紫外可见分光光度计等仪器设计制造者需思考的几点

目前国内一些仪器设计制造者往往不注重工艺问题,所以在设计、研制样机时,质量很好。但批量生产时,因为工艺问题使仪器的质量开始下降;或者使用者在操作仪器时,使用不方便,维修不方便。作者认为,一个优秀的分析仪器设计者,必须首先懂得仪器学理论,并且在仪器学理论的指导下开展实践。在计过程中,从一开始就要高度重视铬类工艺的设计。特别是紫外可见分光光度计等光谱、色谱仪器这类高科技产品的设计制造者,更要高度重视这些问题。

学类分析仪器的设计制造人员要重视仪器学理论,认真学习仪器学理论,避免盲目设计光学类分析仪器。尤其是紫外可见分光光度计、原子吸收分光光度、液相色谱光学类检测器(紫外检测器、荧光检测器、示差折光检测等)的设计人员,要从仪器学的角度了解自己设计对象的许多理论问题。例如,了解各个元部件或整机有哪些最关键的性能技术指标,这些主要的性能技术指标的物理意义是什么,各个性能技术指标之间有什么相互关系,这些性能技术指标如何影响仪器整机的质量,这些性能技术指标如何影响使用者的分析测试数据的误差,一台仪器整机的关键性能技术指标如何测试等。要清楚自己设计的仪器各个部件的主要性能技术指标,并对部件的性能技术指标进行严格的测试,这样才能设计、制造出高质量的光学类分析仪器。有些设计/制造者不了解上述与仪器学理论有的关键问题,所以他们在整机调试时,一旦碰到问题,特别是仪器不稳定时,就手忙脚乱,不知道从哪里找问题。这是影响我国光学类分析仪器整体,水平提高的最主要原因之一。
 
由于不注重仪器学的理论问题,有些仪器制造公司给出的性能技术指标不符合其物理意义,严重影响了使用者的测试结果。例如,国外某公司制造的紫外可见分光光度计,给出的仪器波长范围是190~900nm,基线平直度(B.F)为±0.001A,而实际上该仪器只能在200~800nm左右才能保证B.F达到±0.001A。这就意味着如果使用者要用该仪器做硅(Si,峰值波长为810nm)的测试,就不能达到要求(误差很大)。紫外可见分光光度计的B.F定义,是指该紫外可见分光光度计在整个波长范围内每个波长上的噪声。根据定义,B.F应该覆盖仪器的波长范围,而该仪器的波长范围是190~900nm,B.F就应该在190~900nm内都能达到±O.OOIA。该公司对该紫外可见分光光度计B.F的这种表示方法,既偏离了B.F的物理意义,又会误导使用者。特别值得注意的是,还有的公司把B.F和噪声(Noise,以下简称N)混为一谈。例如,国外某公司在综合样本中(包含多种紫外可见分光光度计),给出了“甲紫外可见分光光度计的基线漂移为±0.002A(200~950nm),乙紫外可见分光光度计的基线漂移为N/A”。显然,这里甲紫外可见分光光度计的“基线漂移”指的是B.F,而这些仪器的波长范围都为190~llOOnm,因此,对波长范围为190~ll00nm的仪器,只给出200~950nm的B.F是不符合B.F定义的。尤其是对乙紫外可见分光度计给出“基线漂移为N/A”更是不对的。因为根据仪器学理论的基线漂移的物理意义,紫外可见分光光度计的基线漂移应该是指:仪器在预热两小时后,连续测试一小时,在这一小时中吸光度漂移的最大值与最小值之差,量纲为A/h。另外,该公司同时给出了“乙紫外可见分光光度计的基线稳定性为001A/h,甲紫外可见分光光度计的基线稳定性为O.0003A/h(500nm处)”,但均未给出B.F。很显然,该公司把B.F、N和基线漂移混为一谈了,这是不了解B.F、N和基线稳定性的物理意义及其区别的结果,也是不理解仪器学理论的结果。经过调查研究,发现目前在紫外可见分光光度计的最主要的性能技术指标B.F的表示方法上,很容易出现错误,应该引起有关科技工作者的高度重视。

有些波长范围为190~900nm的紫外可见分光光度计仪器在产品样本上称“仪器外加固体检测器,波长可达到llOOnm”。这是不了解光学传感器理论、光电发射理论和固体检测器的物理性能的表现。因为一般的固体检测器用在红外波段,例如,美国Varian公司的Cary6000紫外可见近红外分光光度计,波长范围为190~3200nm,它的红外波段用的是InGaAs固体检测器。而波长范围为190~900nm的紫外可见分光光度计,根本不需要用固体检测器,而用一般光电倍增管就可以了。即使要将波长延伸到ll00nm,也只是用一般的硅光电池就足够了。
产生上述种种现象,都是不了解仪器学理论中的光电技术理论或不重视仪器学理论的结果。

在实际工作中,有的分析仪器制造者对分析仪器的主要技术指标并不熟悉,对用户所要求的功能指标也不大了解,因此,有时随意制定自己所研制的分析仪器的性能技术指标。例如,某分析仪器公司在申请某项科学仪器攻关竞标项目时,在标书中将关键性能技术指标——光谱带宽写为2nm。结果中标后,在研发过程中发现在目前水平下光谱带宽根本达不到2nm,即使是国外最优秀的同类仪器,其光谱带宽也只有4nm,如果再小,仪器的灵敏度就太低了。也就是说,根据仪器学理论的分析,根据物理光学理论和光电发射理论,目前国际上的同类仪器的光谱带宽都不可能做到2nm。

紫外可见分光光度计的噪声是一项非常重要的关键性能技术指标,它直接影响紫外可见分光光度计仪器的分析测试数据的误差。某国内分析仪器公司的紫外可见分光光度计的噪声很小,在国内遥遥领先,大大优于国外的彳眼多同类同档次的仪器。但是,以前在该仪器的样本上却没有标出这项优异的性能技术指标。这两个例子充分说明制造者应该熟悉自己研发的仪器的性能技术指标,要重视仪器学理论,不能盲目随意制定仪器的技术指标。