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【原创】紫外-可见分光光度计性能指标和分析误差的关系

紫外可见分光光度计(UV)

  • 紫外-可见分光光度计性能指标和分析误差的关系




    说明:
    此节是对李昌厚老师的《紫外可见分光光度计》的第四章的总结,把几个实用曲线集中在一起,以方便使用。如果有任何不清楚,请查阅李昌厚老师的书。本节的使用性能指标均为普析通用仪器有限公司TU-1901的性能指标。



    第一节 性能指标示例

    北京普析通用仪器有限公司的TU-1901的性能指标(来自普析通用公司网站),如图1


    如果要实际测试仪器性能指标和计算分析误差,最好使用仪器自带的配件(比如比色皿),这样可以减小比色皿的差异引起的误差。


    第二节 光度准确度与分析误差的关系

    光度准确度引起的误差(△A光度准确度)

    在仪器的技术指标中,有时并未直接出现光度准确度这个名词,有时会只给出透射比准确度或吸光度准确度。图1中给出光度准确度,包括透射比准确度和吸光度准确度。



    注:图5.2.2中的不同线型表示不同的透射比误差,如右边黑色框内图示。

    图5.2.2依据公式

    △A是吸光度准确度 △T 透射比准确度 A 吸光度真值

    第三节 杂散光引起的误差

    杂散光引起的误差(△A杂散光)


    注:图5.2.3中的不同线型表示不同的杂散光大小,如右边黑色框内图示。

    图5.2.3依据公式


    第四节 噪声引起的误差

    噪声引起的误差(△A噪声)

    可以看出,基线平直度是一个仪器波长范围内的噪声的总体指标。
    光度噪声是仪器在500nm处的一个具体指标。

    如果以噪声指标做为选择仪器的依据,我们不妨看光度噪声和基线平直度哪个指标的数值大,我们就选哪个做为计算的依据,这样就会留有一些余量。

    实际分析仪器的在其他波长处的噪声时,可以使用光度噪声的测试方法。

    注:图5.2.5中的不同线型表示不同的噪声大小,如右边黑色框内图示。
    图5.2.5中噪声值从厂商公布的性能指标中直接得到。

    第五节 光谱带宽引起的误差

    光谱带宽引起的误差(△A光谱带宽)





    图5.2.6成立条件:

    (1)试样的吸收曲线按高斯曲线分布(图5.2.7)。
    (2)光电检测器接收到的光能量分布呈三角形状(图5.2.8)。
    (3)图5.2.6是实测吸光度A实 与光谱带宽在吸收极大值时的关系式。

    在这样的条件下,根据公式5-2-5计算的。



    第六节 分析误差计算实例

    分析误差计算实例

    注:这里的推导过程跟李老师书上有些不同。

    以图5.2.1 TU-1901性能指标,计算总体分析误差的大小。

    TU1901给出了光度准确度


    我们通过计算杂散光、噪声、光谱带宽分别引起的误差,看跟给出的指标是否一致。

    计算公式:△A总 = △A杂散光 + △A噪声 + △A光谱带宽 + △A其他

    设某个样品的实测吸光度值为 A 实 = 0.600Abs 。

    1.选取数据: 杂散光为0.01%;噪声选用基线平直度为0.001A(比光度噪声大,所以以基线平直度计算);光谱带宽2nm(可满足大多数应用要求)。

    2. 杂散光(0.01%)引起的吸光度绝对误差。
    由杂散光(0.01%)查图5.2.3,得 △A杂散光 /A真 = (A真- 0.600) / A真 = 0.00043。(由杂散光为0.01%,查图5.2.3可得)

