انواع نمودارهای کالیبراسیون و کاربرد آن ها
کالیبراسیون به مجموعه کارهایی که بر اساس یک روش مشخص، برای مقایسه نتایج یک دستگاه با یک دستگاه دقیق تر یا یک روش استاندارد برای تشخیص خطا، تنظیم دستگاه و یکسان سازی گزارشات آنالیزی به کار می روند، گفته می شود. به طور کلی هدف از کالیبراسیون اطمینان از درستی (accuracy) نتایج مشاهده شده روش آنالیزی می باشد.
کالیبراسیون یک مفهوم بسیار گسترده است که شامل همه مراحل آنالیز از شرایط نگهداری دستگاه آنالیزی تا چک کردن کلیه قطعات الکترونیکی و .. می شود. هدف هر آنالیزی تولید داده های قابل اعتماد (reliable) با حداقل خطا می باشد. برای بسیاری از دستگاه های آنالیزی، رسم منحنی کالیبراسیون برای اندازه گیری کمی ضروری ست. روش های کالیبراسیون برای ارزیابی و تنظیم دقت و درستی دسنگاه ها و تجهیزات اندازه گیری استفاده می شود.
بیشتر بخوانید: آشنایی با ابرخازن ها (SUPER CAPACITOR)
منحنی کالیبراسیون گرافیکی است که با مرتبط کردن دو متغیر، برای بررسی عملکرد صحیح تجهیزات اندازه گیری مورد استفاده قرار می گیرد. زمان و فرسودگی بر کیفیت اندازه گیری تأثیر گذار است و به همین دلیل بررسی دوره ای عملکرد صحیح آن دارای اهمیت می باشد.
در این شیوه اندازه گیری های تهیه شده توسط تجهیزات در برابر اندازه گیری یک دستگاه استاندارد که به عنوان مرجع با هم مقایسه می شود. در یک نمودار منحنی های دو ابزار مختلف وجود دارد که کالیبره نشده اند و رفتارهای کمی متفاوت با یکدیگر دارند.
نمونه های منحنی کالیبراسیون
منحنی های کالیبراسیون برای تبدیل یک مقدار به مقدار دیگر که خواندن آن آسان است، از طریق برخی از قوانین که آنها را مرتبط می کند نیز استفاده می شوند.
کالیبراسیون دماسنج مقاومت به پلاتین
یک گزینه جایگزین برای استفاده از جیوه، مقاومت الکتریکی است. مقاومت یک ویژگی دماسنجی مناسب است، زیرا با درجه حرارت تفاوت دارد و همچنین اندازه گیری آن با یک اهم متر یا آمپرمتر آسان است. در این حالت، یک استاندارد مناسب برای ساخت منحنی کالیبراسیون، یک دماسنج آزمایشگاهی مناسب است.
می توان جفت مقاومت در برابر دما و دما را اندازه گرفت و آنها را در یک نمودار قرار داد که برای تعیین هر مقدار دما با دانستن مقاومت مورد استفاده قرار می گیرد، به این شرط که این مقدار در محدوده اندازه گیری های انجام شده قرار داشته باشد.
اگر در یک نمودار منحنی، کالیبراسیون دما را در محور x با دماسنج استاندارد و دما را در محور عمودی با یک دماسنج مقاومت به پلاتین، به نام دماسنج A نشان دهد. صفحه گسترده، خطی را پیدا می کند که متناسب با اندازه گیری ها باشد، معادله آن در بالا سمت راست ظاهر می شود.
بیشتر بخوانید: محدودیت های روش طیف سنجی اتمی
منحنی کالیبراسیون محلول
این روش در شیمی تحلیلی به کار رفته و از یک منحنی مرجع تشکیل شده است، در نمودار مقدار اندازه گیری شده غلظت آنالیت در محور افقی و پاسخ ابزاری در محور عمودی ظاهر می شود. از منحنی برای یافتن غلظت آنالیت موجود در یک نمونه ناشناخته، از طریق درون یابی، از طریق پاسخ ابزاری گفته شده استفاده می شود.
پاسخ ابزاری می تواند یک جریان الکتریکی یا یک ولتاژ باشد. اندازه گیری هر دو مقدار در آزمایشگاه آسان است.
کالیبراسیون تک متغیره
کالیبراسیون تک متغیره (Univariate calibration)، یا کالیبراسیون تک جزئی (single-component calibration)، روش بسیار شناخته شده و سنگ بنای بسیاری از آنالیزهای کمی است.
