如何校準分析儀器系統(tǒng)中的分析儀

      在許多分析儀器系統(tǒng)中，工藝分析儀都無法提供測量，而是以通過校準確定的設置為基礎提供相對響應。校準是一個關鍵而又容易出現較大誤差的過程。校準工藝分析儀校準工藝分析儀時，我們讓一種已知成分和數量的校準流體流過分析儀來測定其成分濃度。當測量結果與校準流體的已知含量不一致時，就對工藝分析儀進行相應調整。之后，在分析工藝樣品時，分析儀讀數的準確度將取決于校準過程的準確度。

系統(tǒng)設計

選擇系統(tǒng)設計不正確是一種常見的校準問題。很多情況下，校準流體都被連接到流選擇閥系統(tǒng)的下游，而沒有利用圖 1 中展示的雙關斷和排放 (DBB) 配置。較好的校準流體接入位置是通過樣品流選擇系統(tǒng)，如圖 2 所示。樣品流選擇系統(tǒng)用于快速更換樣品流并確保不存在交叉污染危險。在圖 1 和圖 2 中，樣品流選擇系統(tǒng)的每一個流都配備了兩個關斷閥和一個排放閥，以確保在同一時間有且僅有一個流進入分析儀。

這些年來，流選擇系統(tǒng)已經從由傳統(tǒng)部件構成的 DBB 配置發(fā)展為 小型模塊化系統(tǒng)。 這種系統(tǒng)的效率非常高，其吹掃時間短、閥門驅動壓力低、安全性能好，并且流通能力大、流間壓力降穩(wěn)定（因此樣品抵達分析儀所需的時間是可預測的）。

圖 1。在這種構造中，校準氣體被連接到流選擇系統(tǒng)下游而沒有利用 DBB 組件。

圖 2。如該構造中所示，校準氣體需要通過一套使用 DBB 組件防止污染的樣品流選擇系統(tǒng)接入。

在有些應用場合，美國環(huán)境保護局 (EPA) 要求在取樣系統(tǒng)的較早位置（通?？拷筋^）接入校準流體。其理由是，校準流體必須經歷與樣品流一樣的全部可變因素。這種理論是正確的，因為這種裝置能夠很好地估計樣品從探頭流到分析儀所需的時間。一般而言，人們經常低估，甚至不知道這段時間。

不過，在需要流經整個取樣系統(tǒng)時，將需要較多數量的校準流體。許多設施無法使用這種方案就不足為奇了。一種不錯的折衷做法是，讓校準流體通過流選擇系統(tǒng)，并讓校準流體一個流。這種配置能夠保證校準流體在不受樣品流污染的條件下抵達分析儀。在不用的時候，兩個關斷閥還可防止校準流體污染樣品流。利用小型模塊化平臺可以把所需的校準流體量減少到低程度。

校準的局限性

為了有效地校準分析儀，操作員、技術員或工程師必須從理論上知道什么是校準、校準能夠校正什么、校準無法校正什么。

工藝分析儀必須。分析已知數量的校準流體時，它必須能夠產生可重復的結果。如果工藝分析儀不能返回可重復的結果，該分析儀就是工作不正常的，或者是系統(tǒng)未能把樣品保持在恒定條件。校準不能解決不問題。

當工藝分析儀產生一致的結果但其結果與校準流體的已知成分不同時，我們說該分析儀是不準確的。可以使用并且應該使用校準解決這種問題。這個過程叫做校正偏差。

不過，即使在使用校準流體測試時，分析儀既精密又準確，在用來分析樣品流時也仍然可能產生不準確的結果。假如要求分析儀計數紅色分子，那么，在遇到粉紅色分子時，分析儀會怎么辦？在分析儀看來，粉紅色分子就是紅色的，因此使紅色計數增大。這就是正干擾。例如，一種設計用于計數丙烷分子的工藝分析儀系統(tǒng)內可能會出現丙烯分子。由于這種分析儀沒有配置為區(qū)分這兩種分子，因此它有可能將丙烯分子作為丙烷分子計數。

任何工藝分析儀都不是的，但可以選擇性地使用。有些工藝分析儀比較復雜，能夠使用化學方式抑制某些類型的干擾。例如，總有機物 (TOC) 分析儀設計用于測定廢水中的碳含量，以便確定是否不恰當地處置了碳氫化合物。為了準確地測定碳含量，工藝分析儀要清除一種正干擾源 -- 無機碳（比如硬水中的石灰石）。如果沒有步，工藝分析儀就會同時測量有機碳和無機碳，因而把碳氫化合物和硬水混淆在一起。

另一種類型的干擾是負干擾：由于被另一種分子掩蓋，一種應該被計數的分子未被計數。例如，在氟化飲用水內，人們使用一種電極分析水內的氟化物含量。不過，飲用水中常見的氫離子會掩蓋氟化物，因此計數會偏低，是不準確的。分析儀的讀數是 1 ppm（一種含量標準）的話，水中的實際含量可能是 10 ppm。解決方法是消除干擾源?？梢约尤胍环N緩沖溶液清除氫離子，從而使電極能夠準確測量氟化物。

