李向東崔 驪*云慶輝

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分光光度計(jì)檢測裝置的不確定度分析與評(píng)定*

李向東①崔 驪①*云慶輝①

李向東,男,(1963- ),博士，副主任醫(yī)師，副教授。第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院設(shè)備器材科，從事軍事裝備的開發(fā)與研究工作。

目的：分析評(píng)定分光光度計(jì)檢測裝置的不確定度、穩(wěn)定性及重復(fù)性，確定標(biāo)準(zhǔn)檢測裝置的準(zhǔn)確性，用于檢定實(shí)驗(yàn)室的分光光度計(jì)。方法：通過計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量不確定度、穩(wěn)定性及重復(fù)性，評(píng)定分光光度計(jì)檢定標(biāo)準(zhǔn)裝置的準(zhǔn)確性。結(jié)果：依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過分析和計(jì)算，證明了標(biāo)準(zhǔn)裝置的準(zhǔn)確性和可靠性。結(jié)論：經(jīng)過分析和評(píng)定，分光光度計(jì)檢定裝置的不確定度滿足量值傳遞要求，測量重復(fù)性、穩(wěn)定性符合建立標(biāo)準(zhǔn)的要求，可檢測在用的分光光度計(jì)，確保該儀器的量值準(zhǔn)確、可靠。

分光光度計(jì)；不確定度；重復(fù)性；穩(wěn)定性

①第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院設(shè)備器材科 陜西 西安 710032

[First-author’s address] Equipment Department of Xijing Hospital, The Fourth Medical University of PLA, Xi’an 710032, China.

分光光度計(jì)是利用光度光譜檢測對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定量、定性分析的儀器，工作原理是基于物質(zhì)對(duì)光的波長的吸收具有選擇性，不同的物質(zhì)具有各自的吸收光帶，故當(dāng)光色散后的光譜通過某一溶液時(shí)，其中某些波長的光線會(huì)被溶液吸收[1]。在一定的波長下，溶液中物質(zhì)的濃度與光能量減弱的程度有一定的比例關(guān)系，紫外、可見及近紅外分光光度計(jì)是醫(yī)藥衛(wèi)生系統(tǒng)常用的分析儀器之一[2]。本研究通過分析分光光度計(jì)檢測裝置的不確定度、穩(wěn)定性及重復(fù)性，確定標(biāo)準(zhǔn)檢測裝置的準(zhǔn)確性，以用于檢定實(shí)驗(yàn)室的分光光度計(jì)。

1 檢測裝置測量標(biāo)準(zhǔn)

1.1 測量標(biāo)準(zhǔn)的組成

檢測波長采用低壓汞燈波長標(biāo)準(zhǔn)器，H849氧化鈥、P749鐠釹濾光片各1塊、G693干涉濾光片3塊、W062近紅外濾光片5塊；檢測透射比采用J566紫外光透射比濾光片、Z741可見光透射比濾光片各3塊；檢測雜散輻射率采用ZA1105雜散光濾光片3塊。

1.2 檢定方法

(1)分光光度計(jì)檢測裝置利用直接測量法完成量值傳遞。采用波長準(zhǔn)確度已知的低壓汞燈波長標(biāo)準(zhǔn)器、氧化鈥濾光片及鐠釹濾光片；采用金屬石英濾光片檢定儀器的透射比準(zhǔn)確度與重復(fù)性；采用雜散光濾光片檢定儀器的雜散輻射率[3-4]。

(2)將標(biāo)準(zhǔn)濾光片垂直放入被檢儀器的樣品光路中，測量被檢儀器示值相對(duì)于上級(jí)計(jì)量檢定給出該標(biāo)準(zhǔn)器定值標(biāo)準(zhǔn)值的偏差[5]。

(3)使用汞燈時(shí)將汞燈置于光源室使汞燈的光入射到單色器入射夾縫，選擇能量測量方式測量能量最大時(shí)對(duì)應(yīng)的峰值波長，檢定被檢儀器的波長準(zhǔn)確度及重復(fù)性。

