導(dǎo)讀：在分析儀器的研發(fā)、制造和使用過程中，針對理論與實踐經(jīng)常出現(xiàn)的一些錯誤概念進(jìn)行討論，并從儀器學(xué)理論和與國際接軌的方面提出正確的表述，對廣大分析儀器研發(fā)制造者和使用者都有參考價值。
很多分析儀器的研發(fā)制造者和使用者，沒有完全搞清楚或根本沒有搞清楚分析儀器中核心技術(shù)指標(biāo)的概念，特別是指標(biāo)的物理意義、分析誤差的影響、表述方法、國際接軌等方面，至今還有人在使用早已過期或被淘汰的儀器學(xué)名詞。本文針對這些問題，結(jié)合作者長期實踐、參考儀器學(xué)理論和國際接軌的有關(guān)論述，對這些問題進(jìn)行了討論。希望對廣大從事分析儀器研發(fā)制造和分析儀器應(yīng)用的科技工作者有重要參考意義。
吸光度和光密度
吸光度（Absorbance）指物質(zhì)對光的吸收。Beer[1] 的研究結(jié)果是吸光度與物質(zhì)的透光率（Transmittance）的對數(shù)成正比，又稱之為比爾定律。其表達(dá)式為：A=-LogT；式中A為吸光度；T為透光率（透光率與物質(zhì)的濃度成正比）。
光密度（Optical density）是指物質(zhì)的光學(xué)密度（過去人們用它表示物質(zhì)對光的吸收，并且用O.D表示）。因為O.D，不能準(zhǔn)確表達(dá)物質(zhì)對光的吸收，所以在1982年，國際物理學(xué)會年會就廢除了光密度這個名詞。但至今仍有人使用這個被淘汰了很久的名詞，應(yīng)該予以糾正。
基線平直度和噪聲[2]-[3]
基線平直度是指在每臺光吸收類儀器的波長范圍內(nèi)，每個波長上噪聲的最大值就是儀器的基線平直度（Baseline straightness）。測試方法是：在整個波長范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，哪個地方的峰-峰值最大，它就是該儀器的基線平直度。但是因為有的儀器在整個波長范圍內(nèi)掃描后，有些波長上的噪聲很大，儀器的基線平直度不達(dá)標(biāo)，所以，提出在波長范圍內(nèi)兩端各縮短20 nm來測基線平直度，儀器就達(dá)標(biāo)了。事實上這是不正確的，因為基線平直度的定義就是在整個波長范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，所以這種方法測試得到的是虛指標(biāo)。人們應(yīng)該對基線平直度正確理解，對錯誤的測試方法予以糾正。
噪聲（Noise），是指儀器在500nm處隨機輸出的信號，以此來粗略比較儀器噪聲的指標(biāo)（500nm處的噪聲大或小，其他波段的噪聲可能就會大或?。?。其測試方法：儀器固定在500 nm處，時間掃描在60 min內(nèi)（國際接軌的方法），任取10 min，或在30 min內(nèi)（我國的國家標(biāo)準(zhǔn)），任取10 min，這10 min內(nèi)的最大值與最小值之差就是噪聲。目前我國相關(guān)企業(yè)對基線平直度和500 nm的噪聲指標(biāo)的理解和測試方法還存在不少缺陷，應(yīng)該引起高度重視，采取正確的、國際接軌的方法。
準(zhǔn)確度和重復(fù)性
準(zhǔn)確度（Accuracy）是指測量值與真值（或理論值）之差。它是分析儀器研發(fā)制造者和分析測試工作者最關(guān)心的核心指標(biāo)之一，也是衡量儀器好壞的關(guān)鍵之一。準(zhǔn)確度一般用標(biāo)準(zhǔn)片或標(biāo)準(zhǔn)液測試，測試點一般是546.1nm、435.8nm、365.0nm、313.0nm、253.7nm等等。但是313.0nm因為信號弱，比較難測準(zhǔn)。準(zhǔn)確度可以是正值也可以是負(fù)值，所以前面應(yīng)該加±符號。重復(fù)性是多次測量中的最大值與最小值之差，所以它的數(shù)字前面不能加±符號。但是很多人忽略了這一點，將準(zhǔn)確度與重復(fù)性的數(shù)字寫成一樣，都不加±符號。
精密度和精度
