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。