进见分析仪

什么样的样品适合什么样的仪器？这个话题看似简单，却经常被大家忽略掉。一不小心，您辛辛苦苦做出的样品，送到仪器旁边却发现不符合要求，时间、成本，一把辛酸泪......　　不同分析仪器原理不同，对测试样品的要求也不一样。整天奔波于实验室的朋友们，您是否了解不同仪器对样品的要求？今天特别为大家收集了实验室常见的21种分析仪器对于测试样品的要求，相信对你的科研工作会有很大的帮助。　　核磁共振波谱仪　　(1)送检样品纯度一般应95%，无铁屑、灰尘、滤纸毛等杂质。一般有机物须提供的样品量：1H谱5mg，13C谱15mg，对聚合物所需的样品量应适当增加。　　(2)仪器配置仅能进行液体样品分析，要求样品在某种氘代溶剂中有良好的溶解性能，送样者应先选好所用溶剂。常备的氘代溶剂有氯仿、重水、甲醇、丙酮、DMSO、苯、邻二氯苯、乙腈、吡啶、醋酸、三氟乙酸。　　(3)尽量提供样品的可能结构或来源。如有特殊要求(如检测温度、谱宽等)　　红外光谱仪　　为了保护仪器和保证样品红外谱图的质量，分析的样品，必须做到：　　(1)样品必须预先纯化，以保证有足够的纯度 　　(2)样品须预先除水干燥，避免损坏仪器，同时避免水峰对样品谱图的干扰 　　(3)易潮解的样品，干燥器放置 　　(4)对易挥发、升华、对热不稳定的样品，用带密封盖或塞子的容器盛装并盖紧，需要同实验室说明情况 　　(5)对于有毒性和腐蚀性的样品，必须用密封容器装好。送分别在样品瓶标签的明显位置和分析任务单上注明。　　有机质谱仪　　适合分析相对分子质量为50~2000u的液体、固体有机化合物样品，试样应尽可能为纯净的单一组分。　　气相色谱-质谱联用仪　　气相色谱仪均使用毛细管柱，进入气相色谱炉的样品，必须是在色谱柱的工作温度范围内能够完全汽化。　　液相色谱-质谱联用仪　　(1)易燃、易爆、毒害、腐蚀性样品必须注明。　　(2)确保分析结果准确、可靠，要求样品完全溶解，不得有机械杂质 未配成溶液的样品要注明溶剂。　　(3)尽可能提供样品的结构式、分子量或所含官能团，以便选择电离方式 　　(4)液相色谱–质谱联用时，所有缓冲体系一律用易挥发性缓冲剂，如乙酸、醋酸铵、氢氧化四丁基铵等配成。　　飞行时间质谱仪　　(1)试样的种类、组分及样品量本仪器适用测定多肽、蛋白质，也可以测定其它生物大分子如多糖、核酸和高分子聚合物、合成寡聚物以及一些相对分子质量较小的有机物，如C60或C60的接枝物等。被测样品可以是单一组分也可以是多组分的，但样品组分越多，谱图就越复杂，谱图分析的难度也越大 如果电离过程中组分之间存在相互抑制作用，则不一定能保证每个组分都出峰。常规测定的样品量约为1~10皮摩尔/微升。　　(2)样品的溶解性：被测样品必须能够溶于适当的溶剂、最好是未溶解的固体或纯液体。若样品为溶液，需要提供样品的溶剂、浓度或含量等信息。　　(3)纯度：为取得高质量的质谱图，多肽和蛋白质样品应避免含氯化钠、氯化钙、磷酸氢钾、三硝基甲苯、二甲亚砜、尿素、甘油、吐温、十二烷基硫酸钠等。如果被测样品在预处理过程中不能避免使用上述试剂，则必须用透析法和高效液相色谱法对样品进行纯化。水、碳酸氢铵、醋酸铵、甲酸铵、乙腈、三氟乙酸等都是用于纯化样品的合适试剂。蛋白质样品纯化后，应尽可能冻干。样品中的盐可通过离子交换法祛除。　　紫外-可见吸收光谱仪　　(1)样品溶液的浓度必须适当，且必须清澈透明，不能有气泡或悬浮物质存在 　　(2)固体样品量0.2g，液体样品量2ml。　　气相色谱仪　　能直接分析的样品应是可挥发、且是热稳定的，沸点一般不超过300℃，不能直接进样的，需经前处理。　　液相色谱仪　　样品要干燥，最好能提供要检测组份的结构 对于复杂样品，尽可能提供样品中可能还有其它哪些成分。　　元素分析仪　　(1)尽可能提供分子式和元素的理论含量或其它相关信息 　　(2)样品必须是不含吸附水的均匀固体微粒或液体，并经过提纯。如样品不纯(含吸附水、有机溶剂、无机盐或其它杂质)会影响分析结果，使测试值与计算值不符 　　(3)样品应有足够的量，以满足方法和仪器的线性和灵敏度。　　离子色谱仪　　送检样品可以溶于水，或稀酸、稀碱，所用的酸碱不能含有待测离子。对于样品中含有待测元素，但在水、酸、碱溶液中以非离子状态存在的化合物，需要进行相应的样品前处理。　　等离子体原子发射光谱仪　　(1)对送检样品(检测条件)的要求：提供品来源、种类、属性(如矿石、合金、硅酸盐、特种固熔体、高聚物等)。尽可能列出主要成份、杂质成份及其(估计)含量 待检元素中最低(估计)含量是多少?　　(2)对于溶液，写明介质成份(溶剂、酸碱的种类及其(估计)含量)、含氟(F-)与否?因为氟(F-)将严重腐蚀雾化器!)固体样品要制成不含任何有机物的溶液，其最终酸度控制为1mol，样品量：5-50ml。如含悬浮物或沉淀，务必过滤 另请同时测试试剂空白溶液用作扣除空白 　　原子荧光光谱仪　　(1)样品分析一般要求　　原子荧光光谱仪分析的对象是以离子态存在的砷(As)、硒(Se)、锗(Ge)、碲(Te)等及汞(Hg)原子，样品必须是水溶液或能溶于酸。　　(2)固体样品　　①无机固体样品样品经简单溶解后保持适当酸度。　　检测砷(As)、硒(Se)、碲(Te)、汞(Hg)，介质为盐酸(5%，v/v) 　　检测锗(Ge)，介质为硫酸(5%，v/v) 　　检测汞(Hg)，介质也可为硝酸(5%，v/v)，检测(As)介质也可为硫酸(2%v/v)。　　