紫外可见分光光度计：结构、原理、故障解决及应用价值

紫外可见分光光度计：结构、原理、故障解决及应用价值

紫外-可见分光光度计具有灵敏度高、选择性好、操作方便等特点，可分析大样品和固体样品，广泛应用于制药、化工、食品、环境检测等行业。

本文介绍了紫外可见分光光度计的基本结构和工作原理，分析了常见故障的来源和解决方法，并结合工作经验给出了常用的检定方法和使用注意事项。该方法对于保证仪器的最佳性能，延长仪器的使用寿命，降低实验室维护率，提高仪器管理水平，具有很大的应用价值。

1、仪器基本性能分析

1.1 仪器结构

常用的紫外可见分光光度计主要由光源、单色器、吸收池、检测器和信号处理系统组成，如图1所示。

光源的功能是提供足够强度和稳定性的连续光谱，紫外光区常用氢灯和氘灯，可见光区常用钨丝灯和卤钨灯;单色器是用于分解光源发出的复合光，分离出所需的高纯度单色光的装置，主要由入射狭缝、色散元件、透镜等组成;吸收池分为玻璃和石英两种材料，两者都可以在可见光区域使用，石英吸收池必须在紫外线区域使用;探测器又称光电转换器，可用于用光电转换元件检测透射光的强度，并将光信号转换为电信号。

紫外-可见光度计的工作过程如下：光源通过狭缝投射到单色仪上，在狭缝中，光线被分解成连续的色带，并通过狭缝过滤成一定宽度的单色光;然后，光通过吸收池和检测器，将光信号转化为电信号，电信号被放大，最后通过显示器显示。

1.2 仪器的主要特点

紫外/可见分光光度计的种类很多，按光路系统可分为单光束和双光束分光光度计;按测量方法可分为单波长分光光度计和双波长分光光度计;根据绘制光谱图的检测方法，可分为光谱扫描检测和二极管阵列全光谱检测。

在使用仪器之前，操作人员应了解仪器的结构和操作，以及每个选项的功能。接通电源前，应检查仪器的安全性能，确保电源接线牢固，电源通电良好，各调节旋钮的起动位置正确。结合JJG 178-2007《紫外、可见、近红外分光光度计检定规程》和日常操作经验，一般要求安装稳压电源，保证仪器电压为（220±22）V，电源频率为（50±1）Hz。此外，仪器所在的环境应清洁、防尘，周围无强电磁场或强振动干扰，无阳光直射，温度为10~35°C，相对湿度不超过85%。在仪器使用过程中，如果测试波长变化很大，则需要等待一段时间，等待一段时间，然后在灯的热平衡后重新校准“0”和“100%”点，然后进行测量。

2、仪器故障处理及期间检定

2.1 仪器常见故障及处理

一般来说，紫外可见分光光度计的大多数故障都是由于光路造成的。当遇到仪器故障时，您可以检查以下项目进行初步故障排除：

（1）钨丝灯不亮。一般原因是灯丝烧坏或没有灯电压，可以使用万用表的电阻和电压来检测钨丝灯丝是否开启或关闭以及灯电压是否存在（灯电压一般为10V左右）。

（2）氘灯不亮。 采用全波长扫描，如果此时紫外光谱轮廓上有很多毛刺，可以判断灯的寿命是过期的;如果新的氘灯还是不亮，可能是电路问题，这时可以使用万用表来检测氘灯的灯丝电压，一般情况下，辉光前的灯丝电压为10V，阳极电压为350V，辉光后的灯丝电压为7V， 阳极电压为 90 V。也可以通过氘灯的发光颜色来判断。随着灯管使用时间的增加，辉光的颜色会逐渐由蓝-粉-白变为蓝-粉-白，灯管周围的臭氧气味会逐渐减弱。

（3）整个频段的基线噪声大。全波段基线噪声较大的原因是光源镜的劣化，这是由于光源镜离光源灯最近，灯的长期照射破坏了镜面涂层的光洁度，削弱了光源镜的反射率， 并导致仪器的信噪比降低。光源镜的表面可以目视检查，优秀的光源镜是黑色的，劣化的光源镜是白色的，留下光灼伤的痕迹。此外，还应检查石英窗是否有污染，如果有，可以用乙醇擦拭以去除。