2 檢測裝置測量標(biāo)準(zhǔn)性能

分光光度計(jì)檢測裝置是國防化學(xué)計(jì)量一級(jí)站依照國家批準(zhǔn)JJG178-2007“紫外、可見、近紅外分光光度計(jì)檢定規(guī)程”技術(shù)要求的檢定項(xiàng)目和參數(shù)而制造的檢定用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[6-7]。具有項(xiàng)目和規(guī)格齊全、性能穩(wěn)定、定值方法科學(xué)以及使用方便等特點(diǎn)。

(1)紫外光區(qū)透射比濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和光譜中性濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的透射比不確定度為：U=0.5%(k=2.45)。

(2)氧化鈥濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和鐠釹濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)峰值波長的不確定度為：U=0.3 nm(k=2.10)。

(3)干涉濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)峰值波長的不確定度為：U=1 nm(k=2.10)。

(4)雜散光濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的吸光度不確定度為：U=0.1 A(k=2.20)。

(5)近紅外濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)峰值波長的不確定度為：U=1 nm(k=2)。

(6)低壓石英汞燈標(biāo)準(zhǔn)器的波長不確定度為0.01 nm。

以上標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均可在(20±10)℃、相對(duì)濕度≤85%的環(huán)境條件下使用[8]。

3 檢測裝置測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

3.1 低壓汞燈波長標(biāo)準(zhǔn)器檢測波長的測量

低壓汞燈波長標(biāo)準(zhǔn)器輻射光譜由汞原子內(nèi)部電子躍遷確定，外部條件的變化對(duì)其輻射波長的影響可忽略不計(jì)。在200～700 nm波長范圍內(nèi)，波長擴(kuò)展不確定度為0.01 nm，經(jīng)國際計(jì)量機(jī)構(gòu)確認(rèn)[9-10]。

3.2 濾波片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)分光光度計(jì)檢定的測量

由標(biāo)準(zhǔn)濾波片的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定證書提供的信息可知：紫外光區(qū)透射比濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和光譜中性濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的透射比不確定度為：U=0.5%(k=2.45)。

氧化鈥濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和鐠釹濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)峰值波長的不確定度為：U=0.3 nm(k=2.10)。

干涉濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)峰值波長的不確定度為：U=1 nm(k=2.10)。

雜散光濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的吸光度不確定度為：U=0.1 A(k=2.20)。

近紅外濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)峰值波長的不確定度為：U=1 nm(k=2)。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在研制、制備過程中已對(duì)其復(fù)現(xiàn)的量值進(jìn)行了不確定度分析，故此套標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度不再評(píng)定。

4 檢測裝置測量標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)性

用722S型紫外可見分光光度計(jì)的440 nm處對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)金屬石英濾光片J566-2在短時(shí)間觀察透射比6次，用觀察值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差Sn(X)表征測量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性[11-12]。測量值Xi和Sn(X)計(jì)算見表1。

表1 測量標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)性計(jì)算

相對(duì)值：

Sn(X)/＝0.0077%/19.36%＝4.0×10-4

Sn(X)/＜，符合要求。

5 檢測裝置測量標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性

氧化鈥濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、鐠釹濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、干涉濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和雜散光濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為國家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，由研制單位國防科技工業(yè)應(yīng)用化學(xué)一級(jí)計(jì)量站提供，在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制過程中已經(jīng)進(jìn)行穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，其穩(wěn)定性經(jīng)過驗(yàn)證和審批，因此無需驗(yàn)證[13]。

透射比濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)穩(wěn)定性：每隔一個(gè)月以上，在相同條件440 nm、(23±5)℃下使用722S型紫外可見分光光度計(jì)的440 nm處對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)中的金屬石英濾光片J566-2測量透射比一次[14]。取n=6個(gè)測量值的算術(shù)平均值(n)i作為一個(gè)觀察結(jié)果，共觀察m=4次，用4次m的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差Sm定量表征測量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性[15]。測量值和Sm計(jì)算見表2。