由于铜、银、金、铂等金属对待测元素的干扰较大，因此该几类合金样品中的砷、硒、碲、汞不宜采用本仪器测定。　　②有机或生物固体样品　　样品经硝化处理为溶液并保持适当酸度，其介质酸度与无机样品同。　　(3)样品中待测元素限量要求　　由仪器灵敏度及分析方法决定，样品含待测元素上下限为0.05μ g/g~500μ g/g，不在此含量范围内的样品使用本仪器检测将无法保证检测结果的准确可靠。　　(4)样品量　　每检测1个元素，要求固体样品量不少于2g，液体样品量不少于20mL，水样不少于100mL。　　差示扫描量热仪　　固体样品，在所检测的温度范围内不会分解或升华，也无挥发物产生。样品量：　　单次检测无机或有机材料不少于20mg，药物不少于5mg。注明检测条件(包括检测温度范围，升、降温速率，恒温时间等)。　　热重分析仪　　样品量：不少于30mg。送样时请注明检测温度范围，实验气氛(空气、N2或Ar)，升温速率，气体流量等。　　X射线粉末衍射仪　　送检样品可为粉末状、块状、薄膜及其它形状。粉末样品需要量约为0.2g(视其密度和衍射能力而定) 块状样品要求具有一个面积小于45pxx45px的近似平面 薄膜样品要求有一定的厚度，面积小于45pxx45px 　　X射单晶末衍射仪　　送检样品必须为单晶。选择晶体时要注意所选晶体表面光洁、颜色和透明度一致。不附着小晶体，没有缺损重叠、解理破坏、裂缝等缺陷。晶体长、宽、高的尺寸均为0.1~0.4mm，即晶体对角线长度不超过0.5mm(大晶体可用切割方法取样，小晶体则要考虑其衍射能力)。　　透射电子显微镜　　由于受电镜高压限制，透射电子束一般只能穿透厚度为几十纳米以下的薄层样品。除微细粒状样品可以通过介质分散法并直接滴样外，其它样品的制备方法主要有物理减薄(离子和双喷减薄等)和超薄切片法。超薄切片样品的制备，需经样品前处理、包埋、切片等复杂工序，周期较长 　　场发射扫描电子显微镜　　送检样品必须为干燥固体、块状、片状、纤维状及粉末状均可。应有一定的化学、物理稳定性，在真空中及电子束轰击下不会挥发或变形 无磁性、放射性和腐蚀性。含水分较多的生物软组织的样品制备，要求用户自己进行临界点干燥之前的固定、清洗、脱水及用醋酸(异)戊酯置换等处理，最后由本室进行临界点干燥处理。观察图像样品应预先喷金膜。一般情况下，样品尽量小块些(≤ 10x10x5mm较方便)。粉末样品每个需1克左右。纳米样品一般需超声波分散，并喷涂超细微金膜。　　扫描电子显微镜-X射线能谱仪　　送检样品必须为干燥固体，块状、片状、纤维状、颗粒或粉末状均可。应有一定的化学、物理稳定性，在真空中及电子束轰击下不会挥发或变形 无磁性、放射性和腐蚀性。对含水份较多的生物软组织样品，要求预先进行临界点干燥前的固定、清洗、脱水及用醋酸(异)戊酯置换等处理。最后进行临界点干燥处理。图像观察样品应预先镀金膜，成份分析样品必需镀碳膜。一般情况下，样品体积不宜太大(≤ 5x5x2mm较适合)。　　电子探针　　定量分析的样品必须磨平抛光、清洗干净。若样品不能进行表面磨平抛光(将影响分析精度)处理应事先说明。样品应要切成小薄片，不能切割制样，必须先与测试人员确定。应先标记好分析面上的测试点，无标记测试位置时，测试时只选有代表性、较平整位置测试。液体样必须先浓缩干燥。分析的样品必须是在高能电子轰击下物理和化学性能稳定的固体、不分解、不爆炸、不挥发、无放射性、无磁性。

李昌厚(中国科学院上海生物工程研究中心上海 200233)　　摘要　　本文对超微量UVS仪器发展的重要性、超微量UVS仪器的基本原理、发展的必然性、使用者对超微量UVS的基本要求，以及超微量UVS在生命科学中的应用等作了简单论述。文中对国内外的几种主要超微量UVS仪器的特点、主要技术指标等作了简单介绍。同时，对如何重视和开展我国超微量UVS仪器及其应用研究、如何开展技术攻关、如何正确对待进口和国产仪器等等的有关问题进行了讨论。　　一、前言　　紫外可见分光光度计[1](UVS)在现代分析测试工作中使用非常广泛，而带有各类微量比色皿的UVS应用更加广泛。目前，国外发达国家生产的UVS很多都带有微量比色皿，国内外很多厂商还推出了专用的微量UVS或超微量UVS，给使用者带来很多方便。我国生产UVS的企业很多，但是真正带有实用微量比色皿的仪器不是很多。 (这里是指常规UVS，国内的UVS大多数仪器也带有微量紫外比色皿，但是不好用或者不能用。而国外的常规紫外也带有微量紫外比色皿，基本上都能满足使用要求,如PE、岛津公司等等。)由于制造难度较大和重视不够，我国目前专用的微量UVS或超微量UVS还相对较少，应该引起高度重视。　　目前，微量UVS和超微量UVS已成为现代分子生物学、药物学、食品科学等领域的常用仪器。目前很多微量UVS和超微量UVS，都具有样品用量少、无需比色皿、全波长扫描、检测速度快、无需预热、样品无需稀释、直接显示浓度值、专用软件齐全、操作简便等优点。大多数超微量紫外可见分光光度计检测样品的量一般都在0.5μL～2μL左右，样品直接滴在样品台上，无需比色皿。　　本文将根据仪器学理论、分析化学理论和作者长期研发和使用各类分析仪器的实践，简单介绍超微量UVS仪器及其应用情况，同时对有关问题进行了讨论，可供有关分析仪器和仪器分析的管理者和广大科技工作者参考。　　