氣相色譜儀的計量檢定合集之:基線漂移和基線噪聲

2022-08-26 09:11:13來源:山東譜析

上一期的文章中,我們談到在《JJG 700-2016 氣相色譜儀》中,對氣相色譜儀進行檢定的項目主要包括以下幾項:載氣流速穩定性、柱箱溫度穩定性、程序升溫重復性、檢測(TCD/FID/FPD/NPD/ECD)的噪聲、漂移和檢出限(靈敏度),并介紹了啟動時間——來自于《GB/T 30431-2013 實驗室氣相色譜儀》的測定項目——的測定方法;在這一期中,我們將介紹檢測器的基線噪聲和基線漂移的測定方法。

基線噪聲和基線漂移是用來衡量檢測器穩定性的重要參數,而基線噪聲又參與到檢測器檢測限的計算,因此顯得尤為重要。

基線噪聲和漂移的定義

我們將氣相色譜儀輸出的信號記錄在色譜工作軟件上隨時間而形成的圖線稱之為“基線”,理想狀況下基線應當是一條光滑的直線,但是由于各種原因會引起基線的波動,這種波動則稱之為基線噪聲(N)。

這里所說的各種原因,指的是在沒有組分進入檢測器的情況下,檢測器本身和色譜條件的波動:檢測器本身的原因包括檢測器密封、溫度控制波動、電路信號放大等;色譜條件原因則包括色譜柱固定相流失、進樣墊流失、載氣/燃氣純度、助燃氣的雜質含量、載氣流速波動、柱溫箱溫度波動、電網電壓波動和漏氣等。

基線噪聲可以分為短期噪聲和長期噪聲兩種,實際中測量的噪聲是兩種噪聲疊加,基線隨時間會有單方向的緩慢變化,這種緩慢則稱之為基線漂移。

在計量檢定規程《JJG 700-2016 氣相色譜儀》中對常見的五種檢測器的基線噪聲和漂移的規定如下:

可以看到有有兩個比較明顯的特點:

(1)除了TCD和ECD之外,FID、PFD和NPD的指標要求值是電流值,這樣就要求了廠家或者用戶需要提供電流和電壓之間的換算公式;

(2)ECD的指標要求除了電壓值之外,還提供了頻率的要求,這樣與ECD檢測器的原理更加切合,也能夠適應眾多的國外品牌GC的檢定;

基線噪聲和漂移的測定條件

一般情況下,測定基線噪聲和漂移是儀器在工作狀況下才可以測定的——這個工作狀況指的是介入色譜柱并通載氣后,FID檢測器處于點火狀態,TCD的打開橋溫/橋電流、FPD檢測器點火并打開光電倍增管高壓、ECD檢測器打開脈沖開關等狀況。

但是在進行計量檢定的時候,一般要在以下狀態下才能進行基線噪聲和漂移的測定,此種狀況下測得的數值才更加真實和有說服性:

(1)正常的工作條件下,見以上描述;

(2)沒有樣品注入色譜系統和檢測器;

(3)儀器穩定,這里包括兩個方面:

①儀器啟動后,在規定的啟動時間要求之內測定基線漂移;

②儀器啟動后,在規定的啟動時間基線漂移達到規定的要求下,測定基線噪聲;

以上強調在規定的啟動時間之內,否則的話,儀器是不合乎要求的;另外就是,在儀器基線漂移較大的情況下,基線噪聲通過人工測量的話往往會偏小。

基線噪聲和漂移的測定方法

檢定規程中規定:記錄基線30min,選取基線中噪聲最大峰-峰高對應的信號值為儀器的基線噪聲;基線偏離起始點最大的響應信號值為儀器的基線漂移。

常用的基線噪聲的測定方法有三種:

(1)使用給定時間范圍內的所有數據點來計算線性回歸,以6倍選定的時間范圍內所有數據點的線性回歸的標準偏差作為基線噪聲;

(2)通過選定時間范圍內的所有數據點確定線性回歸來計算漂移,再將該時間范圍內的所有數據點減去線性回歸線,以提供已修正漂移的信號;最后使用修正后的信號中的最大峰-噪音最小峰來計算噪聲;

(3)ASTM 噪聲測定 (ASTM E 685-93):依據的是用于對液相色譜中所用的可變波長光度檢測器進行測試的標準做法,該標準做法由美國材料試驗協會 (American Society forTesting and Materials, ASTM) 制定。根據時間范圍的大小,可區分三種不同類型的噪聲。噪聲測定依據的是在定義的時間范圍內的峰- 峰測量。

以上三種方法中的后兩種實質上都是峰-峰測量,只不過對其進行了一些修正;而在實際的計量檢測中,如果使用的工作站軟件沒有測定噪聲的功能,那么以上三種方法手動進行操作的難度較大,測定噪聲的方法只能是手動進行沒有修正的峰-峰測量。

 基線噪聲和漂移的測定實例

下面將以一段基線為例,按照計量檢定規程的規定,介紹基線噪聲和漂移的計算。

(1)按照計量檢定規程的要求,待儀器穩定后,記錄基線30min;

(2)基線漂移的計算

基線偏離起始點最大的響應信號值為儀器的基線漂移

3)基線噪聲的計算

選取基線中噪聲最高位置-最低位置對應的值為儀器的基線噪聲。

以上是在在基線整體比較平滑的情況下,且沒有考慮基線漂移進行了上述的計算;假若基線波動比較厲害或者漂移比較厲害,如果采用上述方法,計算出來的值反倒是基線漂移的值了;所以,在基線波動比較大或者漂移比較厲害又不能進行漂移修正的情況下,在一般采用的方法是:

選取30min基線中任意1min(當然也可以是0.5min)的最高位置-最低位置最大的那個值作為噪聲,

在上述實際測定過程使用的一些術語和方法與計量檢定規程描述的略有差別,可能會引起誤會:計量檢定規程使用的是噪聲最大峰-峰高,實際操作使用的最高位置-最低位置,其中后者計算出來的值會偏大一些,但是會更加具有可操作性。

最后還有一個問題是,計量檢定規程中規定的噪聲指標的單位是電流值(A或者pA),但多數工作站測定出來的數值是電壓值(V或者mV);關于電壓值和電流值的換算,會在后續的檢測器的檢測限計算章節中具體說明。

以上便是氣相色譜儀檢測器基線漂移和基線噪聲測定的具體內容。下一期,我們將介紹氣相色譜儀熱導池檢測器(TCD)靈敏度的計算和測定。如果建議,請留言哦~~


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