精密度（Precision）是指多次測試數(shù)據(jù)的離散性，也稱之為重復(fù)性（Repeatability）；而精度是包含精密度和準(zhǔn)確度的名詞，因此精度與精密度是絕然不同的兩個概念。但是，目前國內(nèi)外很多科研工作者將精密度和精度兩個概念混為一談，隨意亂用。精密度和精度這兩個名詞雖說只相差一個字，但其物理意義完全不同，值得大家重視。分析儀器檢測數(shù)據(jù)的光度準(zhǔn)確度、精密度（重復(fù)性）、精度三者的物理概念區(qū)別很大！分析儀器研發(fā)制造者、使用者搞清楚這三者的物理概念、相互的關(guān)聯(lián)非常重要，應(yīng)該高度重視。
為了說明上述指標(biāo)的物理意義和區(qū)別，wensted[4]和Owen[5]教授做了很多研究，下圖是他們提出的比較示圖，可以清晰的說明上述問題。
下圖中：(a)精密度和準(zhǔn)確度都較差；(b)精密度好，準(zhǔn)確度差；(c)精密度差，準(zhǔn)確度好；(d)精密度和準(zhǔn)確度都好，這就是精度好！所以精度包括精密度和準(zhǔn)確度。
目前，國內(nèi)外很多公司，都混淆這三者的概念，經(jīng)常有人泛用，可謂眉毛胡子一把抓！
分光光度計和光度計
顧名思義，分光光度計（Spectrophotometer），是分光的光度計，而光度計（photometer）是不分光的。但是很多科研工作者隨意定義，例如：原子熒光光度計是能量分散型的儀器，目前還沒有分光型的原子熒光分光光度計儀器，只有原子熒光光度計；但是很多科研工作者經(jīng)常把原子熒光光度計說成原子熒光分光光度計。
線性和線性動態(tài)范圍
一般來講，線性（Line）是指同一濃度上，取2、4、6、8、10的量（濃度或各種量綱的量）作出的直線，例如：光譜、色譜分析中的工作（標(biāo)準(zhǔn)）曲線。
而線性動態(tài)范圍（LDR）是指取以數(shù)量級遞增或遞減的量（濃度或各種量綱），例如:2×10-8、2×10-7、2×10-6、2×10-5、2×10-4等作出的直線，它代表儀器所應(yīng)用的樣品最小和最大的范圍。LDR在光譜、色譜分析工作中非常重要[3]，值得廣大科研工作者重視。Line和LDR是完全不同的概念。建議大家不要混淆。
PPM和濃度
PPM指的是百萬分之一（10-6），是無量綱的；而濃度是指單位體積溶劑中所含物質(zhì)的含量，是有量綱的，例如：µg/L、mg/L、g/L等等。但是，在日常的分析檢測工作中，經(jīng)常看到有人說“濃度是多少PPM”。經(jīng)常有人把PPM說成µg/L,這也是在混淆概念，值得重視的問題。
吸光度誤差和透過率誤差
如前所述，吸光度是物質(zhì)對光的吸收，表達(dá)式為： A=-LogT（A為吸光度，T為透過率）。所以，吸光度誤差就是物質(zhì)對光吸收的誤差，即ΔA。透過率是指物質(zhì)對光吸收了一部分，透過了一部分，二者的比值就是透過率。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：T=I/I0，式中T為透過率，I0為入射光，I為透射光。所以，透過率誤差就是ΔT。但是ΔA和ΔT二者的概念是絕對不同的。這方面國內(nèi)外很多科技工作者也沒有搞清楚，或者沒有完全高清楚。作者對此作了很多研究。請讀者參閱：《李昌厚著，紫外可見分光光度計，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003》和《李昌厚著，儀器學(xué)理論與實踐，北京：學(xué)出版社，2008》。
穩(wěn)定性、漂移和重復(fù)性[3]
穩(wěn)定性是分析儀器的重要指標(biāo)之一、是分析儀器可靠性的基礎(chǔ)。目前國內(nèi)外科研工作者經(jīng)?；煜拍睿麄冋f“漂移小就是穩(wěn)定性好”，這是不完全的說法。當(dāng)然，儀器的漂移大，肯定不是受使用者歡迎的好儀器。如果儀器的漂移很小，但是重復(fù)性差：即同一臺儀器，對同一個樣品，在同一時間，同一個操作者，多次操作，所得數(shù)據(jù)不同；或同一臺儀器，對同一個樣品，在同一時間，不同的操作者，多次操作，所得數(shù)據(jù)不同；或同一臺儀器，對同一個樣品，在不同時間，同一個操作者，多次操作，所得數(shù)據(jù)不同；或同一臺儀器，對同一個樣品，在不同的實驗室，同一個操作者，多次操作，所得數(shù)據(jù)不同，這也肯定不是使用者所歡迎的好儀器。所以，我們說分析儀器的穩(wěn)定性應(yīng)該包括漂移和重復(fù)性。
浴盆效應(yīng)和故障率[3]
一臺儀器的故障率多與少很重要，人們總是希望自己的儀器故障率越小越好。但是很多人因不了解儀器學(xué)理論，也對儀器的故障率含義不清楚。經(jīng)常會聽到有些儀器銷售商介紹他們的儀器是“0” 故障率、30年不會出故障。如果一臺分析儀器的故障率很高，經(jīng)常出故障，它的可靠性肯定不好，一定不是臺好儀器。但是，我們絕對不能說一臺分析儀器的故障率為“0”，或者說儀器是“0”故障率、30年不會出故障。作者多次見到過日本某醫(yī)療儀器公司推銷高電位治療儀，他們說：“我們的儀器永久保修，保證30年不出故障”。任何現(xiàn)代分析儀器的組成，都是有電子學(xué)部分的，其電子學(xué)元器件都有電子元器件失效的浴盆效應(yīng)問題。即：電子元器件不可能使用30年卻不出現(xiàn)故障。一般電子元器件使用到一定時間后，它自然會失效，會出現(xiàn)頻繁的故障。這就是眾所周知的電子元器件失效的浴盆效應(yīng)理論（電子元器件的失效期一般為10年）。電子元器件失效的浴盆效應(yīng)理論，是儀器學(xué)中電子學(xué)理論的一部分，是不能違背的。電子學(xué)元器件失效的浴盆效應(yīng)如圖所示。
電子學(xué)元器件失效的浴盆效應(yīng)理論原理圖
在上圖電子元件失效的浴盆效應(yīng)的前沿時期，儀器的故障率較頻繁。其前沿期大約需要1年左右的時間；有些制造商在廠里對儀器進(jìn)行較長時間的老化，可以將前沿期在工廠車間里面提前解決（或大部分在工廠車間里面解決），儀器到了用戶手里，很快就可進(jìn)入穩(wěn)定期（盆底），此時儀器的故障率小，使用者對其非常滿意。具體來說，儀器到達(dá)電子元器件失效的浴盆效應(yīng)的盆底時儀器將非常穩(wěn)定，這段時間大約是8年左右。等到儀器使用時間到達(dá)浴盆效應(yīng)的后沿期，儀器的故障率又會開始上升，并且，隨著時間的推移儀器故障會非常頻繁；這段時間大約是一年左右。前沿期、穩(wěn)定期、后沿期三者之和約為10年左右。所以，國外發(fā)達(dá)國家的分析儀器使用10年就更新，這是有理論根據(jù)的。國外因其富有，科研工作者的儀器使用了10年就更新（儀器到達(dá)了電子元器件失效的浴盆效應(yīng)終點），不采取維修辦法；而我國或一些發(fā)展中國家，因為經(jīng)濟(jì)原因，電子元件失效的浴盆效應(yīng)十年到期了，就采取對儀器維修（調(diào)換新的電子元器件）后繼續(xù)使用的辦法，這也是正常的，并且是符合儀器學(xué)理論的。
綜上所述，儀器的“0故障率”、30年不會出故障是不存在的。講醫(yī)療電子儀器“30年不出故障”是違反儀器學(xué)理論的。只有說儀器的故障率低，其故障率符合儀器學(xué)中電子元件失效的浴盆效應(yīng)才是正確的。因此，我們在設(shè)計、使用、評價儀器時，特別是挑選分析儀器時，一定要重視浴盆效應(yīng)和故障率的問題。
主要參考文獻(xiàn)
[1]A.Beer, Ann.der Physik.Chemie,(3),26,78(1852).133.
[2]李昌厚著, 紫外可見分光光度計，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.
[3]李昌厚著, 儀器學(xué)理論與實踐, 北京: 科學(xué)出版社, 2008.
[4]Wensted，lnstrument Check Systems,Published in Great Britain by Hencry Kimpton PublishersLondon,1971.
[5]Tony Owen, Fundamentals of UV-Visible Spectroscopy, 1996, Germany Hewkett-Packard publication number 12-5965-123-E.
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