二、微量UVS和超微量UVS发展的重要性和必然趋势　　微量UVS和超微量UVS，目前在我国的科研和工农业生产工作中使用已经非常广泛，很多科研领域，特别是生物技术领域和样品量非常少的分析检测工作，几乎都离不开微量和超微量UVS，它已经成为现代生物检测技术和微量分析检测工作中必备的仪器。其主要原因如下：　　1、现代生物技术实验环节中，微量DNA、RNA、Protein及细菌生物密度的快速、准确定量检测需求大大促进了微量和超微量UVS的发展；　　2、基本上绝大多数DNA、RNA、Protein及细菌生物都对紫外光或可见光有吸收，微量、超微量UVS仪器的光源比较容易得到；　　3、微量UVS和超微量UVS之所以发展很快，还因为目前很多分析检测工作的样品量非常少、而且非常昂贵。　　所以，超微量UVS仪器及应用的大发展是目前的必然趋势。　　三、微量UVS超微量UVS的基本原理和要求　　从仪器学理论[2]来看，与传统的UVS一样，微量UVS及超微量UVS都是根据比耳定律(物质对光的吸收)制造的。在传统UVS中，样品通常装在玻璃或石英制的比色杯内，置于光路内测试样品的吸光度，然后与有关标准物质比对，通过比较计算浓度得到测试结果。微量UVS和超微量UVS也是同样测试样品的吸光度，然后与有关标准物质比对，通过比较计算浓度得到分析测试结果。但是，当样品量有限或高度浓缩时，需要花费时间稀释或使用超低容积的比色杯，容易产生误差，并且比色皿难于清洗干净。所以，微量UVS和超微量UVS制造难度增大，成本大大增加。　　在超微量UVS中，一般样品体积为0.5～2.0 μL，往往将样品移至一个疏水性平面上，然后将测样头降低至样品顶端形成一个长度为0.2mm或0.5 mm的极短光程区。我们之所以要求光路的光程长度短，主要是希望仪器能够检测体积小、浓度大或吸光度值高的样品。　　现代分析检测技术工作，对微量UVS或微量UVS的要求主要有以下几个方面：　　1、从仪器学理论和应用实践的角度来讲，对超微量UVS最重要的要求是可靠性好。而影响其可靠性的主要关键是四项性能技术指标，它们是制造者和使用者必须高度重视的四个问题[4]、[2]。　　(1)波长(波长范围和波长准确度)：因为生物样品中绝大多数吸收峰都在紫外区。例如：亮氨酸吸收峰在230nm左右、核酸的吸收峰在260nm、蛋白的吸收峰在280nm等，所以超微量UVS的波长范围，一定要涵盖紫外区。而超微量UVS一般是直接测量吸光度A，根据比耳定律，A=εbc，即吸光度与摩尔吸光系数ε、光程b和样品浓度c成正比。而ε与波长有关，不同的物质吸收波长不同，就会有不同的ε，不同的ε有不同的分析检测误差。所以，波长范围和波长准确度就直接影响分析检测误差，直接影响分析检测数据的可靠性。目前国内外的超微量UVS的波长范围一般是200-800nm，波长准确度一般要求±1nm。这个波长范围都覆盖了紫外光和可见光的区域，波长准确度都能满足使用要求。　　(2)灵敏度：因为是微量或超微量检测，所以要求仪器的灵敏度很高，否则没有办法做微量或超微量检测。根据仪器学理论，影响超微量UVS仪器灵敏度的因素很多，如果用以下数学表达式描述，至少有式中所述的很多个方面，即灵敏度S=f(ε.b.c.Ф.K.D./N)，式中ε为摩尔吸光系数、b为光程(一般国内外的超微量UVS的光程为0.2mm左右)、c为被检测样品浓度、Ф为光源强度(一般使用氙灯)、K为电子学放大器的放大倍数、D为光电转换器或称之为光检测器(很多超微量UVS采用光电二极管或CCD)，超微量UVS的灵敏度S与这些指标成正比。N为光噪声(取决于光源的稳定性)和电噪声(包括电子学系统、光电转换系统等)。灵敏度S与噪声N成反比。所以，研发者、制造者和使用者都应该特别注意这些因素带来的各种问题。　　(3)稳定性(包括重复性和漂移)：重复性是影响稳定性的两个主要因素之一，如果超微量仪器重复性差，广大使用者肯定不会欢迎。尤其是在用超微量UVS检测时，因为样品量少，如果仪器的重复性差，你做、我做、他做、今天做、明天做结果都不一样。或者同一台仪器，这个实验室和那个实验室做的检测结果不同，都不可能得到准确可靠的分析检测结果。使用者是不欢迎这种仪器的。不过，需要指出的是，因为超微量UVS的检测速度一般都很快，所以漂移不是最重要的指标。　　(4)分析误差：用户买仪器的目的是做分析检测，分析检测的目的是得到一个数据，对数据要求的关键是准确，也就是说要求分析检测误差尽量小。因为微量和超微量UVS的样品量少，所以分析检测的相对误差就会大，因此，使用者要求超微量UVS的分析误差相对小者为好，这是超微量UVS使用者最基本的要求，也是最根本的要求。一般超微量UVS的分析误差，大概要求在1.0%左右。目前，国产超微量UVS基本上都给出相对分析检测误差(1.0%；有厂商用吸光度准确度表示，并给出误差为±0.0003Abs)，而进口的超微量UVS基本上都不给出仪器分析检测的相对误差。　　四、微量UVS和超微量UVS在生命科学中的应用[3]　　1、核酸定量分析(核酸的吸收波长为260nm)　　如质粒DNA (双链DNA, ds DNA)测定、基因组DNA测定、PCR引物(Oligo DNA)测定 总RNA、mRNA、 microRNA测定等。　　