了解正干擾和負干擾以及精度和準確度后，我們就能夠開始理解如何克服挑戰(zhàn)。人們容易做出的一個假設就是，當工藝分析儀不能產生所需結果時，校準就可以解決問題。但是，如同前文所述，校準是有局限性的，且并非的。

氣體分析儀的大氣壓力變化控制

氣體分析儀在本質上是分子計數器。校準時，我們送入一種已知濃度的氣體，并檢查工藝分析儀的輸出，以確認其計數是正確的。但是，在大氣壓力發(fā)生 5 到 10% 的變化時（已知有些氣候條件下會出現這種變化），會出現什么情況？給定體積內的分子數量隨大氣壓力的變化而變化，因此，分析儀的終計數也將發(fā)生變化。

一種常見錯誤理解認為大氣壓力是一個常數即 14.7 psia (1 bar.a)，但實際上，根據天氣條件，大氣壓力可能會上下波動達 1 psi (0.07 bar)。為了保持校準過程的有效性，校準時取樣系統(tǒng)內的壓力必須與樣品分析時的相同。壓力可以定義為相對于真空的總壓力。取樣系統(tǒng)內的壓力為表測系統(tǒng)壓力加上大氣壓力。

既然壓力如此重要，那么如何控制壓力變化呢？有些工藝分析儀，特別是紅外線和紫外線分析儀，允許大氣壓力影響讀數，在測量后用電子方式修正結果。但是許多工藝分析儀，包括許多氣相色譜分析儀在內，都不修正大氣壓力波動。實際上，大多數系統(tǒng)都不修正壓力波動，并且許多系統(tǒng)工程師或操作員也會忽略它們。有些人認為大氣壓力波動不重要。還有些人堅持認為，任何大氣壓力波動都會被影響工藝分析儀的其它相關或無關因素補償。然而，實際上大氣壓力波動可能非常重要。我們假設在校準工藝分析儀時大氣壓力為 X，但是后來，在注入工藝氣體時，大氣壓力為 X + 1 psi (0.07 bar)。那么，測值就可能出現達 7% 的偏差。

由于環(huán)保規(guī)定，現在的大多數工藝分析儀系統(tǒng)都排放到火炬煙囪或其他回流點。這些排放目的地的壓力波動會影響分析儀上游的壓力，因此有些排放系統(tǒng)安裝了排放器和調壓閥來控制這種波動。不幸的是，這種系統(tǒng)使用以大氣壓力為基準的調壓閥。因此，雖然這種系統(tǒng)能夠控制排放所致的波動，但是它們不能控制大氣壓力波動。

要想獲得一個既能控制大氣壓力波動又能控制排放壓力波動的排放系統(tǒng)，就必須使用壓力調壓閥。與普通調壓閥不同，壓力調壓閥不是把系統(tǒng)內壓力與本身隨天氣波動的系統(tǒng)外壓力比較，而是把系統(tǒng)內壓力與一個*不波動（或者波動極?。┑暮愣ㄕ{定壓力比較。調定壓力通常為實際 0 psia (0 bar.a)。

驗證與校準

較佳的校準方法是采用帶統(tǒng)計解釋的自動定期驗證系統(tǒng)。驗證是定期檢查分析儀來確定其目標是否準確的過程。驗證中將讀取并記錄讀數。除不進行校正的情況外，驗證與校準的過程相同。

自動驗證系統(tǒng)定期進行驗證檢查（通常是每天一次），并分析結果來判斷是否存在需要進行調整或重新校準的問題。這種系統(tǒng)允許存在不可避免的上下波動，但是，當測量存在一致的偏移時（即分析儀無法自行修正的偏移），就會向操作員報警，提示操作員分析儀系統(tǒng)可能會出現錯誤。

可以像自動驗證系統(tǒng)那樣定期手動驗證分析儀系統(tǒng)，但是，即使分析儀系統(tǒng)僅存在 1% 的偏差，人們也經常會進行調整。結果，由于進行了可帶來附加偏差的一系列偶然性微小調整，致使難以分析趨勢，因此無法確定系統(tǒng)何時是真正出現了偏差。在結果統(tǒng)計分析顯示需要干預之前，需要讓自動驗證系統(tǒng)自行運行。

結論

校準是一個重要過程，是分析系統(tǒng)中的要求，因此必須小心地確保正確執(zhí)行這個過程。操作員、技術員或工程師必須知道如何把校準氣體接入系統(tǒng)是較好的，以及如何控制氣體分析儀內的大氣壓力波動。而且，技術員或操作員必須知道校準的局限性 – 校準能夠解決以及不能解決哪些問題，還必須知道為什么單根據校準對分析儀進行經常性調整會帶來誤差。只要使用自動驗證系統(tǒng)定期驗證工藝分析儀并在統(tǒng)計分析證明需要時進行正確校準，校準就能夠發(fā)揮其應有作用，并成為能夠保證分析儀提供準確測量結果的一項重要服務。

詳情請見：如何校準分析儀器系統(tǒng)中的分析儀