Поверка, калибровка и градуировка: терминологическая точность
Три термина часто смешиваются в лабораторной практике, однако с метрологической точки зрения они описывают принципиально разные процедуры, регулируемые Федеральным законом № 102-ФЗ.
Корректное применение метрологической терминологии является обязательным требованием для лабораторий, работающих в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений. Федеральный закон от 26.06.2008 № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» четко разграничивает понятия поверки, калибровки и градуировки. Аппаратно-программный комплекс на базе хроматографа, предназначенный для измерения концентраций органических и неорганических веществ, относится к средствам измерения и подлежит обязательной поверке в соответствии со статьей 13 указанного закона.
Поверка представляет собой совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средства измерения метрологическим требованиям, установленным в описании типа. Методика поверки хроматографов «Хроматэк-Кристалл 5000» утверждена Марийским ЦСМ и регламентирует процедуры как первичной, так и периодической поверки. Калибровка согласно статье 18 ФЗ-102 применяется добровольно к средствам измерения, не относящимся к сфере государственного регулирования. Однако на практике под термином «калибровка» часто подразумевают градуировку, что обусловлено переводом зарубежных методик и положениями ГОСТ Р ИСО 11095-2007, устанавливающего общие принципы калибровки.
Теоретические основы градуировки хроматографа
Градуировка – это установление аналитической зависимости между концентрацией определяемого вещества и выходным сигналом детектора, без которой количественный анализ принципиально невозможен.
Хроматографический метод анализа позволяет разделять компоненты смеси и детектировать их, однако для перехода от площади или высоты пика к концентрации требуется градуировочная характеристика. Целью градуировки является получение аналитической зависимости между концентрацией определяемого вещества и выходным сигналом хроматографа. Для проведения градуировки необходимо выполнить измерения стандартных образцов с известными концентрациями по всем определяемым компонентам.
В простейшем случае применяется линейная функция Y = kX, где Y – количество компонента, X – площадь пика, k – градуировочный коэффициент. Градуировочная функция описывает прямую, проходящую через начало координат, и определяется методом наименьших квадратов. Для каждой градуировочной точки рекомендуется проводить серию из 3–5 параллельных вводов с последующим усреднением значений, что существенно снижает случайную погрешность. Требования к методикам измерений, включая порядок установления градуировочной характеристики, регламентируются ГОСТ Р 8.563-2009.
Типы градуировочных функций и линейный диапазон
Линейный диапазон детектора не является бесконечным, и только многоточечная градуировка позволяет достоверно оценить границы применимости линейной модели.
Количественный анализ корректно проводить в диапазоне концентраций между первой и второй градуировочными точками. При выходе за эти границы невозможно зафиксировать отклонение реальной градуировочной кривой от построенной модели, и полученное значение концентрации может оказаться недостоверным. Подобная ситуация характерна для работы в нелинейной области детектора. Проблема решается увеличением количества градуировочных точек и применением более сложных математических функций, включая кусочно-линейную аппроксимацию.
| Тип градуировки | Количество точек | Область применения |
|---|---|---|
| Одноуровневая | Одна концентрация | Рутинные анализы в узком диапазоне концентраций при подтвержденной линейности |
| Двухуровневая | Две концентрации | Базовая градуировка для линейных детекторов (ПИД, ДИП) в установленном диапазоне |
| Многоуровневая | Три и более точек | Детекторы с узким линейным диапазоном (ЭЗД, ПФД, ППФД), первичное внедрение методики |
| Кусочно-линейная | Множество точек | Широкие диапазоны концентраций с выраженной нелинейностью отклика |
Многоточечная градуировка обязательна для детекторов электронозахватного типа, пламенно-фотометрического и импульсно-пламенно-фотометрического детекторов, обладающих узким диапазоном линейности. Подобный подход оправдан при первичном внедрении методики и позволяет всесторонне оценить возможности хроматографической системы. В дальнейшем, на основании полученных данных, допускается оптимизация процесса путем перехода к периодической градуировке по двум или одной точке.
Выбор стандартных образцов и ПГС
Матричная совместимость градуировочных растворов и анализируемых проб является ключевым условием минимизации систематической погрешности количественного анализа.