表2 測量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性計(jì)算

6 測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的驗(yàn)證

將標(biāo)準(zhǔn)器中紫外光區(qū)透射比濾光片標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)J566-2送往上級(jí)單位——陜西省計(jì)量院進(jìn)行檢定，用其出具的校準(zhǔn)值y0與原出廠認(rèn)定證書的標(biāo)準(zhǔn)值y進(jìn)行比較如下：

7 結(jié)論

分光光度計(jì)檢定裝置的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性關(guān)系到量傳數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，檢定分光光度計(jì)的目的是為了確定被測量的量值，根據(jù)規(guī)程判斷儀器的測量結(jié)果是否在規(guī)定范圍內(nèi)，以確保其質(zhì)量安全，所以應(yīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)檢定裝置的測量不確定度、測量重復(fù)性及穩(wěn)定性進(jìn)行分析與評(píng)定，以確保在檢定分光光度計(jì)的過程中數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。通常測量結(jié)果用測量誤差來衡量，但測量誤差只能反映測量結(jié)果的短期質(zhì)量，而測量過程是否持續(xù)受控，測量結(jié)果是否能保持穩(wěn)定一致，需要用測量不確定度來衡量[16]。測量不確定度是表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。其中“合理”指應(yīng)考慮各種因素對(duì)測量結(jié)果的影響所做的修正，尤其是測量應(yīng)處于統(tǒng)計(jì)控制的狀態(tài)下，即處于隨機(jī)控制中，即測量是在重復(fù)性或復(fù)現(xiàn)性條件下進(jìn)行的，此時(shí)對(duì)同一被測物多次測量，所得測量結(jié)果的分散性可按貝塞爾公式計(jì)算[17]。

測量不確定度越大，表示測量能力越差；越小則表示測量能力越強(qiáng)。需要注意的是不管測量不確定度多小，測量不確定度范圍必須包括真值(用約定真值代替真值)，否則表示測量過程已經(jīng)失效[18]。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，分光光度計(jì)檢定裝置的測量不確定度滿足量傳要求；測量重復(fù)性、穩(wěn)定性符合建立標(biāo)準(zhǔn)的要求；測量不確定度通過驗(yàn)證?？梢砸罁?jù)JJG 178-2007“紫外、可見、近紅外分光光度計(jì)檢定規(guī)程”檢定規(guī)程開展本計(jì)量站量傳范圍內(nèi)分光光度計(jì)的檢定工作。

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Research on the analysis and evaluation of uncertainty of spectrophotometer detection device

LI Xiang-dong, CUI Li, YUN Qing-hui// China Medical Equipment,2016,13(2):22-24.

Objective: To analyze and evaluate the uncertainty of spectrophotometer detection device, stability, repeat-ability, the accuracy of the standard testing devices for the detection of spectrophotometer in laboratory.Methods: To calculate the uncertainty of measurement of standard gear, stability, repeat ability for evaluating the accuracy of the standard device.Results: According to the national standard, through analysis and calculation, the veracity and reliability of standard device were proved.Conclusion: Through analysis and evaluation, the uncertainty of verification device of spectrophotometer met the requirement of value.The repeatability and stability complied with the requirement of standard establishment.It can use in detection spectrophotometer, and make sure the results accurate and reliable.

Spectrophotometer; Uncertainty; Repeatability; Stability

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.02.007

軍事醫(yī)學(xué)計(jì)量科研專項(xiàng)課題(2011-JL2-039)“醫(yī)用滅菌設(shè)備溫度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及檢測裝置準(zhǔn)確性論證”

cuili2010sl@163.com

1672-8270(2016)02-0022-03

R197.39

A

2015-11-25