紫外-可见分光光度法中的量值溯源：原理与实践

紫外-可见分子吸收光谱法（UV/Vis）是化学分析领域中历史最悠久、技术最成熟的仪器分析方法之一，其光电检测分光光度计的发展可以追溯到上世纪20年代。尽管关于该技术的仪器原理与应用的专著和综述文章已是汗牛充栋，但本文旨在剥离繁复，直击核心：如何确保测量结果具备适配具体应用的、恰如其分的不确定度水平，即实现“适用性（fit for purpose）”的量值溯源。

基本测量原理：吸光度

紫外-可见分光光度法的核心测量值是样品的吸光度（A），其定义如下：

A(λ) = log [I₀(λ) / I(λ)] (1)

在此公式中，对数项的分子 I₀(λ) 是以特定波长(λ)为中心的入射光强度，而分母 I(λ) 则是光穿过吸收样品后被削弱的强度。在化学应用场景中，样品通常是含有某种或多种能吸收紫外-可见辐射的物种的溶液。测量过程中，可以通过特定方式补偿因承载溶液的比色皿表面反射造成的光损失。

应用范围与分析类型

将已知浓度的纯净化合物在透明溶剂中的吸光度A作为波长λ的函数绘制成图，便得到该化合物的吸收光谱。这个光谱是该化合物（有时也与溶剂有关）的特征标识，可用于定性和定量分析。表征一种化合物时，通常会关注其光谱中主要吸收带的波长位置和吸收系数（单位浓度和光程下的吸光度）。然而，当样品是多种吸收物质的混合物时，由于吸收带通常较宽，定量分析时极易出现光谱干扰误差。如何通过分离或其他化学手段来规避这些误差，已超出了本文的讨论范畴。

样品性质要求

UV/Vis分析对样品最基本的要求是在200 nm至700 nm的光谱范围内至少是部分透明的。均相、澄清的溶液是最常规的样品形态，但这并非硬性规定。事实上，玻璃、聚合物共混物以及透明基底上的薄膜材料也都是常见的测量对象。值得警惕的是，含有悬浮颗粒物的样品会给UV/Vis测量带来麻烦，因为颗粒对入射光的反射和散射会产生光度误差。

定性分析的局限

理论上，UV/Vis可用于定性判断样品中是否存在特定组分。但现实是，大多数样品宽泛的吸收带极大地限制了这种方法的实用性。有趣的是，一种材料的紫外-可见吸收光谱与其发光光谱、反射光谱共同决定了它的颜色外观。光学光谱的这一分支，通常被称为色彩科学（color science），具有巨大的商业价值和应用前景，并已逐渐从主要关注物质定量的光学光谱学中分化出来，发展成一个近乎独立的领域。

可溯源的定量分析：核心与挑战

绝大多数吸光度标准和UV/Vis分析方法都要求波长准确度达到±1 nm的量级。溶解在溶液或玻璃中的稀土元素能提供尖锐的吸收峰，非常适合用作波长校准的标准物质，并且这些标准物质的样品形态与最常见的化学样品池兼容。这些标准品的量值之所以能溯源至“米”的定义，要么是基于其在特定基质中固有的、经过完整不确定度分析并被充分记录的物理特性，要么是通过标准制定机构对标准品进行逐个或批次的校准或认证。

吸光度标尺建立在两种光强度的比率之上（见公式1），因此，要保证其准确性，就要求波长选择器件和光电检测器的组合所产生的信号（S）与光强度（I）之间存在严格的线性正比关系。然而，现实情况更为复杂。考虑到背景信号（B）以及信号与强度之间可能存在的非线性关系 k(I)，实际的信号比值可能如下式所示：

S₀ / S = [k(I₀)I₀ + B] / [k(I)I + B] (2)

不难看出，只有在不存在暗电流或杂散辐射（Stray Radiant Energy, SRE）（即 B = 0），并且光强度与检测器信号之间的比例为恒定值（即 k(I) = k(I₀) = 常数）的理想状况下，公式(2)才能简化为我们所期望的 I₀ / I。大多数研究级分光光度计在设计上已将这些系统偏差源在 0 ≤ A ≤ 3 的有效分析范围内降至可忽略不计的水平。它们常被用作传递标准，通过与国家计量院（NMI），如美国的国家标准与技术研究院（NIST），所维持的基准分光光度计进行比对，来提供具有溯源性的吸光度校准服务或吸光度认证参考物质。

用于常规测量的通用型仪器或许也能表现出可忽略的偏差，但为了确保仪器准确性并为质量管理或法规遵从提供记录，通常需要定期使用经过校准或认证的标准物质进行核查。要获得一张信噪比高、结果可靠的图谱，对样品制备、设备参数配置都有极高要求。这正是专业检测实验室的核心价值所在。

精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），央企，国字头检测机构，专业的权威第三方检测机构，专业检测材料光学性能检测，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636

溯源性的现代框架：从集中到分布

尽管多年来，各国NMI在设计和分发分光光度法认证参考物质（CRMs）方面功不可没，但当前“适用性”质量管理和跨国贸易的趋势更倾向于一个分布式的模型。国际标准化组织（ISO）定义并由NIST等NMI认可的“溯源性”概念，为将CRMs的生产推广至私营部门提供了基础架构。CRM生产者只要能提供严谨的文档，证明其认证值与“规定的参考标准”之间存在一条“所有环节均具有已声明不确定度的、不间断的比较链”，即可声明其产品的量值溯源性。

ISO指南34（现为ISO 17034）为CRMs的生产提供了详尽的框架。一个实验室若依据该指南就特定CRMs的生产获得认可，这本身就被ISO认为是其声明这些材料认证值具备溯源性的充分必要条件。同样，ISO/IEC 17025标准则为实验室对客户提供的样品进行吸光度和波长校准测量赋予了溯源性的资格。这一整套标准体系，构成了现代科学研究与工业生产中数据可靠性的基石。