Чем ближе градуировочный раствор по составу и концентрации к анализируемой пробе, тем меньше систематических ошибок и достовернее результат. Для анализа газов применяются поверочные газовые смеси (ПГС), для жидких смесей – жидкие градуировочные растворы. При анализе природного газа градуировку проводят по имитатору природного газа (ИПГ) с максимально близкими к определяемым значениям концентрациями. Для контроля токсичных примесей в спиртных напитках используются градуировочные растворы ГСПВ, содержащие определяемые компоненты в сорокаградусном водном растворе этилового спирта.
Существуют исключения из общего правила. При анализе серосодержащих соединений в нефти по ГОСТ 32918, где проба представляет собой жидкость, градуировку выполняют по ПГС. Приготовление жидкого раствора нефти с заданными концентрациями сероводорода, метил- и этилмеркаптанов крайне затруднительно, и градуировка по газовым смесям оказывается более точной. При анализе воздуха с концентрированием на сорбционных трубках часто применяются жидкие градуировочные растворы, которые значительно дешевле ПГС или генераторов газовых смесей, а определяемые концентрации настолько низки, что изготовление ПГС с такими значениями иногда технически невозможно.
На российском рынке функционирует несколько предприятий, профессионально занимающихся производством ПГС, среди которых ООО «Мониторинг», ООО «Югра-ПГС», ООО «ПГС-Сервис» и другие. Приобретение готовых аттестованных смесей обеспечивает прослеживаемость и метрологическую достоверность, тогда как самостоятельное приготовление градуировочных газовых смесей в стеклянных бутылях сопряжено с существенными трудностями и не всегда гарантирует требуемое качество. Для жидких градуировочных растворов самостоятельное приготовление активно применяется и часто оказывается экономически целесообразнее приобретения готовых стандартных образцов.
Согласно приказу Минприроды России № 425 от 07.12.2012, измерения в области охраны окружающей среды относятся к сфере государственного регулирования и подлежат обязательным метрологическим требованиям. Методики измерений должны удовлетворять требованиям ГОСТ Р 8.563-2009, а конкретные значения предельно допустимых погрешностей устанавливаются в абсолютных величинах в пределах относительных погрешностей, регламентированных нормативными документами.
Контроль погрешностей и систематических смещений
Смещение градуировочной функции от начала координат является индикатором систематической погрешности, требующей выявления и устранения ее источников.
В ряде случаев градуировочная функция не проходит через начало координат, что свидетельствует о наличии систематических ошибок. Подобное смещение обусловлено сорбцией следовых количеств определяемых компонентов элементами проточной части хроматографической системы. Другой распространенной причиной является наличие следовых количеств аналита в газе-носителе, что особенно характерно при контроле чистых газов.
Присутствие ложных пиков, совпадающих по времени удерживания с определяемыми компонентами, также приводит к завышению значений площадей и смещению градуировочного графика. При работе с пламенно-фотометрическим детектором углеводороды, присутствующие в воздухе и других газах, создают дополнительный фон. Для устранения подобных систематических ошибок требуется замена расходных материалов, повышение чистоты газов-носителей и детекторных газов, а также тщательная подготовка проточной части системы.
Показателем точности измерений является установленная характеристика точности результата, полученного при соблюдении требований методики измерений. Если при выполнении количественного химического анализа предусматривается установление градуировочной характеристики, в методике приводят способы ее установления и контроля, а также порядок изготовления и применения образцов для градуировки. Условия измерений задают в виде номинальных значений или границ диапазонов возможных значений влияющих величин, с указанием предельных скоростей изменений и ограничений на продолжительность измерений и число параллельных определений.
Практические советы от сервисных инженеров
Соблюдение простых правил подготовки градуировочных растворов и хроматографической системы позволяет существенно повысить достоверность результатов и снизить эксплуатационные расходы.
При приготовлении градуировочных растворов допускается уменьшение рекомендованных методикой объемов. Вместо колб вместимостью 100 мл можно использовать колбы на 25 или 10 мл, а вместо дозаторов применять микрошприцы. Подобный подход позволяет существенно экономить дорогостоящие стандартные образцы и реактивы без потери метрологической достоверности. При этом необходимо строго соблюдать правила работы с малыми объемами и использовать только поверенную мерную посуду класса А.
