紫外可見分光光度計(jì)基線平直度的研究

李昌厚

（中國(guó)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(jì)（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(cè)定方法上的一些錯(cuò)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(gè)波長(zhǎng)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(cè)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(duì)UV-VIS的BF作一簡(jiǎn)單論述；并對(duì)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(huì)直接影響儀器的信噪比（S/N）。所以，N是限制UV-VIS分析檢測(cè)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(jī)的N）；其測(cè)試條件為：波長(zhǎng)500nm\SBW 2nm\0 Abs、開機(jī)后預(yù)熱半小時(shí)，時(shí)間掃描一小時(shí)，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(zhǎng)上使用。所以，只給出500nm處的整機(jī)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(gè)波長(zhǎng)上的使用靈敏度和整機(jī)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(jì)者、生產(chǎn)者和使用者都不能忽視BF這個(gè)指標(biāo)。

2 BF的測(cè)試方式
任何分析儀器，在講它的技術(shù)指標(biāo)時(shí)，都必須首先講這個(gè)指標(biāo)的測(cè)試方法。否則，毫無意義。目前，上對(duì)UV-VIS的BF的測(cè)試方法，一般是在SBW-2nm、0 Abs的條件下，從長(zhǎng)波長(zhǎng)向短波長(zhǎng)對(duì)儀器進(jìn)行全波長(zhǎng)慢速（或中速）掃描。而后，在全波長(zhǎng)范圍內(nèi)，找出N的峰-峰（P-P）值中zui大的一點(diǎn)，作為改儀器的BF。這種測(cè)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(gè)問題；如：日本島津的UV-2401PC,給出的儀器波長(zhǎng)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(zhǎng)范圍只能是200－800nm。這種給BF的方法是不對(duì)的。它既偏離了BF的定義，又會(huì)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?cè)赨－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(zhǎng)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(shí)；U－2001、U-2010的基線穩(wěn)定性為0.0003 Abs／小時(shí)（500nm處）”。但均未給出BF。很顯然，日立公司的這些儀器的設(shè)計(jì)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(guó)的P－E等少數(shù)公
司以外，在BF這個(gè)指標(biāo)上類似日本島津和日立作法的廠商非常多。
中國(guó)亦如此，因此，這個(gè)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(cè)試方法上產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因，
主要有三個(gè)：
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(huì)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(huì)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(shí)會(huì)產(chǎn)生N，使BF變差；
3.3 光源（氘燈、鎢燈）切換時(shí)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(cè)試時(shí)掃描速度太快，也會(huì)影響B(tài)F；使BF變差；筆者對(duì)北京普析通用的TU－1901的BF進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)：慢速掃描時(shí)，BF為±0.0005 Abs，中速掃描時(shí)，BF為±0.0014 Abs，快速掃描時(shí)，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(huì)使BF變差；
3.6 光學(xué)部分未調(diào)整好，會(huì)使信號(hào)減小，信噪比（S/N）變小，使BF變差；
3.7 環(huán)境因素（如振動(dòng)、電磁場(chǎng)干擾、電壓不穩(wěn)等）影響，使BF變差。

4 討論

4.1 BF與整機(jī)N的主要區(qū)別
BF和整機(jī)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(gè)波長(zhǎng)上的N；與濾光片切換和光源切換有關(guān)；
N：儀器在500nm波長(zhǎng)上的N；與濾光片切換和光源切換無關(guān)；
2）測(cè)試時(shí)儀器狀態(tài)不同：
BF：儀器處在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，儀器的波長(zhǎng)始終在變化；
N：儀器處在靜止?fàn)顟B(tài)；儀器的波長(zhǎng)始終不變；
3）測(cè)試波長(zhǎng)位置不同：
BF：測(cè)試儀器的全波長(zhǎng)范圍內(nèi)每個(gè)波長(zhǎng)的N；
N：測(cè)試儀器固定在500nm處的N；
4）掃描方式不同：
BF：波長(zhǎng)掃描方式；
N：時(shí)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(duì)使用的影響不同：
BF：限制儀器實(shí)際可使用的波長(zhǎng)范圍、影響儀器各個(gè)波長(zhǎng)的檢測(cè)下限；
N：只影響儀器500nm處的檢測(cè)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(guó)外儀器的的BF為±0.001 Abs（如Lambda 900^[5]、Cary 500^[6]等）；中國(guó)儀器的的BF為±0.001 Abs（如TU-1901^[7]等）國(guó)外儀器的的N為±0.0002 Abs（如Lambda900^[5]、Cary500^[6]等）；中國(guó)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(zhǎng)范圍內(nèi)，各個(gè)波長(zhǎng)上的N；與濾光片和光源切換有關(guān)；
S_D：與時(shí)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(cè)試條件不同：
BF：在0 Abs、SBW＝2nm的條件下，進(jìn)行全波長(zhǎng)慢速掃描；
S_D：在0 Abs、SBW=2mm、波長(zhǎng)固定為500nm的條件下，進(jìn)行時(shí)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(gè)（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(chǎng)、溫度、濕度等）。

4.3 目前國(guó)內(nèi)外科技工作者對(duì)BP的認(rèn)識(shí)、運(yùn)用方面的主要錯(cuò)誤傾向
國(guó)內(nèi)外的許多科技工作者，對(duì)UV-VIS的BF的重要性尚未引起足夠重視；在BF的運(yùn)用方面還存在許多錯(cuò)誤；其具體表現(xiàn)如下：
1）不給BF：國(guó)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(shí)，千篇一律的寫成±0.001 Abs；如Lambda9、2401PC、2501PC^[8]、Cary50和中國(guó)許多儀器等；
3）不給全波長(zhǎng)范圍內(nèi)的BF；如許多儀器給出的波長(zhǎng)范圍為190—1100nm，但給出的BF的波長(zhǎng)范圍為210－800nm。
以上三種作法都是不對(duì)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(zhǎng)上
的N，因此，所使用的波長(zhǎng)處的檢測(cè)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(duì)它進(jìn)行過多次實(shí)際測(cè)試，結(jié)果并不都是±0.001 Abs：*次實(shí)測(cè)結(jié)果為±0.0005 Abs；第二次是±00008 Abs，實(shí)測(cè)另外三臺(tái)，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(shí)測(cè)BF可達(dá)±0.0008 Abs（中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站1997年10月實(shí)測(cè)^[9]）。
而國(guó)內(nèi)XX廠給出的UV－VIS的BF為±0.001 Abs，筆者實(shí)測(cè)為±0.004 Abs相差4倍。
3）至于不給全波長(zhǎng)范圍內(nèi)的BF，筆者認(rèn)為更是不對(duì)的；因?yàn)椋?、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(huì)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(zhǎng)范圍內(nèi)的BF；但這種現(xiàn)象比較普遍，中國(guó)、外國(guó)都有。所以，用戶要特別對(duì)此引起高度重視。
4.4 如何保證或提高UV－VIS的BF
1）設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)要嚴(yán)格控制影響B(tài)F的因素；2）生產(chǎn)者：要重視BF對(duì)整機(jī)的影響。生產(chǎn)中要重視對(duì)BF的測(cè)試和質(zhì)量控制；要研究BF的測(cè)試方法，保證科學(xué)、準(zhǔn)確的測(cè)出BF！并要在說明書中明確給出整個(gè)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(duì)分析測(cè)試結(jié)果的影響，要重視對(duì)BF的檢查，要經(jīng)常測(cè)試BF；一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)解決。