核酸浓度=Abs 260×浓度系数(dsDNA 50µg/µl, ssDNA 37µg/µl, RNA 40 ng/µl, Oligo 33 ng/µl)。　　2、核酸纯度分析检测　　A260/A280的比值：由于蛋白吸收峰为280nm，纯净的样品比值应为1.8(DNA)或者2.0(RNA)左右。如果比值低于1.8 或者2.0，表示存在蛋白质或者酚类物质的影响。　　A260/A230的比值：A230表示样品中存在一些污染物，如碳水化合物、多肽、苯酚等，较纯净的核酸A260/A230的比值大于2.0。　　A320表示检测溶液的混浊度和其他干扰因子，纯样品的A320一般是0。(A320表示在波长为320nm处，吸光度值的大小 其余类推)　　下图是一个典型的多聚物核酸纯度分析结果：核酸吸光度为0.7Abs；而蛋白的吸光度为0.383Abs。　　3、蛋白质定量分析(蛋白质的吸收波长为280nm)　　A. 直接定量法　　A280(适用于高浓度的纯蛋白)　　蛋白质(µg/µl) = 1.55 × Abs280 – 0.76 × Abs260(A320表示的意义同上 µg/µl表示浓度 每µL样品中含有蛋白的µg数量)　　测试波长：苯丙氨酸257nm；色氨酸280nm；酪氨酸275nm　　B. 间接定量法　　Bradford法 (595nm)，双缩脲法(546nm)，BCA法(562nm) 与 Lowry法(750nm) 定量蛋白质　　Bradford法通过在595nm处测量结合于样品蛋白的考马斯亮蓝染料的数量，和一个已知浓度的作为标准参照的蛋白结合的染料量进行比较，最后得到蛋白质的浓度。通常用小牛血清蛋白(BSA)作为参照。　　双缩脲法 (546nm)， BCA法(562nm) 与 Lowry法 (750nm)法均依靠碱性溶液中二价铜离子和肽键的反应生成在相应波长处有吸收值的复合物测定蛋白的浓度。　　4、其它方面的应用　　微量UVS的应用非常广泛，特别在生物工程研究及一些生物检测技术工作中都是必不可少的分析检测仪器。例如：生物克隆技术、PCR技术、基因工程技术等等工作中，超微量UVS是必不可少的工具。　　五、目前市场上主要的超微量UVS仪器简介　　1、使用者对超微量UVS的最基本要求　　(1)适用于超微量样本的检测(一般能检测0.5-2μL样品) 　　(2)操作简单(直接使用加样器将待检测样本加在检测表面，无需使用比色皿和毛细管设备，每个样品检测时间　　3、几种国产微量和超微量UVS的有关情况　　(主要数据来自有关公司样本和有关仪器网络)　　随着科学技术的发展，我国分析测试仪器也正在突飞猛进的发展，微量UVS和超微量UVS的发展也是如此。我国有不少仪器厂商，已经推出或正在研发不同类型的微量和超微量UVS。例如：杭州奥盛仪器公司、上海金鹏仪器公司、杭州佑宁仪器公司等都已经推出了多种成熟的微量和超微量UVS产品，并且受到了很多使用者的青睐，值得国人骄傲和自豪。　　国产微量和超微量UVS的有关情况简单介绍如下：　　1)杭州奥盛仪器公司推出了多款自主研发生产的超微量UVS仪器(Nano-100/Nano-300/Nano-500 Nano-400A 系列微量UVS)　　(1)Nano系列产品的外观　　(2)Nano系列产品的共同特点　　①软件界面友好，简单易用，图形软件操作，界面更为直观，结果可直接导出，便于数据保存、查看和输出。　　②微量检测，每次检测仅需0.5μl～2μl样品。测量后还可以回收样品，可放心的对珍贵样品进行研究。　　③检测快速，检测过程中无需稀释，无需比色皿，5s即可完成检测，直接显示结果。　　④长寿命光源，开机无需预热，氙闪光灯寿命可达10年，开机无需预热，直接使用，可随时检测。　　⑤检测浓度高，可测样品最高浓度为12000ng/μl，样品基本上不用稀释。　　⑥将样品直接点于样品板上，无需稀释，无需比色皿，可测样品浓度为常规紫外-可见光光度计的50倍，结果直接输出为样品浓度。　　(3)Nano系列产品的各自特点　　Nano系列产品，除上述共同特点外，还具有如下独自特点　　①Nano-500新增荧光计模式，精确定量核酸浓度，对于浓度低于2 ng/μl的样品，可选用荧光计模式，最低检测限可达0.5pg/μl，单机操作方便快捷。　　②Nano-100/Nano-300/Nano-500 为全波长的微量分光光度计， Nano-400A为固定波长的超微量核酸分析仪。　　③Nano-300，Nano-400A，Nano-500可实现单机操作，方便快捷。　　