در کالیبراسیون بر اساس رگرسیون خطی تک متغیره، باید چند فرض مهم را در نظر داشت: گزینش پذیری (Selectivity) و خطی بودن (Linearity). یک مدل کالیبراسیون تک متغیره فقط زمانی نتایج درستی دارد که سیگنال فقط از حضور آنالیت ناشی شده باشد و نه عوامل دیگر.
اگر عوامل یا آنالیت های دیگری سبب تغییر سیگنال شوند در روش تک متغیره هیچ راهی برای تشخیص آنها وجود نخواهد داشت و بنابراین نتایج نادرستی به دست می آید. باید یک رابطه خطی نیز بین مقدار کمی (غلظت) و سیگنال یا پاسخ دستگاه وجود داشته باشد. اگر رابطه خطی نباشد می توان از روش های کالیبراسیون تک متغیره غیرخطی استفاده کرد.
روش های کالیبراسیون متفاوتی برای روش های آنالیزی پیشنهاد شده است. سه روش استاندارد خارجی، افزایش استاندارد و استاندارد داخلی از روش های رایج تر و متداول در روش های آنالیزی هستند. به منحنی کالیبراسیون (Calibration curve) منحنی تجزیه ای (analytical curve) یا منحنی کار (working curve) نیز می گویند.
بیشتر بخوانید: کمومتریکس چیست؟
کالیبراسیون خارجی
روش کالیبراسیون خارجی (External calibration)،متداول ترین روش در اندازه گیری های کمی ست. در این روش یک یا چند استاندارد با غلظت مشخص از آنالیت مورد نظر، تحت شرایط دستگاهی و آزمایشگاهی مشابه نمونه ها، آنالیز می شود. پاسخ دستگاه برای استانداردهای با مقادیر معلوم با پاسخ نمونه های مجهول با هم مقایسه می شوند.
برای انجام کالیبراسیون خارجی وجود این شرایط ضروری است:
اثرات ماتریس نمونه و افت دستگاهی (instrumental drift) در سیگنال منظور نگردد.
سیگنال یا پاسخ متناسب با غلظت باشد.
سیگنال فقط در نتیجه حضور و وجود آنالیت مورد نظر باشد.
حساسیت دستگاه برای نمونه ها و استاندارد یکسان باشد.
برای این منظور منحنی کالیبراسیون بدست آمده از پاسخ های دستگاه بر حسب مقدار آنالیت ها در استاندارد رسم می شود. با استفاده از معادله خط بدست آمده و با اندازه گیری ارتفاع یا سطح زیر پیک نمونه مجهول مقدار دقیق آنالیت محاسبه می شود.
مزیت استفاده از روش استاندارد خارجی سادگی آن است، همچنین قابلیت استفاده برای روش های مختلف را دارد، اما این روش معمولا تحت تاثیر شرایط آزمایش مزاحمت ها و پایداری آشکارساز قرار می گیرد. بنابراین در مواقعی که مزاحمت عمده ای برای جزء آنالیزی وجود دارد یا نمونه ماتریس پیچیده ای دارد صحت و دقت چندانی ندارد.
افزایش استاندارد
در روش کالیبراسیون با افزایش استاندارد (standard addition calibration) مقدار مشخصی از آنالیت به نمونه ها اضافه می گردد. سیگنال دستگاه به صورت تابعی از غلظت اضافه شده اندازه گیری می شود. در این روش مزاحمت های ماتریسی نمونه حذف می شوند اما کاهش حساسیت ناشی از افت دستگاه تصحیح نمی شود.
بیشتر بخوانید: کاربردهای بوریک اسید در صنایع مختلف
استاندارد داخلی
در روش کالیبراسیون استاندارد داخلی (Internal Standard) یک ماده شناخته شده به عنوان استاندارد داخلی به همه نمونه ها و استانداردها اضافه می شود. در این روش از فاکتور پاسخ (response factor) یا فاکتور پاسخ نسبی (relative response factor) که به صورت زیر تعریف می شوند استفاده می شود.
Response factor for analyt (RFA) = (غلظت آنالیت)/ (سیگنال آنالیت)
Response factor for internal standard (RFis) = (غلظت استاندارد داخلی)/ (سیگنال استاندارد داخلی)
Relative response factor= RFA/ RFis
بیشتر بخوانید: کاربردهای اسید سولفوریک در صنایع لبنی
بهتر است استاندارد داخلی از نطر شیمیایی مشابه آنالیت باشد. برای تصحیح افت (تغییرات حساسیت با زمان) و کم کردن اثرات ماتریسی به کار می رود.