在許多分析儀器系統(tǒng)中，工藝分析儀都無(wú)法提供測(cè)量，而是以通過校準(zhǔn)確定的設(shè)置為基礎(chǔ)提供相對(duì)響應(yīng)。校準(zhǔn)是一個(gè)關(guān)鍵而又容易出現(xiàn)較大誤差的過程。校準(zhǔn)工藝分析儀校準(zhǔn)工藝分析儀時(shí)，我們讓一種已知成分和數(shù)量的校準(zhǔn)流體流過分析儀來(lái)測(cè)定其成分濃度。當(dāng)測(cè)量結(jié)果與校準(zhǔn)流體的已知含量不一致時(shí)，就對(duì)工藝分析儀進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。之后，在分析工藝樣品時(shí)，分析儀讀數(shù)的準(zhǔn)確度將取決于校準(zhǔn)過程的準(zhǔn)確度。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

選擇系統(tǒng)設(shè)計(jì)不正確是一種常見的校準(zhǔn)問題。很多情況下，校準(zhǔn)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(guān)斷和排放 (DBB) 配置。較好的校準(zhǔn)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(xiǎn)。在圖 1 和圖 2 中，樣品流選擇系統(tǒng)的每一個(gè)流都配備了兩個(gè)關(guān)斷閥和一個(gè)排放閥，以確保在同一時(shí)間有且僅有一個(gè)流進(jìn)入分析儀。

這些年來(lái)，流選擇系統(tǒng)已經(jīng)從由傳統(tǒng)部件構(gòu)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(shí)間短、閥門驅(qū)動(dòng)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(dá)分析儀所需的時(shí)間是可預(yù)測(cè)的）。

圖 1。在這種構(gòu)造中，校準(zhǔn)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(gòu)造中所示，校準(zhǔn)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(yīng)用場(chǎng)合，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局 (EPA) 要求在取樣系統(tǒng)的較早位置（通?？拷筋^）接入校準(zhǔn)流體。其理由是，校準(zhǔn)流體必須經(jīng)歷與樣品流一樣的全部可變因素。這種理論是正確的，因?yàn)檫@種裝置能夠很好地估計(jì)樣品從探頭流到分析儀所需的時(shí)間。一般而言，人們經(jīng)常低估，甚至不知道這段時(shí)間。

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

校準(zhǔn)的局限性

為了有效地校準(zhǔn)分析儀，操作員、技術(shù)員或工程師必須從理論上知道什么是校準(zhǔn)、校準(zhǔn)能夠校正什么、校準(zhǔn)無(wú)法校正什么。

工藝分析儀必須。分析已知數(shù)量的校準(zhǔn)流體時(shí)，它必須能夠產(chǎn)生可重復(fù)的結(jié)果。如果工藝分析儀不能返回可重復(fù)的結(jié)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(zhǔn)不能解決不問題。

當(dāng)工藝分析儀產(chǎn)生一致的結(jié)果但其結(jié)果與校準(zhǔn)流體的已知成分不同時(shí)，我們說(shuō)該分析儀是不準(zhǔn)確的?？梢允褂貌⑶覒?yīng)該使用校準(zhǔn)解決這種問題。這個(gè)過程叫做校正偏差。

不過，即使在使用校準(zhǔn)流體測(cè)試時(shí)，分析儀既精密又準(zhǔn)確，在用來(lái)分析樣品流時(shí)也仍然可能產(chǎn)生不準(zhǔn)確的結(jié)果。假如要求分析儀計(jì)數(shù)紅色分子，那么，在遇到粉紅色分子時(shí)，分析儀會(huì)怎么辦？在分析儀看來(lái)，粉紅色分子就是紅色的，因此使紅色計(jì)數(shù)增大。這就是正干擾。例如，一種設(shè)計(jì)用于計(jì)數(shù)丙烷分子的工藝分析儀系統(tǒng)內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)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(jì)數(shù)。

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(fù)雜，能夠使用化學(xué)方式抑制某些類型的干擾。例如，總有機(jī)物 (TOC) 分析儀設(shè)計(jì)用于測(cè)定廢水中的碳含量，以便確定是否不恰當(dāng)?shù)靥幹昧颂細(xì)浠衔铩榱藴?zhǔn)確地測(cè)定碳含量，工藝分析儀要清除一種正干擾源 -- 無(wú)機(jī)碳（比如硬水中的石灰石）。如果沒有步，工藝分析儀就會(huì)同時(shí)測(cè)量有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳，因而把碳?xì)浠衔锖陀菜煜谝黄稹?/span>

另一種類型的干擾是負(fù)干擾：由于被另一種分子掩蓋，一種應(yīng)該被計(jì)數(shù)的分子未被計(jì)數(shù)。例如，在氟化飲用水內(nèi)，人們使用一種電極分析水內(nèi)的氟化物含量。不過，飲用水中常見的氫離子會(huì)掩蓋氟化物，因此計(jì)數(shù)會(huì)偏低，是不準(zhǔn)確的。分析儀的讀數(shù)是 1 ppm（一種含量標(biāo)準(zhǔn)）的話，水中的實(shí)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(zhǔn)確測(cè)量氟化物。

了解正干擾和負(fù)干擾以及精度和準(zhǔn)確度后，我們就能夠開始理解如何克服挑戰(zhàn)。人們?nèi)菀鬃龀龅囊粋€(gè)假設(shè)就是，當(dāng)工藝分析儀不能產(chǎn)生所需結(jié)果時(shí)，校準(zhǔn)就可以解決問題。但是，如同前文所述，校準(zhǔn)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(zhì)上是分子計(jì)數(shù)器。校準(zhǔn)時(shí)，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(rèn)其計(jì)數(shù)是正確的。但是，在大氣壓力發(fā)生 5 到 10% 的變化時(shí)（已知有些氣候條件下會(huì)出現(xiàn)這種變化），會(huì)出現(xiàn)什么情況？給定體積內(nèi)的分子數(shù)量隨大氣壓力的變化而變化，因此，分析儀的終計(jì)數(shù)也將發(fā)生變化。

一種常見錯(cuò)誤理解認(rèn)為大氣壓力是一個(gè)常數(shù)即 14.7 psia (1 bar.a)，但實(shí)際上，根據(jù)天氣條件，大氣壓力可能會(huì)上下波動(dòng)達(dá) 1 psi (0.07 bar)。為了保持校準(zhǔn)過程的有效性，校準(zhǔn)時(shí)取樣系統(tