指波长数调整为5号滤光片的标称值，然后再固定所有松开的螺钉。然后再分别检定3、7号滤光片的标准位置，若结果合格，则调整结束。若否，则继续调整。
以上调整的方法是基于保持中部的波长误差为0，逐步消除两端误差的原理。调整一般不会一次调好，需要反复数次。掌握这些方法之后，可以大幅度地提高工作效率，对单色器结构和721型分光光度计基本相同的可见分光光度计都可以灵活使用。
4 结束语
测量结果的准确度是一般定量分析仪器最重要的技术指标之一，直接标志了仪器测量结果的可信可靠程度。分析影响测量准确度的诸因素，其主要因素就有如下几个：波长误差、杂散辐射和光谱带宽、透射比误差等，而波长误差较为突出。本文经过对检定波长误差来源的分析，提出了控制波长误差的可操性方法，为控制影响仪器的测量准确度的波长误差提出了一套切实可靠的解决方案。