گازهای کالیبراسیون

سنجش تکرار پذیر و دقیق، تنها زمانی امکان­پذیر است که آنالایزر به درستی کالیبره شده باشد

سنجش­های تحلیلی کمیتی، عنصری اساسی برای دستیابی به دقت در آزمایشگاه­ها و کاربردهای تولیدی محسوب می­شوند که حیطه گسترده­ای را شامل فرآیندهای داروسازی، گاز طبیعی، کاربردهای محیط زیستی و برنامه­ های سلامتی و امنیتی دربرمی­ گیرند. در صورت عدم درجه­ بندی سخت­ افزارهای اندازه ­گیری، هیچ اطمینان و تضمینی درمورد سنجش­های انجام شده وجود نخواهد داشت. در این مواقع  گازهای کالیبراسیون وارد می­شوند.

 گازهای کالیبراسیون استاندارد، واکنش آنالایزر شناخته شده­ای را برای غلظت عنصر شیمیایی مجاز (تائیدشده) ایجاد می­کند. به این ترتیب، واکنش­های نمونه به غلظتی مبدل می­شوند که دقت آنها قابل اندازه­ گیری است. این مقاله بررسی جامعی از نحوه تولید، تائید و نگهداری صحیح گازهای کالیبراسیون ارائه خواهد داد.

سفارش گازهای استاندارد کالیبراسیون

صنعت گازهای تخصصی، متشکل از متخصصانی است که گازهای کالیبراسیون را تامین و تولید می­کنند. پیش از اینکه یک شرکت تخصصی گاز قادر به تولید استاندارد گازهای کالیبراسیون باشد، باید اطلاعات مشخصی از کاربرد نهایی دراختیار داشته باشد. این اطلاعات فهرستی از اجزای مهم تولیدکننده گاز کالیبراسیون را دربرمی گیرد: غلظت، واحدها، گاز تعادل، اندازه کپسول گاز، تحمل ترکیبی، و دقت تحلیل.

تمامی شرکت­های گاز دارای دقت و تلرانس مشخص هستند، با این وجود مشتریان  باید آگاه باشند که گرید، تلرانس و دقت، شکل یکپارچه­ ای در صنعت ندارد. بنابراین ارزیابی دقیق تامین­ کنندگان و همچنین مشخصات آنها برای اطمینان از ارزش، انسجام و رضایت فنی ضروری است.

تلرانس مخلوط

تلرانس مخلوط، طیف غلظتی است که شامل ترکیب جزء (های) ناچیز و غلظت(ها) می­شود. برای مثال شاید درجه استاندارد رسمی تامین­ کننده یک درصد دقت و دو درصد تحمل ترکیبی را ادعا کند. برای یک غلظت ۱۰۰ppm تحمل غلظت حاکی از این است که غلظت مجاز جزء اصلی احتمالا ۹۸ در ۱۰ppm خواهد بود. گرچه، کاربر نهایی باید مراقب تعریف تحمل ترکیبی مورد قبول برای تحلیل­ کننده و ابزار درجه­ بندی خود باشد. بنابراین گازهای کالیبراسیون باید بالای طیف ابزار قرارگیرد و سپس ترکیب را با بیشینه غلظت مجاز قرار داد؛ زیرا برای گاز استاندارد کالیبراسیون عبور از مقیاس کامل هیچ سودی ندارد.

اگر تنظیمات کالیبراسیون کمینه برای استاندارد به استاندارد مطلوب نزدیک باشد، کاربر نهایی باید بسته­ای متناسب با آن را در نظر بگیرد و یا اینکه تامین­ کننده را بیابد که ظرفیت ترکیب با تحمل ترکیبی بسیار محدودی داشته باشد مانند کمتر از یک درصد نسبی.

دقت

دقت را مقایسه ­ اندازه­ گیری انجام­ شده با ارزش دقیق تعریف می­کنند. هم­ معنی­ های مشابه دقت عبارتند از دقت تحلیلی، عدم­ قطعیت تحلیلی و دقت تائیدیه. تمام گازهای استاندارد کالیبراسیون باید غلظت مولفه و جزء اصلی مجاز و نیز بیان دقیقی از ارزش مجاز داشته باشند. دقت تحلیلی در حقیقت مقدار محاسبه­ شده به صورت آماری است. فرمول­هایی مورد نیاز برای محاسبه دقت در سازمان استاندارد بین المللی (ISO) و مقالات دانشگاهی آمریکا به چاپ رسیده است. در واقع، دقت را با استفاده از انتشار یک مدل خطا محاسبه می­کنند و معمولا ریشه جذر مجموع مجذورات فاکتورهای خطای رایج است. خطای رایج در سنجش  گاز استاندارد کالیبراسیون عبارتند از خطای استاندارد مرجع، بی­دقتی معیارها، و ناپایداری مخلوط گاز. بیان ریاضی برای اینکه تاییدیه یک گاز به طور مستقیم برخلاف استاندارد باشد، با فرض پایداری در طی زمان به شرح زیر است:

