紫外可见分分析

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0.2 mm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10s) 　　(3)不浪费样品，节省消耗品费用 　　(4)样品无需进行稀释，即可进行快速、简便的检测，检测范围宽 　　(5)仪器空间体积小(最好仪器体积30×30×10cm)。　　2、国外几种常用的超微量UVS仪器的比较　　(资料主要来自有关公司的产品样本，及相关网络)　　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)3nm (FWHM at Hg546nm)—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5S5S15S数据输出方式连接电脑保存数据USBUSB样品基座材质石英光纤和高硬质铝石英光纤和高硬质铝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：1.8nm　　检测下限约：2ng/μl(双链DNA)　　检测上限：≥15000ng/μl(双链DNA)　　蛋白质测量范围：0.1～100mg/ml　　最小吸光度：0.002(1nm光程时)　　吸光度准确度：2%(257nm)　　吸光度范围：0.02～300(相当10nm光程)　　样品检测速度：2秒～5秒/个　　软件：配有数据分析软件，一次测量可记录≥1000个样品数据 可实现全波段光谱扫描。　　在国产超微量UVS中，本文只选择了上述几家，实际上还有北京Kaiao公司、南京Wins公司、上海的BIO-DL等多家公司在生产、组装、或代销超微量UVS。初步估计全国总共约有十几家厂商从事超微量紫外仪器的生产、销售。因篇幅所限，本文不能全面详细介绍了。请有关厂商谅解，请广大使用者自己从网上或实地查找。　　六、几个有关问题的探讨　　1、带微量比色皿的紫外可见分光光度计和超微量紫外可见分光光度计是科研、生产工作中使用非常广泛的一种分析检测仪器，并且是生命科学、食品科学、药品检验等领域必不可少的分析检测工具。我国目前有数十家企业生产紫外可见分光光度计仪器，但是对微量UVS和超微量UVS重视不够，同时因为微量UVS和超微量UVS制造难度较大，我国至今生产真正的、成熟的微量UVS和超微量UVS厂商不多。　　我国微量UVS和超微量UVS仪器需求量很大，年需求量大约为3000-4000台，但是，我国这方面的主市场仍被国外产品占领。为此，作者呼吁我国的UVS仪器生产厂商，应该站在民族的高度，对此引起高度重视。作者建议：　　1)目前国内的广大生产UVS仪器的厂商，尽快力争在常规的UVS上，开发优质微量比色皿的附件，以满足我国广大分析检测工作者的需求。　　2)我国有条件的厂商，应该尽快开展微量UVS或超微量UVS仪器研发生产，尽快推出能满足使用要求的微量UVS或超微量UVS，以满足我国市场的需求，改变或打破国外产品占领我国主市场的局面，尽快赶超微量UVS和超微量UVS仪器及其应用的国际先进水平。　　2、因为微量UVS或超微量UVS仪器一般制造难度大、要求较高。所以，作者建议或希望我国有关的广大科技工作者，都要关心或重视对微量UVS或超微量UVS仪器及其应用的研究开发工作，对此开展攻关。希望微量和超微量UVS的制造者和使用者紧密结合，从仪器学理论[2]和分析检测工作实践的需要，共同攻关，为研发优质的、稳定可靠的微量UVS或超微量UVS而努力。　　3、加强行业内部团结，政府大力支持国产仪器、不打价格战、不随便对产品降价。目前，国内已经推出的微量和超微量UVS，质量都能满足使用要求，与国外产品相差无几，比如国产奥盛的Nano系列产品的质量、性价比等都很好(主要指仪器的波长范围、灵敏度、噪声、分析检测误差、性价比等)。