    算得A真 = 0.60025Abs 。

    △A杂散光 = A真- A实 = ( 0.60025 - 0.600 ) = 0.00025Abs 。


    3. 基线平直度(0.001Abs)引起的吸光度绝对误差

    △A噪声 = 0.001Abs。

    4. 光谱带宽SBW(2nm)引起的吸光度绝对误差。

    假设此样品的自然带宽NBW=20nm,实际可根据实际测试或查有关文献得到。

    由光谱带宽SBW = 2nm ,RBW=SBW/NBW = 0.1,

    由RBW=0.1,查图5.2.5得,A实/A真 = 0.9954,而A实 = 0.600Abs,

    故A真 = 0.600/0.9954 = 0.6028。

    △A光谱带宽 = A真- A实 = 0.6028 - 0.600 = 0.0028Abs。

    注:文献12在计算到此处时有错误。

    5. 总体分析误差

    先假设△A其他为0,我们计算下

    △A总= △A杂散光 + △A噪声 + △A光谱带宽

    = 0.00025+ 0.001 + 0.0028 = 0.00405Abs。


    再看TU1901给出了光度准确度



    我们样品的实测吸光度为0.600Abs,所以是0.004Abs,我们计算所得为0.00405Abs,吻合的很好。

    只考虑由杂散光、基线平直度、光谱带宽影响,相对误差为

    △A总/A实 = 0.00405/0.600 = 0.00675 =0.675%

    注:计算相对误差时,分母使用了A实,如果使用A真是不合适的。
    因为由杂散光计算得到的A真 = 0.60025Abs,而由光谱带宽计算的A真 = 0.6028。

    假如我们使用各自的真值,分别计算出相对误差再相加,那么噪声的相对误差,我们又没有真可用, 所以,这里使用了A实。

    注意上面的△A总/A实,我们未考虑样品、仪器操作引起的相对误差,所以仪器引起的吸光度绝对误差最小也是0.00405Abs。

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  • Spain

    第1楼2009/03/18

    上述透过率准确度有人试验过吗?
    从计量院拿个标准滤光片,标定值大概是0.5Abs或者是1Abs,用仪器检测偏差如上所示。
    成功率大概会有多少呢?
    0.3%T好像好些,计量院多是这么验的。

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  • tutm

    第2楼2009/03/18

    看得眼花了。仪器还有很多深层次的东西我们使用的人不了解啊。

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  • 祥子

    第3楼2009/03/18

    是啊,光电检测器的问题,问的我都晕了。

    一个器件都没搞利索了,搞个横向比较就更难了。

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  • Spain

    第4楼2009/03/19

    后面建议您再搞个光栅和单色器的专题,会比较好玩的。

    nemoium 发表:是啊,光电检测器的问题,问的我都晕了。

    一个器件都没搞利索了,搞个横向比较就更难了。

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  • 祥子

    第6楼2009/03/19

    呵呵,那我觉得最好找一个光学专家来讲讲。

    spain 发表:后面建议您再搞个光栅和单色器的专题,会比较好玩的。

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  • jelly98

    第7楼2009/03/25

    这些都是厂商寻找的买点,其实对操作者来说都是空的。通常样品带宽在十几纳米以上几乎不用考虑带宽带来的误差。通常样品都在0.5~1.5左右,杂散光也不是重要误差点。

    通常要关心的是2点
    1.噪声,包含仪器的有小能量,关系到信噪比。
    2.比色皿配对误差,通常在0.005A。
    大家算算便知。

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  • 祥子

    第8楼2009/03/25

    恩,说的不错。不过比色皿误差,现在的仪器一般都能自动扣除了。

    指标对操作者来说也是非常有用的,不管是不是假的,至少有个基点。

    像俺们修仪器,客户啥都不说,你就给我修到满足出厂指标就可以了,晕。







    jelly98 发表:这些都是厂商寻找的买点,其实对操作者来说都是空的。通常样品带宽在十几纳米以上几乎不用考虑带宽带来的误差。通常样品都在0.5~1.5左右,杂散光也不是重要误差点。

    通常要关心的是2点
    1.噪声,包含仪器的有小能量,关系到信噪比。
    2.比色皿配对误差,通常在0.005A。
    大家算算便知。

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  • jelly98

    第9楼2009/03/26

    操作者是讲道理的,请来维修员是要解决问题的。有些维修员来,刚拆开仪器,就忙着到处打电话求救,我心就凉了半截了。最后维修员对我说仪器修好了,我能信吗。只能让他做全部的出厂指标。维修员要苦练内功。象nemoium先生这样专研我很佩服。

    nemoium 发表:恩,说的不错。不过比色皿误差,现在的仪器一般都能自动扣除了。

    指标对操作者来说也是非常有用的,不管是不是假的,至少有个基点。

    像俺们修仪器,客户啥都不说,你就给我修到满足出厂指标就可以了,晕。







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