در سطح اطمینان ۹۵ درصد، فاکتور پوششی برابر است با k=2

مثال:

خطای استاندارد در ۱RSD= 0.5 %

دقت در ۱RSD= 0.5%

خطای منحنی کالیبراسیون در ۱RSD=0.5%

نتایج این محاسبات برابر است با ۱٫۷% که تامین کننده احتمالا ان را به دقت ۱ یا ۲ درصد رند می کند. برای احتیاط این مسئله را در نظر بگیرید: صنعت گاز تخصصی محاسبات دقیق را به صورت یکپارچه استفاده نمی­کند، برخی از تامین­ کنندگان احتمالا از محاسبات جایگزین استفاده کنند یا محاسبات خود را بر پایه افزودن معیار وزنی انجام ­دهند.

کاربر نهایی گاز استاندارد کالیبراسیون باید معیارهای دقت مورد نیاز برای این کاربرد خاص را تعیین کند. کاربر، در صورت موجود بودن نمودار کنترل فرایند، می­تواند تا دومرتبه تاثیر انحراف را بر دقت گزارش­ شده ارزیابی کند. به خاطر داشته باشید جمع یا تفریق دو درصد بر استانداردهای مجاز انفرادی منجر به طیفی از مقادیر کپسول­گازی به علاوه یا منهای دو یا چهاردرصد برای ترتیب­های تکراری خواهد شد. احتمالا، قانون گذاری­های محیط­ زیستی، دقت مورد نیاز برای مقیاس­ها و حتی مراحل تائید دقت را تعیین کنند، مانند گازهای پروتوکل EPA برای کالیبراسیون(درجه­بندی) ابزار زیست محیطی. همچنین، انتشار دقت محاسبه خطا برای هر فرایند یا درک تحلیل­گر(آنالیزور) آزمایشگاهی از دقت سنجش­ ها و مقیاس­ های روش تحلیلی اش ضروری است.

قابلیت ردیابی بر روی استانداردهای ملی

تعریف قابلیت رد یابی از راهنمای ۲۵ ISO برگرفته شده است:

…” ویژگی نتایج سنجش، که به واسطه آن قابل ارتباط با استانداردهای مناسب خواهد بود، به طور کلی شامل استانداردهای ملی یا بین­ المللی از طریق زنجیره پیوسته ای از مقایسه­ ها می­شود.” در آمریکا، استانداردهای ملی حالت گازی توسط سازمان ملی استاندارد وتکنولوزی NIST تهیه می شود. در حوزه سنجش­های گازی، قابلیت ردیابی NIST با این حقیقت پیچیده­ تر می­شود که تعداد محدودی از گازهای مرجع استاندارد از طریف NIST در دسترس هستند.

بسیاری از قانون گذاری های محیطی U.S نیازمند قابلیت ردیابی اجزای ناچیز مجاز از طریق سنجش­ها در برابر یک NISTRM( مواد مرجع استاندارد) یا NIST NTRM(ماده مرجع قابل ردیابی NIST) هستند. کاربران نهایی، در صورت دسترسی به انها، باید درخواست قابلیت ردیابی NIST را ارائه دهند. همچنین، اطلاعات قابل ردیابی باید بر اساس تحلیل­های تائیدشده­ ای به عنوان گواهی بر قابلیت ردیابی NIST گزارش شوند. برای هزاران گونه شیمیایی که احتمالا به اجزاء ناچیز استاندارد گاز نیازمند هستند، قابلیت ردیابی NIST از طریق کالیبراسیون (درجه­بندی) وزن­ سنجی (گراویمتریک) یا سایر سازوکارهای عیارسنجی محاسبه می­شود که باید بر تائیدیه تحلیل گزارش ذکرشود. درمورد مواد شیمیایی قابل ردیابی غیر از NIST SRM، کاربر نهایی باید در مورد نحوه ضمانت دقت و قابلیت ردیابی اجزای ناچیز اطلاعاتی را از تامین­ کننده درخواست کند. همچنین، با این اطلاعات اطمینان حاصل خواهد شد استانداردهای گاز کالیبراسیون در طول زمان منسجم خواهد ماند و هم راستا با گواهی ISO 9000 است.

 

 

ذخیره و دغدغه­ های عمر انباری

ذخیره مخلوط را باید با توجه به عمر انباری یا پایداری آن در نظر گرفت. برای تطابق ISO 9000 و نیز برای تطبیق و هماهنگی استانداردهای گاز با قانون گذاری های زیست محیطی عمر انباری باید بر روی نتیجه و تائیدیه تحلیل گزارش شوند. EPA آمریکا پروتوکل  EPA را مخلوطی از عمرانباری تعیین میکند. مطالعه و گزارش سایر مخلوط­ها باید از طریق تامین کنندگان انفرادی صورت گیرد. برای بسیاری از انواع گازهای رآکتیو در غلظتی کمتر از ۱۰۰۰ ppm، پایداری مخلوط به تکنولوژی تامین­کننده بستگی دارد و پایداری غلظت به طور قابل توجهی متفاوت است.