但是价格上要比国外产品便宜很多，有的相差一倍以上，这是一种不正常的现象。寻其根，大致有以下原因：　　1)政府招标时拨款太多，一台超微量UVS拨款15万RMB以上，同时规定用不完要求上交，而国外的超微量UVS，一般每台15万RMB左右，这就等于要求使用者买进口产品。所以，招标者就很自然的购买了同档次、同质量的进口产品。　　2)再加上，有些科技工作者受崇洋媚外思想的毒害较深，即使国内同类同档次的超微量UVS的质量与国外产品相当，尽管一般国产超微量UVS约6万RMB左右，价格仅约进口的一半，但是他们还是认为进口产品总比国产的好，甚至从思想上排斥国产仪器。特别值得提出的是，我国有些微量或超微量UVS生产的厂商(其它仪器也有 例如原子吸收、紫外可见分光光度计、高效液相色谱等等)，为了蝇头小利，自己生产的、质量很好的超微量UVS，让国外大企业贴牌，让那些国外企业拿着我们国产的仪器，冒充国外企业的产品在世界各地销售。有的甚至在我国国内销售，假冒充进口产品，欺骗中国的科技工作者。这个问题，一方面说明中国的仪器质量不差，至少可以与国外产品质量相当，达到了可以以假乱真的地步。另一方面也说明我们国家的仪器厂商和使用者崇洋媚外思想非常严重。自己的产品质量很好，但是不敢用自己的名义去与国外厂商抗衡。国产的仪器产品很好，还是迷信进口产品，这是不正常的现象，希望行业内的有关人员应该引起高度重视。　　这里作者想对在国外有关仪器公司工作的中国员工们说一声，为了生存，你们去国外公司打工，无可非议。但是，希望你们一定要实事求是的向中国科技工作者介绍产品、尽量把国外好的、中国还不能生产的优质产品卖到中国来。当然，如果某些国产超微量UVS还不够完善、不够理想，还不能满足某些高要求使用者的要求，你们向有关科技工作者推荐国外产品，或者这些使用者购买进口超微量UVS仪器是可以理解的。我们既不能盲目崇洋媚外，也不能盲目排外。作者认为，我们的国产仪器，完全可以实事求是的与进口仪器共舞，盲目崇洋媚外和盲目排外都是不对的。　　3)国内仪器行业内的厂商，为了多卖产品，纷纷降价，相互竞争　　这类事情经常发生，特别是为了招标，为了出口，国内企业打价格战的事屡见不鲜。所以，作者希望广大生产超微量UVS或生产各类分析仪器的企业，应该站在民族的高度，加强团结、不打价格战。作者希望大家团结一致，努力进一步提高产品质量，以质量求生存、以自己的产品质量与国内外同行或同类产品竞争，力争尽快改变国外微量UVS占领我国主市场的局面而共同努力。　　主要参考文献　　[1]李昌厚著，《紫外可见分光光度计》，北京:化学工业出版社,2005.　　[2]李昌厚著，《仪器学理论与实践》(仪器学理论与光学类分析仪器.　　整机及关键核心部件的设计、制造、测试、使用和维修)，北京：科学出版社,2008.　　[3]李红亮，《微量紫外分光光度計及在現代生物技術中的應用》(学术报告).　　[4]李昌厚，略论UV/UVS光度准确度的测试，光学仪器，N0.5-6,41,1994.　　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。

紫外可见分光光度计的应用发展很快，本文简单综述全球紫外可见分光光度计的应用及其最新进展。　　1、紫外可见分光光度计的应用现状　　紫外可见分光光度计的主要应用方面，简单综述如下：　　① 粮食系统：对维生素A、C、E、K、山梨酸、苯甲 酸、棉酸、甲脂、乙酸脂、胡萝卜素、烟酸、总氨基酸等的检测 对微量元素，例如： 钾、铁、硒、碘、铜、磷、锰等也可用紫外可见分光光度计检测 特别是对人体有毒有害的微量元素的检测工作中使用更加广泛。　　② 标准片测试：计量部门对在用的各类紫外可见分光光度计仪器的杂散光( SL)、光度准确度(PA) 等关键性能技术指标的检测，必须用比被检测仪器的档次高的紫外可见分光光度计，测试一块石英 片的SL和PA。然后用这块石英片作为二级标准检测被测的紫外可见分光光度计。　　