（4）部分地区基线噪声较大。可见光区域的噪声大部分是由钨灯老化引起的，这可以通过钨灯能量检查来判断。紫外线区域的噪声大多是由氘灯老化引起的，可以通过参考全波长扫描或氘灯的发光颜色来判断。对于一些暴露在空气中多年的光学器件来说，这也可能是一个问题，例如镜片、石英窗等，可以用乙醇擦拭。

（5）吸光度值为负值。如果吸光度值不小于0，则认为是这种情况，此时参比溶液和样品溶液不是空白的，空白内存或样品溶液可以重置。

（6） 无心跳输出。如果没有检测信号输出，大多数情况是由于没有光束照射到样品室引起的，波长可以设置为530nm，狭缝可以调整到最宽的设置，在黑暗的环境中，在样品室的出光口处放一张白纸， 并且观察白纸，看有没有光斑像，如果没有光斑，就需要进一步检查光源镜是否转动到位，双光束仪器的光切电机是否在旋转（电机的声音可以被耳朵听到）。

（7）仪器不能调整为“0”或“100%”。仪器不能调到“0”或“100%”，应检查灯门是否完全关闭;检查仪器是否长时间未使用，如果严重受潮，应及时更换或烘烤;检查光能是否充足;检查比色皿支架是否就位且稳定;检查比色皿是否放置在比色皿架中的相同位置，并且表面是否干净。

（8）测量数据再现性差。如果比色皿支架是推拉式的，要考虑底部滑轨和轴承是否因支架腐蚀比色皿而生锈，从而导致支架的位置偏移，从而使测试光束到比色皿的位置每次都不同，这会影响测量结果的再现性;如果排除仪器本身，最有可能是由样品溶液不均匀引起的，可以更换稳定的测试样品进行验证。

2.2 仪器过程中的检定与维护

周期检定是为了保证仪器检定状态的可靠性，检定在检定之间进行。在两次检定之间，分析仪器工作人员应根据仪器的使用情况，至少对仪器进行一次定期检查，以了解仪器的运行状态，消除仪器不稳定对测试结果的影响。

这

仪器的操作主要受光源、波长、吸收池和相应方法的影响，因此可以从波长精度、测量重复性、杂散光、光源、单色器、检测器、吸收池、吸收曲线、溶剂（在UV/VIS 210 Plus的情况下）进行验证。

2.2.1 波长精度

波长准确度是指仪器显示的波长值与单色光的实际波长值之间的误差，因为硫酸镍溶液在460、550nm波长处的读数是相关的，一个增加一个减少，常用的硫酸镍溶液（硫酸镍溶液的制备：将硫酸镍溶液溶解在0.1%的硫酸中， 剂量在510nm透射率高达80%T）下测量，以监测紫外可见分光光度计的日常工作状态。其方法为：分别在不同时间测量硫酸镍溶液在400~700 nm波长处的吸光度，记录并保存该值，并比较前后两者数据的相对误差，可以知道仪器波长的准确度，硫酸镍溶液监测仪的工作状态如图2所示。

图2 实线表示正确波长的吸收光谱，虚线表示错误波长的吸收光谱。在图2（a）中，460 nm处的测量值在550 nm处减小和增加，表明实际渗透比色皿样品的波长小于指示的波长。图2（b）显示了相反的情况，显示实际通过比色皿的样品的波长高于指示的波长。箭头 1、2 和 3 分别表示 510、460 和 550 nm 处的吸光度，当波长大或小时，510 nm 处的吸光度值减小。当实际波长小于指示波长时，图2（a）中460nm处的吸光度值减小，图2（b）中550nm处的吸光度值增加;当实际波长大于指示波长时，图2（a）中460nm处的吸光度值增加，图2（b）中550nm处的吸光度值减小。

