Калибровка и градуировка хроматографа: как поддерживать точность измерений

Поверка, калибровка и градуировка: терминологическая точность

Если хроматограф используется как средство измерений в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений (ГРОЕИ), он подлежит обязательной поверке в соответствии с Федеральным законом № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений». Поверка подтверждает соответствие средства измерений установленным метрологическим требованиям и пригодность к применению.

Для выполнения количественного анализа необходимо установление градуировочной характеристики с использованием стандартных образцов состава или аттестованных смесей. Градуировка устанавливает зависимость между аналитическим сигналом (например, площадью или высотой пика) и содержанием определяемого компонента.

Калибровка в метрологическом смысле представляет собой установление зависимости между значениями величин, воспроизводимыми эталонами, и показаниями средства измерений. В лабораторной практике этот термин иногда используют как синоним градуировки, что связано с особенностями перевода зарубежной литературы.

Построение градуировочной характеристики по серии стандартных образцов, использование материалов с подходящей матрицей и контроль линейности отклика являются основными условиями получения достоверных и метрологически прослеживаемых результатов количественного хроматографического анализа.

Теоретические основы градуировки хроматографа

Хроматографический метод позволяет разделять компоненты смеси и регистрировать их детектором. Однако для пересчета площади или высоты пика в концентрацию необходимо построить градуировочную характеристику. Для этого выполняют измерения стандартных образцов или аттестованных смесей с известным содержанием компонентов и устанавливают зависимость между концентрацией аналита и откликом детектора.

В большинстве практических случаев используется линейная градуировочная зависимость. Ее параметры рассчитываются методом наименьших квадратов по результатам измерений нескольких уровней концентрации. Для повышения воспроизводимости каждую градуировочную точку могут получать по нескольким параллельным вводам с последующим усреднением результата, если это предусмотрено методикой измерений. Полученная градуировочная характеристика используется для расчета концентраций неизвестных проб.

Типы градуировочных функций и линейный диапазон

Количественный анализ выполняют в диапазоне концентраций, установленном градуировочной характеристикой. При выходе за пределы этого диапазона возрастает риск получения недостоверного результата, поскольку фактический отклик системы может отличаться от принятой модели. Для расширения рабочего диапазона применяют изменение диапазона градуировки, разбавление проб, изменение объема ввода или использование нелинейных моделей, если это предусмотрено методикой.

Многоуровневая градуировка особенно важна при работе с детекторами, имеющими ограниченный линейный диапазон, например ЭЗД, ПФД и ППФД. После подтверждения стабильности системы и выполнения требований методики возможно применение упрощенных процедур контроля градуировочной характеристики.

Выбор стандартных образцов и поверочных газовых смесей

Чем ближе состав градуировочного материала к составу анализируемой матрицы и диапазону концентраций, тем меньше влияние матричных эффектов. Для газовых объектов применяются поверочные газовые смеси (ПГС), для жидких объектов — стандартные образцы растворов или приготовленные градуировочные растворы.

При анализе природного газа используют ПГС или имитаторы природного газа (ИПГ), состав которых соответствует диапазону определяемых компонентов. При определении примесей в спиртных напитках применяются стандартные образцы растворов с матрицей, близкой к составу анализируемых проб. Выбор градуировочного материала определяется особенностями методики. Например, при анализе серосодержащих соединений в нефти по ГОСТ 32918 может применяться градуировка по ПГС, поскольку приготовление стабильных жидких растворов сероводорода и меркаптанов затруднено. При анализе воздуха с концентрированием на сорбционных трубках часто используют жидкие градуировочные растворы благодаря удобству приготовления и стабильности.

Использование аттестованных стандартных образцов обеспечивает метрологическую прослеживаемость результатов. Самостоятельное приготовление газовых смесей требует контроля стабильности, сорбции, диффузии и условий хранения.

Контроль погрешностей и систематических смещений

Градуировочная зависимость не всегда проходит через начало координат. Значимый свободный член может быть связан с фоновым сигналом, загрязнением тракта, эффектами памяти системы, примесями в газах или особенностями подготовки проб. Ложные пики, совпадающие по времени удерживания с определяемыми компонентами, приводят к завышению площадей и искажению результатов. При использовании ПФД дополнительный фон могут создавать примеси серосодержащих соединений и других компонентов в газах питания.

Для снижения систематических влияний необходимо контролировать чистоту газов, состояние расходных материалов, выполнять холостые измерения и регулярно проверять стабильность хроматографической системы.

Практические советы от сервисных инженеров

• При приготовлении градуировочных растворов уменьшение объемов возможно только при сохранении требований методики и подтверждении необходимой точности приготовления.
• При работе с малыми объемами необходимо учитывать ошибки дозирования, испарение летучих компонентов и использовать подходящую мерную посуду.
• Для снижения влияния матричных эффектов следует выбирать диапазон концентраций, соответствующий стабильному отклику детектора. При выходе за пределы линейности необходимо изменить диапазон градуировки, уменьшить объем ввода или выполнить разбавление пробы.
• При первичном внедрении методики рекомендуется выполнять многоуровневую градуировку для оценки реального рабочего диапазона системы.
• Метод процентной нормализации широко применяется при анализе компонентного состава нефтепродуктов и газов. Он основан на определении доли сигнала каждого компонента в суммарном отклике всех зарегистрированных компонентов. При необходимости применяются относительные коэффициенты чувствительности.
• Регулярный контроль градуировки с использованием контрольных образцов позволяет выявлять дрейф характеристик системы. При выходе результатов за установленные пределы необходимо установить причину отклонения, проверить состояние системы и выполнить корректирующие действия.

Документирование операций по установлению и контролю градуировочной характеристики обеспечивает прослеживаемость результатов и соответствие требованиям системы менеджмента качества лаборатории.