③ 药检系统：我国和世界很多国家的药典，都明确规定许多药品，一定要用紫外可见分光光度计检测 它是药厂和药检系统必备的检测仪器(工具)。　　④ 石油工业：石油里一般都含有芳烃杂质，全世界基本上都用紫外可见分光光度计检测。　　⑤ 水质监测：水里的氨氮、亚硝酸盐致癌物质，一般都用紫外可见分光光度计检测。　　⑥ 环保系统：环境中的有害物质检测、环保材料的检测。　　⑦ 生命科学领域：蛋白质的测试波长为280nm、核酸的测试波长为260nm、氨基酸的测试波长为230nm、糖类的测试波长218nm、多糖的测试波长206nm等等，生命科学领域的这些物质的测试波长都在紫外区。　　⑧ 农药及其残留物：例如:粮食(大米、小麦中的氧化稀土)、食品添加剂(5,-鸟苷酸二钠)、蔬菜(亚硝酸盐、甲胺磷、西维因、氨氮、敌敌畏)、 瓜果、茶叶等的农残检测，大多用紫外可见分光光度计进行。据美国癌症研究中心报道，人类癌症的90%来自有机物(天然有机和金属有机) 其中农残为主。所以紫外可见分光光度计在农残的检测中非常有用。　　⑨ 渔业(水产品)质量控制：海水、淡水鱼类、贝类、虾类、海蜇类等中的苯、总三卤甲烷、甲苯基三唑、多氯联苯、氟、汞等，一般也是采用紫外可见分光光度计检测。　　紫外可见分光光度计的应用远不止这些 ，因为篇幅所限，本文不能做详细综述。对此感兴趣的读者，请参考本文的参考文献[1]、[2]。　　下面主要简单介绍近几年来，国内外紫外可见分光光度计应用的最主要的、最新的进展情况。　　2、多组分不经过分离，直接用紫外可见分光光度计进行分析测试　　&ldquo 褶合谱&rdquo (Convelution Spectrum)，是我国第二军医大学的吴玉田教授和他的同事们发明并成功的得到了应用的一种新技术 它的理论基础是化学计量学。&ldquo 褶合光谱&rdquo 本身是一种新型的软件包，将这个软件包与国产的TU-1901紫外可见分光光度计联用，使得一般常规紫外可见分光光度计只能得到一张紫外吸收谱图的分析检测工作，能得到600～1000张紫外吸收谱图，大大提高或增加了使用者所需要的信息量。　　&ldquo 褶合光谱&rdquo 法不需要对试样经过分离，可以直接用紫外可见分光光度计分析含有六个不同组分的试样。这一发明，对药物分析工作来讲，是一个重大的突破，引起了国内外广大药物分析家们的极大注意。吴玉田教授和我国某医院合作，用&ldquo 褶合光谱&rdquo 法，分析检测复方降压片中的六个组分，得到了非常令人满意的结果：维生素B6的回收率为99.83，精密度为0.16% 维生素B1的回收率为100.45，精密度为0.19% 利眠宁的回收率为99.49，精密度为10.43% 盐酸异丙嗪的回收率为100.44，精密度为0.18% 硫酸双肼肽嗪的回收率为99.31，精密度为0.09% 氢氯噻嗪的回收率为99.23，精密度为0.41%。这一工作(技术)在中国药分上发表后，引起了国内外广大药物分析的科技工作者极大的关注。　　但是，&ldquo 褶合光谱&rdquo 法作为一个软件包，它对紫外可见分光光度计主机的要求很高 最重要的是要求仪器的杂散光很小、光度噪声很小。&ldquo 褶合光谱&rdquo 软件包不能在质量不高的紫外可见分光光度计使用。　　3、新的&ldquo 高阶张量数据解析方法&rdquo 问世　　化学计量学是当前分析测试领域非常热门的学科，&ldquo 高阶张量数据解析方法&rdquo 就是化学计量学方法中的一种 &ldquo 高阶张量数据解析方法&rdquo 是国际上紫外可见分光光度计在应用方面的最新进展之一。&ldquo 高阶张量数据解析方法&rdquo 是由我国湖南大学的俞汝勤教授发明的一项国际领先的科研成果，已获国家自然科学奖。它主要用于复杂体系成分分析。　　复杂体系成分分析一直是分析化学研究的的前沿课题 俞汝勤教授采用紫外可见光谱分析法和电化学方法相结合，创造了&ldquo 高阶张量数据解析方法&rdquo ，并且用它对复杂体系进行研究，独创了多种新的化学计量学方法。