2.2.2 测量重复性

测量的重复性与测量数据的有效性有关，应定期检查。在波长、工作状态、电源电压、吸收池匹配等合格的前提下，进行重复性检验。将纯重铬酸钾在150°C烘箱中干燥2 h，取出，在干燥器中冷却，精密称取1 000 mL容量瓶中重铬酸钾0.600 6 g，用0.1 mol/L硫酸溶液和固定体积溶解，在235,440 nm的波长下连续测定溶液3~5次， 计算出测量结果的最大误差，小于1%T为合格。紫外-可见分光光度计区域每季度进行一次监测，以确保仪器在其使用寿命内处于可靠状态。仪器重复性测量结果如表1所示。

2.2.3 杂散光

杂散光是非信号波长的照射在检测器像素上产生的误差信号，是紫外/可见分光光度计分析误差的主要来源，杂散光的水平直接影响被测浓度的上限。杂散光的产生与光学元件的老化、污垢、错位、损坏有关，也与整机光敏部件密封不良有直接关系。

定期对杂散光进行检查，有利于及时发现仪器问题，起到预防问题的作用。方法为：紫外区杂散光波长为220 nm，先用蒸馏水归零，然后向石英吸收池中倒入适量（10±0.1） g/L NaI溶液，若NaI吸光度大于2.00，则为正常;紫外区杂散光波长为360 nm，先用蒸馏水将杂散光归零，然后向石英吸收池中倒入适量（50±0.1） g/L NaNO2溶液，若NaNO2吸光度大于2.00，则为正常。

2.2.4 光源、单色仪、检测器

紫外可见分光光度计的光学系统（光源、单色仪、检测器）在其常用波长区域（190~1100 nm）的响应值是不同的，如果仪器不做基线校正，即使样品没有释放，这个范围内的吸光度值或透射率也不会是一条直线，为了保证测试的准确性， 该仪器应修正到基线。方法如下：仪器充分预热后，在样品和参比光路中放置两个装有空白溶液的比色皿，选择合适的分析波长，调整校正波长范围略大于分析波长范围，例如ample，如果分析波长设置为220~500nm，则校正波长应设置为210~510nm， 等待校正结束，然后将波长设置为220~500 nm，然后选择基线校正。

2.2.5 吸收池

测试前应对所使用的吸收池进行比较，具体方法如下：将蒸馏水注入被测吸收池中，将仪器置于一定波长处，石英吸收池一般选用为220nm，玻璃吸收池为440nm，将一定吸收池的透射率值调整为100%， 测量其他吸收池的透射率值，如果两者的透射率之差在±0.5%的范围内，则可以一起使用;在此范围之外，应考虑吸收池对测试结果的影响。每次使用后，应及时清洗吸收池和石英窗，以防比色溶液腐蚀和污染吸收池，破坏表面光洁度，影响光信号的强度。

2.2.6 吸收曲线

在使用仪器确定溶液时，首先选择合适的测量波长并绘制吸收曲线，是选择正确波长的有效方法。通常可以选择最大吸收波长作为测量波长，以提高灵敏度，但在某些情况下，最大吸收峰尖锐，吸收过大或附近有干扰，无法选择最大吸收波长，可以选择吸收曲线中的其他波长进行测量（波长对应于曲线较平坦的部分）可以在保证a的条件下确定。一定的灵敏度，从而消除干扰。

2.2.7 溶剂

选择合适的溶剂在提高分析准确性方面也起着重要作用，其原则如下：

（1）选择高纯度的溶剂，以减少溶剂中杂质对测量结果的影响。

（2）溶剂不与被测物质发生化学反应。

（3）分析物在溶剂中应具有一定的溶解度。

（4）在被测波长范围内，溶剂本身不应被吸收。

（5）使用挥发性较大的溶剂时，在测量过程中应将吸收池加盖。

三、结语

分析了紫外可见分光光度计的常见故障和周期验证方法。检定检修方法简单、方便，检定结果准确，在日常工作中对仪器进行维护检定，可以保证检测数据的准确性，最大限度地减少仪器故障的发生;所提出的故障处理方法可以保证仪器的高效运行，提高工作效率，降低仪器的维护成本，有效延长仪器的使用寿命，更好地服务于科学研究和创新。