(4)Nano系列产品的主要技术指标型号Nano-100Nano-300Nano-400波长范围200-800nm200-800nm230mn 260nm, 280nm样本体积要求0.5-2.0pl0.5-2.0pl0.5-2.0pl光程0.2mm腐浓度测量） 度测聲0.2mm 砌度测聲 1.0mm（削浓度测02mm（S浓度测D LOmm潛通浓度测最光源筑闪灯光氤闪灯光氤闪灯光检测器3864单元线性CCD阵列3864单元线性CCD阵列麟光电二极管波长精度InmInm—波长分辨率V 3nm (FWHM at Hg546ujtn)—吸光度精确度0.003Abs0.003Abs0.003Abs吸光度准确度1% (7.332Absat260nm)1% (7.332Absat260nm)1% (7.332Absat260nm)吸光率范围（等效于lOmtn）0.02 - 90A0.02 -100A0.02 - 80A核酸检测范围2-4500ng/pl (dsDNA)2-5000ng/pl (dsDNA)10-4000ng/pl (dsDNA)检测时间石英光纤和高剛铝电源适配器DC 24V 2ADC 24V 2ADC 24V 4A功耗20W40W25W待机时功耗5W5W5W尺寸(WXDXH) mm200 X 250X166210X268X181208 X 280X186重量2.6kg2.8kg3.6kg软件操作平台WinXP, Win7, Win8安卓系统安卓系统比典模式（OD600） 光源—LED发光二极管LED波长范围—600 ± 8nm600±8nm吸光度范围—0-4A0-4A J　　2)杭州佑宁仪器公司自主研发生产的Nano One微量UVS　　(1)Nano One微量UVS的外观　　(2)Nano One微量UVS产品特点：　　◆智能安卓操作系统，7寸电容触摸屏,多点触控，专用 APP软件，界面更为直观。　　◆比色皿插槽，可对细菌/微生物等培养液浓度的检测。更为得心应手。　　◆每次检测仅需0.5～2μl样品。测量结束后，还可以回收样品，可以放心地进行珍贵样品的研究。　　◆样品直接加于样品检测平台，无需稀释，8s即可完成检测、显示结果，结果直接输出为样品浓度。　　◆氙闪光灯，寿命可达10年。开机无需预热，直接使用，可随时检测。　　◆将样品直接点于加样平台上，无需稀释，可测样品浓度为常规紫外-可见分光光度计的50倍，检测结果直接输出为样品浓度，无需额外计算。　　◆稳定可靠、快速的USB数据输出方式，方便导出数据进行相应分析。　　◆仪器不需电脑联机，单机即完成样品检测和数据的存储。　　◆图像和表格存储格式，表格兼容Excel，方便后续数据处理，支持JPG图像导出。　　◆采用高精度直线电机驱动，使光程的精度达到0.001mm，吸光度检测重复性高。　　(3)NanoOne微量UVS的主要技术指标：型号NanoOne波长范围200 ～ 800nm；比色皿模式 (OD600 测量 )：600±8nm样本体积要求0.5 ～ 2.0ul光程0.2mm( 高浓度测量 ) 1.0mm( 普通浓度测量 )光源氙闪光灯检测器2048 单元线性 CCD 阵列波长精度1nm波长分辨率≤ 3nm(FWHM at Hg 546nm)吸光度精确度0.003Abs吸光度准确度1%（7.332 Abs at 260nm)吸光度范围 ( 等效于 10mm)0.02-100A 比色皿模式 (OD600 测量 )：0~4A测试时间＜ 8S核酸检测范围2 ～ 5000ng /ul(dsDNA)数据输出方式USB样品基座材质石英光纤和高硬质铝电源适配器12V 4A功耗48W待机时功耗5W软件操作平安卓系统尺寸（mm)270*210*196重量3.5kg　　3)上海金鹏仪器公司推出了自主研发生产的Nano-600超微量UVS　　Nano-600超微量UVS(核酸蛋白测定仪)，作为一款高再现性的全波长分光光度计，采用基座和比色皿上样双检测模式， 适用于更宽浓度范围的样品检测，操作简便，不仅可用于测量DNA，RNA纯度、浓度，测量蛋白质浓度，也可用于一般物质分析中的吸光度检测。　　(1)Nano-600超微量UVS的外观　　(2)Nano-600超微量UVS产品的主要特点：　　采用7寸电容触摸屏，优化设计的APP软件；无需预热，4秒即可完成检测；结果直接输出为样品浓度；5分钟内无操作将自动关闭光源以延长使用寿命；软件图形界面简单明了，操作更为直观，结果可直接导出；仅需0.5～2ul的微量样品即可进行纯度与浓度测量 样品可回收。　　(3)Nano-600超微量UVS的主要技术指标软件操作平台：7寸电容触摸屏，安卓系统波长范围：185-910nm；比色皿模式( OD600)：600±8nm样本体积要求：0.5-2.0ul光程：0.2mm(高浓度测量) 1.0mm(普通浓度测量)光源 ：氙闪光灯（寿命可达10年)检测器 ：3648像素线性CCD阵列波长精度 ：1nm波长分辨率≤3nm(FWHM at Hg 546nm)吸光度精准度 ：0.002Abs吸光度准确度 ：1%（7.332 Abs at 260nm)吸光度范围(等效于10mm)：0.02-300A比色皿模式(oD600测量)：0~4A测试时间 ：＜5S核酸检测范围 ：2-17500ng/ul(dsDNA)数据输出方式：USB、SD-RAM卡样品基座材质 ：石英光纤和高硬质铝　　4)上海元析仪器公司自主研发的B500型超微量UVS　　仪器特点：可用于DNA、RNA、蛋白样品无稀释的快速检测　　(1)检测量1μl～21μl，适用于极微量样品的检测　　(2)采用长寿命进口紫外光源(氙灯)　　(3)无需开机预热　　(4)样品无需进行稀释，可进行快速、简便的检测，检测范围宽　　仪器指标参数　　波长范围：全光谱测量，190nm～850nm。　　波长精度：1nm　　分辨率：　　作者简介　　李昌厚，男，中国科学院上海生物工程研究中心原仪器分析室主任、兼生命科学仪器及其应用研究室主任、教授、博士生导师、华东理工大学兼职教授，终身享受国务院政府特殊津贴。　　