在新药开发、疾病诊断、食品科学、产品质控、环境毒性分析等领域有广阔的应用前景。已在中药分析、癌症早期诊断中得到应用。　　4、&ldquo 数学仿真法&rdquo 问世　　近几年，中国的吴玉田教授又提出了&ldquo 数学仿真法&rdquo ，这一个具有独创性的分析方法 &ldquo 数学仿真法&rdquo 又称&ldquo 化学信息的数学修饰&rdquo 法，这是一个非常引人注目的、具有原创性的分析技术 从理念上有所创新 在技术上提出了&ldquo 数学仿真法&rdquo 即通过数学仿真，模拟向待测体系内添加新的化合物，改变和调动可能的干扰 使干扰在指定区域内符合被消除的条件。他们利用这种方法对血竭中龙血素的含量测定，得到了满意的结果。　　5、联用技术的大发展是紫外可见分光光度计应用的又一最新进展　　联用技术是目前分析测试领域值得非常注重的问题，往往一种技术解决不了的工作，几种技术联用，就可能在仪器和应用方面出现一大片新天地。紫外可见分光光度计与其它分析测试技术的联用，是目前世界上紫外可见分光光度计应用的最新进展之一。如，紫外可见分光光度计与HPLC联用；只要把HPLC的紫外检测器去掉，将紫外可见分光光度计接上一只微量流动池，连接到HPLC的色谱柱后，就组成了一个新的、完整的HPLC-紫外可见分光光度计分析系统。用它来作分析工作，能解决单台HPLC或单台紫外可见分光光度计不能解决的许多分析问题。因为，它可以弥补单台HPLC或单台紫外可见分光光度计的缺点。单台HPLC，其检测器的功能、光度准确度、一般都不如紫外可见分光光度计好。但是，紫外可见分光光度计与HPLC联用后，就可解决单台HPLC无法做到的分析工作。也能解决单台紫外可见分光光度计不能解决的分析工作。因为，单台紫外可见分光光度计，它本身没有分离功能，联用后，利用HPLC的高效分离功能，就更能发挥作用，会起到意想不到的分析效果。联用后，新系统的检测器的功能、光度准确度都将大大提高。　　同样，如果将紫外可见分光光度计与FIA(Flow injection analisis)联用，也能得到意想不到的分析测试结果。只要把FIA的检测器去掉，将紫外可见分光光度计接上一只微量流动池，连接到FIA的自动采样阀后，就组成了一个新的、完整的FIA-紫外可见分光光度计分析系统。用它来作分析工作，能解决单台FIA或单台紫外可见分光光度计不能解决的许多分析问题。因为，它可以弥补单台FIA或单台紫外可见分光光度计的缺点。单台FIA的检测器功能、光度准确度，一般都不如紫外可见分光光度计好。而单台紫外可见分光光度计没有富集功能。但是，紫外可见分光光度计与FIA联用后，就可弥补单台紫外可见分光光度计和单台FIA各自的缺点。既能解决单台FIA无法做到的分析工作，又能解决单台紫外可见分光光度计不能解决的分析工作，会收到意想不到的效果。　　还有目前比较受到青睐的LC-MS，它是将质谱计(MS)作为HPLC的检测器，充分利用HPLC的分离能力和MS能够定性定量的优点，组成一种优质的联用仪器，具有广阔的应用前景。　　6、积分光度法进入&ldquo 复兴&rdquo 时期　　所谓积分光度法，就是在常规的紫外可见分光光度计上加一个光学积分球，使得积分球附件，使得常规紫外可见分光光度计不能作或很难作的工作(不透明的固体样品、粉末样品、漫反射样品测试等)能够进行分析测试的一种光度方法。　　所谓光学积分球，就是把一根铝棒(一般是60～150mm内径)切成两半，然后将其挖成空心球，在球的内壁上涂上硫酸钡或燻上二氧化镁(厚度根据需要和制造工艺而定)；这时，在球心放上被测试的物质，则在球内壁的任何地方的漫反射强度都相等。这就是光学积分球的工作原理。　　为了测定粉末样品和不透明样品的镜反射、漫反射或颜色特性曲线等，往往需要在紫外可见分光光度计上安装漫反射检测附件&mdash &mdash 积分球。它可用来检测微弱透光或完全不透光的各类样品的紫外光谱，测量时把积分球置入样品室内。