فرآیندهای صنعت گاز تخصصی

سفارش زمانی وارد فرایند تولید تامین­ کننده می­شود که کاربر نهایی تمام مشخصات مخلوط را با تامین­ کننده گاز تخصصی کنترل کرده باشد. اگر مخلوط یکی از کالای کاتالوگ تامین­ کننده باشد، در این صورت بیشتر مراحل تولید و روندهای آزمایشگاهی، روزمره و یا از پیش تعریف­ شده هستند. بسیاری از مخلوط­های گاز و مایع در کاتالوگ وجود ندارند یا رایج نیستند و تامین کننده گاز را به چالش میکشند. در مهندسی کاتالوگ و روش تولید کالاها  تولیدگنندگان گاز باید به مسائل زیر اشاره کنند:

  • مواد تشکیل دهنده کپسول گاز مانند استیل در برابر آلومینیوم
  • تکنولوژی آماده­ سازی کپسول گاز
  • گرید مواد خام و ناخالصی­ ها
  • انطباق­پذیری شیمیایی
  • تکنولوژی ترکیب
  • مقیاس­های ترکیب در برابر تحمل ترکیبی
  • ابزار آزمایشگاهی در برابر روندها
  • تائیدیه تحلیل
  • ارسال

نقش سیستم کیفیت در صنعت گاز تخصصی

پاراگراف قبلی به ده حیطه اصلی اشاره کرد که باید در آماده­ سازی و تائید استاندارد گازهای کالیبراسیون در نظر گرفته شود. تمام این فعالیت­ها را باید نظام­مند کرد تا به این ترتیب کاربر نهایی را مطمئن سازیم گازهای کالیبراسیون قابل اطمینانی در اختیار آنها قرار خواهد گرفت. سیستم کیفی تامین­کننده، کیفیت سازمان و ساز و کارهای کنترل فراهم کننده، اطمینان از قابل اطمینان بودن تامین کننده را فراهم خواهد کرد. ISO9002 یکی از سیستم­ های کیفی رایج است، اما برنامه های دیگری مانند فرایندهای تائیدیه سازمانی وجود دارد. کاربرنهایی باید تائید کند تامین­ کننده آینده­ نگر، سیستم­های کیفی کافی را برای برآورده­ سازی انتظارات در اختیار دارد.

فرایند تولید گاز اختصاصی

تولید موفقیت­ آمیز مخلوط گاز نیازمند آماده­ سازی کپسول­های گاز قابل اطمینان و تکنولوژی نگهداری سطح کپسول گاز است. تامین­ کنندگان مختلف از واژگان متفاوت و خاصی برای فرآیندهای نگهداری کپسول­های گاز خود استفاده می­کنند و گواه سودمندی آنها این است که آیا تامین­ کننده قادر به پشتیبانی از نگهداری­ های خود با استفاده از مطالعه عمر انباری مخلوط­های چالش برانگیز هست یا خیر. مواد شیمیایی رآکتیو با غلظت کمتر از ۱۰ppmتکنولوزی فراهم کننده را به چالش می­کشند. مواد شیمیایی چالش برانگیز شامل آمونیاک، دی متیل دی سولفید، هیدروژن کلراید، هیدروژن سولفاید، نیتریک اکسید و نیتروژن دی­اکسید می شوند. گرچه، مواد شیمیایی بسیار بیشتری وجود دارد. همچنین، غلظت منافع اغلب بخشی از ppm محسوب می شوند.

تولید­کننده با شناسایی کپسول گاز و روش­های نگهداری مناسب کپسول گاز، می­تواند کپسول گاز را برای ترکیب آماده کند. با توجه به درجه مخلوط، که با ترکیب و تحمل ترکیبی تعریف می­شود، تولید کننده شاید از تعدادی از گزینه­ های موجود برای ترکیب استفاده کند:

  • وزن ­سنجی
  • حجم ­سنجی
  • دینامیک

ترکیب وزن­ سنجی برای تحمل­ های ترکیبی قوی و با دقت بالا بسیار رایج هستند. خریدار گازهای کالیبراسیون احتمالا تائیدیه خود را تنها بر اساس مقدار وزن­سنجی اعمال شده بر کپسول گاز انجام می­دهد.