主要研究方向：分析仪器及其应用研究。长期从事光谱仪器(紫外吸收光谱、原子吸收光谱、旋光光谱、分子荧光光谱、原子荧光、拉曼光谱等)、色谱仪器(液相色谱、气相色谱等)及其应用研究 特别对《仪器学理论》等有精深研究 以第一完成者身份，完成科研成果15项，由中科院组织专家鉴定，其中13项达到鉴定时国际上同类仪器的先进水平，2项填补国内空白 以第一完成者身份获得国家级和省部级科技成果奖5项(含国家发明奖1项) 发表论文183篇，出版专著5本 现任中国仪器仪表学会理事、《生命科学仪器》副主编 曾任中国仪器仪表学会分析仪器分会第五届、第六届副理事长 国家认监委计量认证/审查认可国家级常任评审员、国家科技部“十五”、“十一五”、“十二五”和“十三五”重大仪器及其应用专项的技术专家组成员或组长、上海市科学仪器专家组成员、《光学仪器》副主编、《光谱仪器与分析》副主编、上海化工研院院士专家工作站成员等十多个学术团体和专家委员会成员等职务。

李昌厚 （中国科学院上海营养与健康研究所 上海 200233）摘要本文论述了面广量大的光吸收类分析仪器研发、生产、使用中必须注重的几个关键理论，以及理论与实践结合的问题。讨论了透过率误差、吸光度误差和吸光度理论值或真值的关系、杂散光与吸光度相对误差A/A和吸光度真值A之间的关系、光度噪声N与吸光度相对误差ΔA／A和吸光度真值A的关系、光谱带宽（SBW）与分析检测误差的关系等等，同时提出了解决这些问题的方法和建议。0、前言由于分析仪器是“四两拨千斤”的产业，它在各国的国计民生中已经显示出五大作用：①科学研究的“先行官”；②工业生产的“倍增器”；③军事上的“战斗力”；④人类活动中的“物化法官”；⑤民生领域的“安全保证”等。所以可以说，分析仪器在“农、轻、重、海、陆、空、吃、穿、用”各行各业已经无所不在，无所不有。同时基于分析仪器在科技、经济、国防和社会发展中所处的重要战略地位等等，加速分析仪器产业的发展、生产已成为全世界各国关注的重点之一。作者认为，全球分析仪器事业正处在日新月异、突飞猛进的变化时期。但是，全球的分析仪器行业还普遍存在一些理论问题，以及理论与实践相结合的问题。这些问题具体体现在没有解决好对仪器学理论的认识和理解、没有解决好在研发、制造、使用者中，真正重视仪器学理论和理论与实践相结合的问题上。本文为了保证研发者、生产者使用者能研发出优质分析仪器、使用者能真正用好分析仪器，作者将根据仪器学理论、分析化学理论和作者长期从事分析仪器研发、应用研究的实践经验、教训，从研发者、生产者和使用者的角度，从分析仪器的优质制造的更高要求的角度，以及分析仪器面临的紧迫使命等方面出发，寻找分析仪器行业优质制造中的问题，找差距、找瓶颈、找解决问题的办法，以保证我国分析仪器的优质制造，促使我国分析仪器更高速发展，尽快提高分析仪器的水平。作者写本文目的是抛砖引玉，希望引起分析仪器领域研发仪器、制造仪器、使用仪器的广大科技工作者们的高度重视，并且积极参与讨论这些问题。希望大家共同为提高全球分析仪器，特别是提高我国分析仪器研发、制造、使用水平而努力奋斗。作者认为，分析仪器要振兴、要发展，就必须要注重并处理好本文提出的仪器学理论问题，必须处理好、解决好理论与实践结合的问题。本文可供分析仪器（特别是紫外吸收类分析仪器）的研发者、制造者、使用者和有关领导们参考。1、透过率误差、吸光度误差和吸光度理论值或真值的关系[1]-[15]分析仪器的基础理论非常重要。分析仪器属于光、机、电、计算机和应用五为一体的、技术密集的高科技产品，涉及到的基础理论很多，如果不搞清楚其中的关键理论问题，大家闭着眼睛抓麻雀，或者是知其然不知其所以然，是不可能研发、生产出优质分析仪器的，使用者也不可能用好各类分析仪器、不可能得到准确可靠的分析检测数据。例如：紫外可见分光光度计（UVS）中的透过率误差△T与吸光度误差△A的关系，△T和△A与吸光度测量值Am、吸光度理论值A0的关系[1]，杂散光（S.L.）与吸光度相对误差△A/A0的关系[2]、[3]、[4]、[11]，光谱带宽（SBW）、噪声（N）与△A/A0的关系[3]等等。这些仪器学理论问题如果搞不清楚，既研发不出优质仪器，也用不好分析仪器。目前，国际上许多UVS的研发者、生产者，在仪器的使用说明书中，一般都给出吸光度范围、吸光度误差和透过率范围、透过率误差等等，但是，都未搞清它们之间的关系，有些是随便写的。许多厂商，只要是自己认为是所谓高档UVS,就千篇一律的写为：透过率从0-100%T时（甚至更高），透过率误差（△T）都为0.3%T，这是不对的、绝对做不到的。而吸光度误差都写为： 0.002Abs（0-0.5Abs）和0.004Abs（0.5-1.0Abs）。这里的△T和△A0是矛盾的，，绝大多数UVS生产厂商的产品都是如此，此现象很严普遍。对这个问题的研究工作，作者已经发表不少文章[1]、 [2]、[3]、 [4]、[15]，请读者自己查阅。透过率误差与吸光度误差和吸光度真值的关系，目前国际上很少有人系统的、认真的研究过。在这方面存在许多糊涂概念。作者对此作了深入研究，现在，我们来讨论透过率准确度、透过率误差与吸光度准确度和吸光度误差的关系，以及他们和吸光度真值A的关系。作者从比耳定律的原始表达公式入手，认真研究了这些关系。