被测样品放进积分球中即可。　　下图是国外两种不同的光学积分球的外形：　　这种光学积分球的分析对象可以是：(1)具有平面的固体例如纸张、布、印刷品、陶瓷器以及玻璃等的色泽；(2)粉末样品，例如化学药品、化妆品、粘土以及颜料等的色泽；(3)柔软物质，例如奶油、果酱、化妆品以及染料等的色泽。　　典型的反射检测附件原理为：来自单色器的光束进入积分球，被反射镜导向不透明的样品上，部分光被样品吸收，其余光被反射，积分球把反射光导向光电检测器上进行检测，检测结果同样由记录器显示出来。　　基于多次漫反射(由朗伯涂层引起)的原理，积分球用于通过外部或内部的照射源而在空间上求辐射通量的积分。积分球的效率由若干因素决定，包括端口的大小和数量，挡板或屏的大小和位置，球体内含物的数量，最重要的是球体涂层的反射和散射特性必须是完美的漫反射。　　积分球的最初用法是测量电灯的几何全光通量。作为不同灯之间光通量输出的简单和快速的比较方法，这个技术起源于20世纪之交，由德国人Richard Ulbricht发明，所以也叫Ulbricht 球。它现在仍然被广泛应用于灯生产的质量控制。　　光学积分球利用Kulbelka-Munk方法，把漫反射率(Reflectance)转化为吸光度(Absorbance)，得到紫外-可见漫反射光谱。其具体计算公式为：　　Kulbelka-Munk方程：　　式中：F(R)为吸光度 R为漫反射率。　　从六十年代开始，因为航天事业的发展，人们非常重视积分光度法。当时主要是用积分光度法测试航天事业中的不透明材料。具体的说，就是用积分光度法研究太阳能谱的分布、测试太阳能谱的能量分布曲线、研究对太阳能谱产生吸收的物质。后来，人们上天了，但从天上取回来的是一些土壤。对人类有多大的关系，一时还不清楚。后来，人们开始把重点转向生命科学，积分光度法开始受到冷落。最近几年，航天技术又开始升温，人们对宇宙、对空间的研究又开始热起来了 同时，生命科学、材料科学又出现大发展，许多不透明的固体、粉末样品都无法用常规的紫外可见分光光度法来分析测试，因此，积分光度法又普遍受到人们的重视，积分光度法又成了热门技术，目前被人们称为&ldquo 复兴时期&rdquo 。　　目前国内外很多科学家非常重视光学积分球的应用，因此可以带积分球附件的仪器也不断推出 　　例如：美国PerkinElmer公司，推出了50mm的积分球；中国北京普析通用公司推出了带光学积分球的TU-1901紫外可见分光光度计；日本岛津推出了UV-3150 带积分球的紫外可见分光光度计；日本JASCO公司推出了带积分球的V550紫外可见分光光度计。美国PerkinElmer公司，50mm光学积分球的紫外可见分光光度计中国普析通用公司带光学积分球的TU-1901紫外可见分光光度计 岛津公司的UV-3150带积分球的紫外可见分光光度计、JASCO公司带积分球的V550紫外可见分光光度计　　目前，积分光度法正在材料科学、生命科学、航天技术等领域发挥着及其重要的作用。国际上许多科学家认为，积分光度法可以大大扩展紫外可见分光光度计的应用范围。科学家们正在进一步重视积分光度法。它是紫外可见分光光度计应用最新进展的重要内容之一。　　结束语　　1)紫外可见分光光度计虽说是一种成熟的、传统的、及普型的、基础型的、常规分析仪器，但是其发展空间仍然很大。目前我国对各类紫外可见分光光度计的需求量每年约9500台以上。作者预计，随着科学技术的发展，紫外可见分光光度计仪器和应用的发展速度只会加快，不会减慢；需求量会进一步增大。我们应该高度重视紫外可见分光光度计仪器及其应用的研发。　　2)紫外可见分光光度计目前的主要发展方向是：微型、微量、快速、专用；微型是便携式、现场检测的需要；微量是生命科学、医学、海洋科学等领域科研工作的需要(样品量很少、很贵)；快速是食品疾控、安全、应急现场检测的需要 专用是功能专一、但可靠性要求很高的在线自动检测的需要。　　