Для снижения влияния матричных эффектов рекомендуется подбирать условия хроматографирования таким образом, чтобы градуировка выполнялась в линейной области детектора. Если анализируемые концентрации выходят за пределы линейности, целесообразно уменьшить количество вводимой пробы или применить метод стандартных добавок. При первичном внедрении методики всегда следует выполнять многоточечную градуировку для оценки реального линейного диапазона детектора в конкретных условиях анализа.
Особое внимание необходимо уделять методу процентной нормализации, применяемому при анализе компонентного состава бензина, нафты и сжиженных газов. Данный метод основан на предположении, что все компоненты анализируемой смеси хроматографируются и детектируются, а отношение площади пика к сумме площадей всех пиков, умноженное на 100, дает содержание каждого вещества. Для повышения точности в расчетах учитываются относительные коэффициенты чувствительности компонентов, приведенные в применяемой методике измерений или научных публикациях.
Регулярный контроль качества градуировки с помощью контрольных образцов с известной концентрацией позволяет своевременно выявлять дрейф метрологических характеристик. При обнаружении выхода контрольного значения за установленные границы необходимо выполнить повторную градуировку и проверить состояние расходных материалов хроматографической системы. Документирование всех операций по градуировке в журнале работ обеспечивает прослеживаемость результатов и соответствие лаборатории стандартам надлежащей лабораторной практики.
Часто задаваемые вопросы по калибровке и градуировке
Поверка – это совокупность операций, выполняемых для подтверждения соответствия средства измерения метрологическим требованиям, установленным в описании типа. Градуировка – это установление аналитической зависимости между концентрацией определяемого вещества и откликом детектора для решения конкретной аналитической задачи. Поверка обязательна для хроматографов, применяемых в сфере государственного регулирования, а градуировка выполняется согласно методике измерений перед каждым циклом анализов.
Согласно статье 18 Федерального закона № 102-ФЗ, калибровка средств измерений, не предназначенных для применения в сфере государственного регулирования, проводится в добровольном порядке. Хроматографы, применяемые в государственном регулировании, подлежат обязательной поверке. На практике под термином «калибровка» часто подразумевают градуировку, что обусловлено переводом зарубежных методик и положениями ГОСТ Р ИСО 11095-2007.
Минимально градуировка выполняется по двум точкам, соответствующим минимальной и максимальной определяемым концентрациям. Для детекторов с узким линейным диапазоном (ЭЗД, ПФД, ППФД) и при первичном внедрении методики обязательна многоточечная градуировка. Для каждой точки рекомендуется проводить 3–5 параллельных вводов с последующим усреднением значений площадей пиков.
Смещение градуировочной функции от нуля свидетельствует о наличии систематической погрешности. Причинами могут быть сорбция определяемых компонентов элементами проточной части, наличие следовых количеств аналита в газе-носителе, присутствие ложных пиков с совпадающим временем удерживания или углеводородные примеси в воздухе при использовании ПФД. Для устранения проблемы требуется замена расходных материалов и повышение чистоты газов.
Метрологическое обеспечение хроматографии: поддержка ПрофЛаб
Достоверность хроматографических анализов обеспечивается комплексным подходом к метрологическому обслуживанию, включающим поверку средств измерений, разработку и валидацию методик измерений, подбор стандартных образцов и аттестованных смесей. Специалисты ПрофЛаб оказывают полный спектр услуг по метрологическому сопровождению хроматографических лабораторий – от подбора оборудования до подготовки к процедуре поверки и аккредитации.
Для заказа услуги метрологической поверки хроматографа, разработки методики градуировки или получения консультации по обеспечению единства измерений оставьте заявку через форму на сайте или свяжитесь с нами любым удобным способом:
8 (800) 100-98-81
Бесплатный звонок по России
info@proflabspb.ru
Напишите нам в любое время
Наши специалисты проведут комплексное метрологическое сопровождение хроматографического оборудования с оформлением протоколов в соответствии с требованиями аккредитации, обучат персонал процедурам градуировки и обеспечат техническую поддержку вашей лаборатории по всей России.