比耳定律指出：①A＝－logT，故T＝10－A；② C＝（－1/ab）logT, 故，T＝10－abc；①和②中：A为吸光度真值，T为透过率真值，a为摩尔吸光系数，b为光程，C为被测试样的浓度。由此可见，A、T、C之间有着密切的关系。由于A或T的测量误差，可引起对被测试样浓度C的测量误差。若设T的误差为ΔT，则可求出不同ΔT的情况下，相对吸光度误差ΔA/A (ΔA为吸光度真值A与测量值Am之差)与A的关系，或求出不同A下ΔA/A与ΔT的关系。作者研究了ΔA/A与ΔT和A的关系，导出了ΔA/A与ΔT和A的关系之间的理论计算公式如下，它具有普遍的指导意义。设：T－Tm＝ΔT （1－1）A－Am＝ΔA （1－2）（1－1）式、（1－2）中：Tm为透射比的测量值；Am为吸光度的测量值；由（1－1）式得：Tm＝T－ΔT （1－3）根据比耳定律：A＝－logT，可得： T＝10－A （1－4）（1－4）式代入（1－3）式，得Tm＝T－ΔT＝10－A－ΔT （1－5）；由（1－2）式得：Am＝A－ΔA（1－6）根据比耳定律：Am＝－log Tm （1－7）（1－5）式代入（1－7）式，则： Am＝－log Tm＝－log（10－A－ΔT） （1－8）（1－8）式代入（1－6）式，则：A－ΔA＝－log（10－A－ΔT）；所以，ΔA＝log（10－A－ΔT）+ A （1－9）（1－9）式为吸光度误差ΔA与吸光度真值A和透射比绝对误差ΔT关系的理论计算公式。由此可见：①ΔA与A和ΔT的数学关系式比较复杂；②当ΔT一定时，ΔA可通过不同的A求得；。③当A一定时，ΔA可通过不同的ΔT求得；由（1－9）式可得到表1－1～7（因为篇幅冗长，此不赘述；请具体参阅：李昌厚著，《仪器学理论与实践》，北京：科学出版社，P176，2008），由表1－1～7可得下图、表。这些图、表是作者长期研究的经验总结，是一项从理论到实践的、非常重要的仪器学科研成果。在光学类分析仪器的设计、制造、使用和维修工作中很有参考价值，它可以适用于（或覆盖）全世界所有的紫外可见分光光度计。透过率误差ΔT与吸光度误差ΔA和吸光度真值A的关系2、杂散光与吸光度相对误差A/A和吸光度真值A之间的关系[1]-[14]、[6]、[9]、[14] 、[15]作者对杂散光（S）进行了理论推导，得到了S与吸光度相对误差ΔA/A和吸光度真值A之间的关系为：ΔA＝log（Tm/T）＝log[（T+S）/T（1+S）] （令Tm＝（T+S）/（1+S）和S/T=10A S则ΔA＝log [（T+S） /T（1+S）]＝log [（1+10AS）/（1+S）]； 作者根据该计算公式，算出了14种常见的杂散光下，吸光度相对误差A/A和吸光度真值A之间的关系[1]（如文献[1]中的表5－8所示；因为篇幅所限、表格太长，此处不能列出此表，请读者自己查阅）。作者根据表5-8，绘制了以下12条曲线。表5-8和这12条曲线非常重要、非常实用，是作者的一项重要科研成果。表5－8和曲线对紫外可见分光光度计的设计、制造、使用、维修者非常有用，它可以适用、覆盖全世界所有的紫外可见分光光度计。杂散光S与与吸光度相对误差A/A和吸光度真值A之间的关系杂散光对紫外可见分光光度计分析测试误差的影响可分成两种形式，第一种形式是杂散光的波长与测试波长相同。它是由于测试波长因为某些原因而偏离正常光路，在不通过试样的情况下，直接照射到光电转换器上。引起这种杂散光的原因，大多数是由于光学元件、机械零件的反射和漫射所引起。这种杂散光可以通过一个对测试波长不透明的样品来检查。当发现放在比色皿中的不透明样品的透射比不为零时，说明仪器中有这种杂散光存在。但必须注意，当仪器存在零点误差时，有可能造成混淆。如果在不透明的样品上涂上白色，则可增加样品本身反射和散射的效果，可以提高测量灵敏度。杂散光的第二种形式是指测试波长以外的、偏离正常光路而到达光电转换器的光线。它通常是由光学系统的某些缺陷所引起的，如光学元件的表面被擦伤、仪器的光学系统设计不好、机械零部件加工不良，使光路位置错移等等。通常情况下，我们所讲的杂散光，是指包括上述两种杂散光在内的杂散光。假设Is为杂散光的总和，It为光电转换器检测到的总能量，它包括测试波长的能量I和杂散光的能量Is，即It＝I+Is。在实际分析测试工作中，我们需要知道的是杂散光能量Is相对于总能量It的比值。我们常称之为杂散光的量S＝Is/It。由于：I » Is，因此，可以近似的认为It＝I，所以，可以认为S＝Is/I 。S＝Is/I表示：当测试波长的能量降低时，杂散光比例就会相应增加。对紫外可见分光光度计的边缘波长来说，光源的强度、光电转换器的灵敏度和单色器的透过率都是比较低的，这时杂散光的影响就会更加明显。所以，在紫外可见分光光度计中，应该首先检查200～220nm处的杂散光。我们知道，杂散光对参考光束和样品光束的影响是相同的。因此，根据比耳定律，可得到：A＝－log(It+Is)/(I+Is)；因Is＝SI，所以A＝－log（It+ SI）/（I+ SI）＝－log（It+ SI）/[I（1+ S）]=－log[（It/I）+S] /(1+S)= －log(T+S) /(1+S)=－log(T+S) + log(1+S)。