3)目前，国际上的高端紫外可见分光光度计已经非常成熟，例如：PerkinElmer公司的Lambda950、Varian（现在的Agilent）公司的Cary6000i等就是。我国的紫外可见分光光度计近几年来已经有很大的突破，高端仪器也已经推出 例如：杂散光为4× 10-7的普析通用公司的T10等仪器就是。我国的紫外可见分光光度计仪器目前基本上能满足使用要求。但是，在工艺方面、附件方面、软件等方面与先进的发达国家相比，仍然存在差距。我们要看到差距，要努力赶超。特别在高端紫外可见分光光度计方面，我们目前还应该在立足国内的基础上，适当引进、消化、吸收国外的先进技术 我们既千万不能盲目乐观，又千万不能盲目排外。在紫外可见分光光度计仪器的研发方面，目前我国仍然应注意处理好普及和提高的关系：普及与提高还是应以普及为主，只能适当研发一些高端紫外可见分光光度计。因为最高端的紫外可见分光光度计，对绝大多数的常规分析测试的使用者没有意义，主要只能以此展示制造商的水平。　　4)可靠性是紫外可见分光光度计仪器发展的关键、核心和灵魂 评价紫外可见分光光度计仪器好坏的依据，主要是看可靠性、看分析测试数据准确与否。所以，我们在发展紫外可见分光光度计仪器时，要特别重视直接影响紫外可见分光光度计的可靠性、直接影响其分析测试误差的关键性能技术指标等关键问题。　　主要参考文献　　[1]李昌厚著，紫外可见分光光度计，北京：化学工业出版社，2005　　[2]李昌厚著，紫外可见分光光度计及其应用，北京：化学工业出版社，2010　　[3]李昌厚著，仪器学理论与实践，北京：科学出版社，2008　　[4]李昌厚著，高效液相色谱仪器及其应用，北京：科学出版社，2014　　[5] 文中涉及的有关仪器样本及其说明书　　(撰稿人：中国科学院上海生物工程研究中心 李昌厚教授)　　注:文中观点不代表本网立场,仅供读者参考　　盘点(1)：紫外可见分光光度计仪器技术新进展

俗话说“民以食为天，食以安为先”，食品安全一直是人民群众和相关部门关注的焦点。为加强快速检测在日常生活物质监管中的检测把关，也为了最大发挥快检技术在食品安全监管，目前全国各地利用食品安全快检车方便、快捷、灵活、实用等特点持续进行快检活动，防控食品安全风险，切实保证餐饮安全。 快检车集中验收 美析仪器作为供应商参与，长春吉大小天鹅仪器有限公司领投，成功中标辽宁省市场监督管理局县级食品快速检验处配备(二)(编号：LNZC2018-0595(1))紫外可见分光光度计设备，本项目于2020.9.2日正式实施交付培训。紫外可见分光光度计在快检车中 紫外可见分光光度计在食品安全领域是一种不可缺少的分析仪器，并且在化学工业、制药、环境检测、冶金等现代生产与检测部门，紫外可见分光光度计都有重要的应用。而且随着社会的进步和人民生活质量的提高，紫外可见光分光光度法在食品安全行业中的作用也越来越广泛。培训准备中 紫外可见分光光度计价格实用，应用广泛，并且采用微机控制，技术进步突飞猛进，成为食品快检中必不可少的常规仪器，食品中的营养必须使用一定的技术手段才能准确被检测，每种营养物的定性和定量检测都离不了科学的检测方法，紫外可见光分光光度法在食品快检中主要可分为在食品成份分析、食品安全检测，其中在食品成份分析主要是食品酶分析、酸奶的维生素A、水果汁里的果糖、番茄红素、甜蜜素等的测定，而在食品安全检测的应用主要有测定食品里硼砂、镉、吊白块的含量等检测现场实操检测 美析主营光谱类仪器可见分光光度计、紫外可见分光光度计、原子吸收光谱仪、超微量分光光度计、原子荧光光度计、ICP电感耦合等离子体发射光谱仪、ICP电感耦合等离子体质谱仪，目前，我们的产品已广泛应用于有机化学、无机化学、生物化学、医药、环保、冶金、石油、农业等领域。同时美析利用在产品机械结构、光学设计、电气应用和软件开发方面积累的丰富经验，结合市场的最新实际需求，近期将陆续推出一批全新的分析类仪器，了解更多有关美析仪器的信息，请访问www.macylab.com