Klasyfikacja technik kalibracyjnych

Podstawą praktycznie wszystkich pomiarów analitycznych są procedury kalibracyjne. Charakteryzują się integralnością i nierozerwalnością w odniesieniu do procesu analitycznego. Kalibracja bywa definiowana w różny sposób, a najogólniej określa się ją jako ogół czynności prowadzących do wyznaczenia zależności sygnału analitycznego od stężenia analitu. Klasyfikacji technik kalibracyjnych dokonuje się w zależności od kryteriów. 

Wyróżnia się dwa, podstawowe rodzaje kalibracji: jakościową oraz ilościową. Pierwsza z wymienionych dostarcza informacji, który z sygnałów reprezentuje określony analit. W drugim przypadku wyznaczana jest zależność ilości składnika od sygnału pomiarowego. Pod pojęciem kalibracji ilościowej wyróżnia się ponadto podejście nieliniowe i liniowe. Kalibracja ilościowa, nieliniowa obejmuje krzywą wzorcową oraz kalibrację od punktu do punktu. Natomiast w przypadku kalibracji ilościowej, liniowej wyodrębnia się następujące rodzaje kalibracji: jednopunktową, z wykorzystaniem roztworów ograniczających, wielopunktową, dodatku lub odjęcia wzorca, wewnętrzną (autokalibrację). Co więcej, za kryterium podziału można obrać sposób prowadzenia kalibracji (kalibracja bezpośrednia i pośrednia) oraz obszar jej zastosowania (kalibracja metod analitycznych i przyrządów pomiarowych). Warto wspomnieć, że stosunkowo nowym podejściem jest przyporządkowywanie wszystkich technik kalibracyjnych do trzech kategorii: interpolacyjnej, ekstrapolacyjnej oraz wskaźnikowej.

Metody kalibracyjne w analizie ilościowej

Szczególne znaczenie kalibracja ma w analizie ilościowej, gdzie polega na wyznaczeniu zależności pomiędzy sygnałem analitycznym instrumentu a zawartością oznaczanego składnika. Kalibrację można przeprowadzić na kilka różnych sposobów. Wybór właściwego (nie ma metody uniwersalnej) jest uzależniony od szeregu czynników. Do nich należy zaliczyć m.in. charakter metody analitycznej, rodzaj stosowanego przyrządu pomiarowego, wymaganą dokładność wyniku, przedział stężeń analitu pozwalający na sprawdzenie możliwie szerokiego zakresu wskazań urządzenia czy chociażby rodzaj matrycy próbki i materiałów odniesienia. Poniżej przedstawiono najczęściej wybierane metody kalibracji.

Metoda krzywej kalibracyjnej to przykład kalibracji wielopunktowej, zewnętrznej. Polega na przygotowaniu serii roztworów wzorcowych o znanych, wzrastających stężeniach i wyznaczeniu funkcyjnej zależności odpowiedzi przyrządu pomiarowego od zawartości rozpatrywanego składnika.

Metoda dodatku wzorca to technika, w której przeprowadzany jest pomiar dla badanej próbki, następnie wprowadzana jest do niej znana ilość wzorca i ponownie rejestrowany jest sygnał. Czynności te powtarzane są przynajmniej dwukrotnie. Z uzyskanych danych wyznaczany jest wykres zależności sygnału analitycznego od różnicy stężeń wzorca.

Metoda wzorca wewnętrznego to procedura, która polega na dodaniu do badanej próbki znanej ilości wzorca do kolejnych roztworów wzorcowych o różnej (zwykle wzrastającej) zawartości analitu, a następnie wykreśleniu zależności w postaci krzywej kalibracyjnej. Co ważne, zastosowany wzorzec wewnętrzny nie może być jednym ze składników próbki. Metoda ta pozwala znacznie ograniczyć wpływ matrycy próbki na wynik pomiaru.

Metoda roztworów ograniczających w trakcie kalibracji to technika, którą przeprowadza się trzy pomiary: jeden dla próbki rzeczywistej, drugi dla roztworu wzorcowego o niższej zawartości analitu niż w badanej próbce oraz trzeci pomiar dla roztworu wzorcowego o wyższej zawartości analitu w porównaniu do analizowanej próbki. Z uzyskanych danych wyznaczane są krzywe graficzne, a wynik jest obliczany po odpowiednich przekształceniach matematycznych. Ten sposób kalibracji jest stosunkowo prosty i szybki, szczególnie zalecany, gdy wynik pomiaru jest niestabilny.

Kalibracja przyrządów pomiarowych

W zależności od obszaru zastosowania wyróżnia się również kalibrację przyrządów pomiarowych. Według terminologii Głównego Urzędu Miar w tym przypadku kalibracja i wzorcowanie są tożsamymi pojęciami. Zatem termin ten obejmuje wszystkie czynności, które są podejmowane w celu wzorcowania przyrządu pomiarowego. Wzorcowanie urządzeń pozwala zweryfikować ich wskazania względem właściwego materiału odniesienia. W procesie tym wyznaczana jest także niepewność wskazań przyrządu. Dzięki temu laboratorium jest w stanie wykazać, że w określonym obszarze zachowuje spójność pomiarową uzyskiwanych rezultatów.

Bardzo ważnym aspektem w przypadku kalibracji przyrządów pomiarowych jest stworzenie planu lub harmonogramu kalibracji. Ustalenie czasookresów pomiędzy kolejnymi kalibracjami powinno opierać się na szeregu wytycznych, w tym rodzaju stosowanego przyrządu pomiarowego, tendencji zużycia, warunków otoczenia oraz kompetencji personelu obsługującego go. Jest to ważne, ponieważ dzięki temu laboratorium zapewnia powtarzalność i dokładność swoich wyników pomiarowych oraz prawidłowość pracy swojego przyrządu, a także ustala potencjalne źródła błędów, które mogą mieć wpływ na wyniki pomiarów. Kalibrację przyrządów pomiarowych wykonują jedynie uprawnione do tego jednostki. Specjalizują się w tym akredytowane laboratoria wzorcujące. Ich kompetencje są potwierdzone przez organy akredytujące podlegające międzynarodowej organizacji ILAC. Rezultaty z przeprowadzonej kalibracji urządzenia są umieszczane na świadectwie lub w raporcie z wzorcowania. Oczywiście otrzymanie dokumentu potwierdzającego poprawną kalibrację przyrządu nie zwalnia użytkowników z konieczności stałego monitorowania pracy urządzenia. W przypadku dostrzeżenia nieprawidłowości (awarii instrumentu, przypuszczenia uzyskiwania niepoprawnych wyników itp.) może okazać się konieczna ponowna kalibracja.