当T＝10％，S＝0％时，A＝－log0.1＝1当T＝10％，S＝1％时，A＝－log（0.1+0.01）+ log1.01=0.9629由此可见，当样品的透射比为10％时（即吸光度为1时），1％的杂散光，可使其吸光度从1.000降到0.9629。同理：透射比为10%时，0.1％的杂散光，将使吸光度从1.000降到0.963。一般使用者在紫外可见分光光度计的分析工作中，试样的吸光度都在1Abs以下，如果仪器的杂散光为0.05%时，对1Abs的试样测试时，测试误差仅为0.0019左右（见前述图、表）。因此，杂散光为0.05%时，就基本上能满足绝大部分分析工作的要求。如果紫外可见分光光度计的杂散光为0.01%时，杂散光对分析测试的结果就基本上没有影响了。目前，国际上许多高档紫外可见分光光度计的杂散光都在0.01%以下。虽说杂散光0.01%时，杂散光对分析测试的结果就基本上没有影响了。但是，为了证明制造厂的加工水平，国外最高级的紫外可见分光光度计的杂散光达到8×10－7（0.00008%），普析的国产最高级的紫外可见分光光度计的杂散光，达到了4×10－7（0.00004%），处国际领先水平。杂散光对分析测试结果的误差影响是随着吸光度值增大而增大的。因此，吸光度值越大，对误差的影响也越大。如果吸光度A＝3（即T＝0.001），则杂散光为1%时，分析测试的结果将由A＝3变成A＝1.963（A＝－log（0.001+0.01）+ log1.01=1.9568+0.0043=1.963）。由此可见，吸光度A＝3时，1％的杂散光可使分析测试的结果将由A＝3降到2以下。作者的理论研究和长期使用紫外可见分光光度计的实践表明：当紫外可见分光光度计的杂散光为0.05%时，杂散光对分析测试误差的影响就很小了。这时，对吸光度为1.00A的试样进行分析测试，其结果为0.998A，相对误差为A /A＝0.002/1 ＝0.002（即0.2%）。所以，作者认为，从理论和实践结合的角度看，紫外可见分光光度计的杂散光为0.05%时，就基本能满足常规分析测试和质检工作的要求。3、噪声N与吸光度相对误差ΔA／A和吸光度真值A的关系[1]、[4]、 [5]、[6]、[7]、[16]、[17]从理论与实践的结合上讲，光度噪声对分析测试误差的影响很大，必须重视之。在光度分析中，特别在紫外、可见光度分析中，可以说光度噪声是影响比耳定律偏离的最主要因素之一，它是紫外仪器最主要分析误差的来源。若已知光度噪声为N，则可根据A.J.Owen提出的计算公式：噪声误差（％）＝N100/A，计算出不同噪声N的情况下，吸光度的相对误差A/A（A为吸光度绝对误差，A为吸光度真值）与A的关系，或求出不同A的情况下，A/A与N的关系。例如：若紫外可见分光光度计的噪声N＝±0.002A，吸光度真值为0.5A，则：根据A.J.Owen提出的计算公式，噪声误差（％）（即由噪声引起的相对误差AN/A）＝0.002×100/0.5=0.2/0.5=0.4(%)。，即由噪声引起的相对误差AN/A为0.4%。目前国内外的紫外可见分光光度计制造者和使用者们，很多都不注重仪器的光度噪声。他们并不了解光度噪声对使用者的分析测试结果有多大的影响。、，很少有人从理论上或从理论与实践结合的角度，对此进行认真的研究。有的厂商甚至在样本上不给出光度噪声这个重要指标，有些厂商（技术人员）在测试光度噪声时只测3分钟或15分钟，最多的只测30分钟。这些都是不对的，都是很值得注意的重要问题。作者认真研究了光度噪声N与吸光度的相对误差A/A和吸光度真值A的理论关系，从理论上计算了N与A/A和A的关系。作者研究的结果如文献[1]的表5－10～15所示，因为篇幅所限、表格太长，此处不能列出此表，请读者自己查阅。作者还根据文献[1]的表5－10～表5－15，绘制了12条误差曲线，如下图所示。这是作者多年研究的科研成果，它可以覆盖目前世界上任何不同类型的紫外可见分光光度计，该成果对设计、制造、使用和维修者具有重要的实用参考价值。噪声 N与吸光度相对误差ΔA／A和吸光度真值A的理论关系4、光谱带宽（SBW）与吸光度误差（分析检测误差）的关系1）SBW的定义：光谱仪器的单色器出射狭缝谱面上的光谱数，就叫SBW。若以谱线轮毂法（一种测试方法）表示，则51%峰高处的谱线宽度，就是SBW。具体描述，可见下图所示。光谱带宽(SBW)是非常重要的技术指标，它直接影响分析测试数据的准确度。作者[1]和Owen [5]对SBW做了比较深入的研究，因篇幅所限，请读者自己查阅，此不赘述。 2）光谱带宽对吸收光谱测量误差关系的理论推导：光学类的分析仪器中，光谱带宽非常重要。不同的样品要求用不同的光谱带宽测试，对同一样品，不同的光谱带宽有不同的分析误差。每一个样品，都有自己的最佳光谱带宽，只有在最最佳光谱带宽下才能得到最佳的分析数据。 从理论上讲，比耳定律只适用于单色光，但在实际的吸收光谱仪器中，绝对不可能从光谱仪器的单色器上得到真正的单色光，只能得到波长范围很窄的光谱带。因此，进入被测样品的光束仍然是在一定波段范围内的复合光。由于物质对不同波长的光具有不同的吸光度，因此，在实际工作中即使用很高级的吸收光谱分光光度计、采用很小的光谱带宽，仍然会产生比耳定律的偏离（即产生吸光度测量误差）。作者根据仪器学理论，对光谱仪器的SBW从理论上作了详细研究[1]。作者研究表明：假设SBW为