محدودیت­ های تاییدیه وزن­ سنجی عبارتند از:

  • فقدان اجزای ناچیز رآکتیو به دلیلی جذب سطحی مانند کلورین در کپسول گازی فلزی
  • حضور و یا افزایش ناخالصی­ ها در مخلوط­ های چند جزئی مانند ناخالصی ایزو بوتان در پروپان، که به وزن ایزوبوتان درمخلوط ایزوبوتان/پروپان می­افزاید.
  • واکنش به ناخالصی­ ها در مخلوط­ هایی با اجزای ناچیز تائیدشده مانند ناخالصی اکسیژن با اکسید نیترات
  • اشتباهاتی که احتمالا شامل افزودن مولفه اشتباه یا با وزن­های بسیار زیاد شوند.

به چنین دلایلی کاربران نهایی باید بیشتر سنجش­ ها را با استفاده از مخلوط­ هایی انجام دهند که مقیاس­ها واندازه­گیری­ های آزمایشگاهی آن را تائید کرده باشند.

از دغدغه های وزن­ سنجی موضوع خلوص مواد خام نیز بوده است. همچنین، ثبات ترکیب­ ها اغلب به ناخالصی­ های مواد خام بستگی دارد. برخی از مواد خام ناخالصی­ های اصلی را در مشخصات خود ذکر نمی­کنند، بنابراین تامین کنندگان شاید از وجود این ناخالصی­ ها حتی آگاه نباشند. برای مثال آتش نیتروژن خالص اغلب چندصد ppm و کربن منواکسید ۰و۷% آراگون دارد. این مثال­ها به مقداری اشاره می­کند که توسط یک تحلیل­گر(آنالیزور) حرفه­ای و به صورت تکنیکی به تائیدیه آزمایشگاهی افزوده می­شود.

صدور تائیدیه آزمایشگاهی

هنگام ترکیب مخلوط گاز، مخلوط گاز مجاز احتمالا نیاز به تائیدیه و گواهی نامه آزمایشگاهی از تمام غلظت­ های عناصر دارد. آزمایش باید به قابلیت ردیابی تجهیزات مشتری توسط سنجش­ها در برابر استاندارد مرجع مناسب و یا ساز و کارهای مرجع اشاره کند. استاندارد قابل ردیابی گازی NIST عبارت است از NISTSRM. NIST . صنعت خصوصی برنامه مواد، مرجع قابل ردیابی NIST را در اختیار دارند که امکان کپی­ سازی هر یک از SRM یا سایر استانداردهای NIST را فراهم می­کند.

برای صدها جزء ناچیز فاقد NISTSRM، تامین­ کنندگان مسئولیت توسعه تائیدیه را دارند که از نظر آماری غلظت اجزای ناچیز را در کپسول گاز تائید می­کنند. برخی از تکنولوژی­های تائیدشده جایگزین مورد استفاده عبارتند از تیتراسیون خیس اجزای ناچیز که با محلول­های سایشی جمع­ اوری شده­اند، اماده­ سازی­های چندگانه برای استاندارهای وزن­ سنجی مورد استفاده در مطالعات منحنی کالیبراسیون، و کار کردن با منابع صنعتی و معمولی برای آماده­ سازی و تائید استاندارهای مورد قبول مشترک.

نقش فرآیندهای تضمین کیفیت

وظایف تضمین کیفیت، معمولا کیفیت سیستم را در سازما­ن­های تامین کننده و کاربر نهایی تبلیغ و ارزیابی می­کنند. با توجه به اینکه رابطه تامین­کننده/مشتری سنجش­های کمیتی را در بر می­گیرد، برنامه­ های تضمین کیفیت باید شامل حمایت و ارزیابی برنامه­ های اندازه­گیری باشد. در این راستا، کاربرد بهترین استاندارهای مرجع قابل ردیابی NIST موجود توسط تامین­ کنندگان ضروری است. تامین­ کننده و مشتری هر دو باید در ” درخواست کتبی” صنعتی شرکت داشته باشند که تائید کننده تطابق و هماهنگی آن­ها با معیارهای صنعتی است. همچنین تامین کنندگان باید برای اطمینان از هماهنگی مکان­های مختلف، درخواست کتبی داخلی ترتیب دهند. مهمترین وظیفه تضمین کیفی تنظیم تفسیر داده­ها و فرآیندهای عملیاتی تصحیحی است.

نتایج:

 در این مقاله، با توجه به اهمیت گازهای کالیبراسیون که به فرآیندهای اندازه­ گیری­ های صنعتی منجر خواهند شد،  به جزئیات شناسایی متغیرهای اصلی برای کاربران گازهای استاندارد کالیبراسیون و تامین کنندگان این نوع گازها پرداخته­شد. اگر کاربر نهایی از کاربردهای دقیق اصول مورد نیاز پیروی کند، در نتیجه قادر خواهد بود تامین­کننده را به عنوان تامین کننده­ای قابل اعتماد به رسمیت بشناسد.

 ترجمه : دایان گاز

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *