紫外可見分光光度計基線平直度的研究

李昌厚

（中國科學(xué)院上海生物工程研究中心  上海  200233）

摘要 本文論述了紫外可見分光光度計（UV-VIS）基線平直度（BF）的重要性；指出了目前上在UV-VIS的BF的測定方法上的一些錯誤作法；討論了影響UV-VIS的BF的主要因素。本文可供UV-VIS的研究者、制造者和使用者們參考。

0 前言
BF是表征UV-VIS各個波長上噪聲（N）的技術(shù)指標(biāo)^[1]。而N又是UV-VISzui重要的技術(shù)指標(biāo)之一^[2]。他決定UV-VIS的分析檢測下限或靈敏度，是廣大用戶非常注重的技術(shù)指標(biāo)之一。因此，BF是UV-VIS非常重要的技術(shù)指標(biāo)。本文京對UV-VIS的BF作一簡單論述；并對有關(guān)問題進(jìn)行討論。本文可供有關(guān)科技工作者們參考。

1 BF的重要性
因UV-VIS的N，會直接影響儀器的信噪比（S/N）。所以，N是限制UV-VIS分析檢測下限的主要因素^[3]；目前，上UV-VIS的生產(chǎn)廠商，一般都給出儀器在500nm處的N（稱之為整機的N）；其測試條件為：波長500nm\SBW 2nm\0 Abs、開機后預(yù)熱半小時，時間掃描一小時，取其中任意10分鐘峰-峰值的zui大作為N。而UV-VIS的使用者往往要在不同的波長上使用。所以，只給出500nm處的整機N，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足使用者的要求。因此，提出了BF的概念；UV-VIS的BF被定義為在全波段內(nèi)每個波長上的使用靈敏度和整機的使用范圍。它是用戶zui關(guān)心的技術(shù)指標(biāo)之一。所以，BF在UV-VIS中顯得特別重要，一切UV-VIS的設(shè)計者、生產(chǎn)者和使用者都不能忽視BF這個指標(biāo)。

2 BF的測試方式
任何分析儀器，在講它的技術(shù)指標(biāo)時，都必須首先講這個指標(biāo)的測試方法。否則，毫無意義。目前，上對UV-VIS的BF的測試方法，一般是在SBW-2nm、0 Abs的條件下，從長波長向短波長對儀器進(jìn)行全波長慢速（或中速）掃描。而后，在全波長范圍內(nèi)，找出N的峰-峰（P-P）值中zui大的一點，作為改儀器的BF。這種測試方法是正確的。但是，目前，上有許多科技工作者都不注意這個問題；如：日本島津的UV-2401PC,給出的儀器波長范圍是
190－900nm，BF為±0.001 Abs；但是筆者發(fā)現(xiàn)：UV－2401 PC的BF只能在200-800nm內(nèi)才能保證為±0.001 Abs。這就意味著UV－2401 PC能保證BF為±0.001Abs的使用波長范圍只能是200－800nm。這種給BF的方法是不對的。它既偏離了BF的定義，又會誤導(dǎo)使用者。特別值得注意的是，還有的公司把BF和N混為一談。如日本的日立公司，他們在U－1500、U－2001、U－2010等UV－UIS中^[4]，給出了U－2001、U－2010的“基線漂移為±0.002 Ab（200－950nm）、U－1500的基線漂移為N／A”；顯然，這里的“基線漂移”，是指的BF。而U－1500、U－2001、U－2010的波長范圍為190－1100nm，因此，這種只給出200－950nm的BF是不符合BF定義的。尤其，在U-1500中，給出的基線漂移為N／A，這種給法更是莫名其妙！另外，日立公司又給出了U－1500的“基線穩(wěn)定性為0.001 Abs／小時；U－2001、U-2010的基線穩(wěn)定性為0.0003 Abs／小時（500nm處）”。但均未給出BF。很顯然，日立公司的這些儀器的設(shè)計者，既未搞清穩(wěn)定性的概念，又把BF和N混為一談了。
筆者發(fā)現(xiàn)目前上，除美國的P－E等少數(shù)公
司以外，在BF這個指標(biāo)上類似日本島津和日立作法的廠商非常多。
中國亦如此，因此，這個問題很值得*的有關(guān)科技工作者們高度
重視。
在BF的表示方法和測試方法上產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因，
主要有三個：
1）不懂得BF的重要性，與N的區(qū)別；
2）既未搞清BF的物理概念，又未去認(rèn)真研究。
3）為了商業(yè)上的需要；如不這樣寫，會影響銷售。

3 影響B(tài)F的主要因素
3.1 濾光片或光學(xué)元件上有灰塵，會產(chǎn)生散射而引起N；使BF變差；
3.2 濾光片未安裝好，而不同波段采用不同的濾光片；所以，濾光片切換時會產(chǎn)生N，使BF變差；
3.3 光源（氘燈、鎢燈）切換時產(chǎn)生N，此N一般在340-360nm左右出現(xiàn)，從而使BF變差；
3.4 F測試時掃描速度太快，也會影響B(tài)F；使BF變差；筆者對北京普析通用的TU－1901的BF進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)：慢速掃描時，BF為±0.0005 Abs，中速掃描時，BF為±0.0014 Abs，快速掃描時，BF為±0.0035 Abs；
3.5 電學(xué)方面的N太大，特別是放大器和光電轉(zhuǎn)換元件的N，會使BF變差；
3.6 光學(xué)部分未調(diào)整好，會使信號減小，信噪比（S/N）變小，使BF變差；
3.7 環(huán)境因素（如振動、電磁場干擾、電壓不穩(wěn)等）影響，使BF變差。

4 討論

4.1 BF與整機N的主要區(qū)別
BF和整機N二者有根本的區(qū)別：
1）物理概念不同：
BF：儀器全波段內(nèi)每個波長上的N；與濾光片切換和光源切換有關(guān)；
N：儀器在500nm波長上的N；與濾光片切換和光源切換無關(guān)；
2）測試時儀器狀態(tài)不同：
BF：儀器處在運動狀態(tài)，儀器的波長始終在變化；
N：儀器處在靜止?fàn)顟B(tài)；儀器的波長始終不變；
3）測試波長位置不同：
BF：測試儀器的全波長范圍內(nèi)每個波長的N；
N：測試儀器固定在500nm處的N；
4）掃描方式不同：
BF：波長掃描方式；
N：時間掃描方式；
5）影響因素不同：
BF：如（“3”所述）；
N：主要是電子學(xué)部分的元器件引起（特別是放大器和光電轉(zhuǎn)換元件），也包含少量的光N；
6）對使用的影響不同：
BF：限制儀器實際可使用的波長范圍、影響儀器各個波長的檢測下限；
N：只影響儀器500nm處的檢測下限；主要作為比較儀器的依據(jù)之一，但也能據(jù)此粗略看出儀器性能好壞。
目前，國外儀器的的BF為±0.001 Abs（如Lambda 900^[5]、Cary 500^[6]等）；中國儀器的的BF為±0.001 Abs（如TU-1901^[7]等）國外儀器的的N為±0.0002 Abs（如Lambda900^[5]、Cary500^[6]等）；中國儀器的的N為±0.00035 Abs（如TU－1901^[7]等）；

4.2BF與漂移（S_D）的主要區(qū)別：
1）物理概念不同：
BF：全波長范圍內(nèi)，各個波長上的N；與濾光片和光源切換有關(guān)；
S_D：與時間有關(guān)的光度值的變化量，主要影響因素是儀器的電子學(xué)部分；
2）測試條件不同：
BF：在0 Abs、SBW＝2nm的條件下，進(jìn)行全波長慢速掃描；
S_D：在0 Abs、SBW=2mm、波長固定為500nm的條件下，進(jìn)行時間慢速或中速掃描；
3）影響的因素不同：
BF：影響B(tài)F的因素有七個（見“3”）。
S_D：影響SD的主要因素是UV－VIS的電子學(xué)系統(tǒng)（主要是電源）和環(huán)境（電磁場、溫度、濕度等）。

4.3 目前國內(nèi)外科技工作者對BP的認(rèn)識、運用方面的主要錯誤傾向
國內(nèi)外的許多科技工作者，對UV-VIS的BF的重要性尚未引起足夠重視；在BF的運用方面還存在許多錯誤；其具體表現(xiàn)如下：
1）不給BF：國內(nèi)外許多UV－VIS的制造商，根本不給出UV－VIS儀器的BF；
2）許多制造商，在給出UV－VIS的BF時，千篇一律的寫成±0.001 Abs；如Lambda9、2401PC、2501PC^[8]、Cary50和中國許多儀器等；
3）不給全波長范圍內(nèi)的BF；如許多儀器給出的波長范圍為190—1100nm，但給出的BF的波長范圍為210－800nm。
以上三種作法都是不對的，其理由是：
1）如果不給BF，使用者將不知自己所使用的波長上
的N，因此，所使用的波長處的檢測下限是未知的。
2）并非UV－VIS的BF都是±0001 Abs；如北京普析通用儀器公司的所有TU-1901給出的BF均為±0.001 Abs，但筆者對它進(jìn)行過多次實際測試，結(jié)果并不都是±0.001 Abs：*次實測結(jié)果為±0.0005 Abs；第二次是±00008 Abs，實測另外三臺，結(jié)果分別為：±00008 Abs、±00005 Abs、±00007 Abs；該公司的TU－1221給出的BF也為±0001 Abs，但其實測BF可達(dá)±0.0008 Abs（中國環(huán)境監(jiān)測總站1997年10月實測^[9]）。
而國內(nèi)XX廠給出的UV－VIS的BF為±0.001 Abs，筆者實測為±0.004 Abs相差4倍。
3）至于不給全波長范圍內(nèi)的BF，筆者認(rèn)為更是不對的；因為：*、未搞清BF的概念或定義；第二，不能保證UV-VIS的使用范圍，可以說是虛指標(biāo)。第三，會誤導(dǎo)使用者；使使用者誤認(rèn)為制造廠給的BF就是指的全波長范圍內(nèi)的BF；但這種現(xiàn)象比較普遍，中國、外國都有。所以，用戶要特別對此引起高度重視。
4.4 如何保證或提高UV－VIS的BF
1）設(shè)計者：要從理論上搞清BF的概念、要把BF與N真正區(qū)分開來；并在設(shè)計時要嚴(yán)格控制影響B(tài)F的因素；2）生產(chǎn)者：要重視BF對整機的影響。生產(chǎn)中要重視對BF的測試和質(zhì)量控制；要研究BF的測試方法，保證科學(xué)、準(zhǔn)確的測出BF！并要在說明書中明確給出整個波段范圍內(nèi)的BF；不能給出模棱兩可的指標(biāo)。
3）使用者：要重視BF對分析測試結(jié)果的影響，要重視對BF的檢查，要經(jīng)常測試BF；一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時解決。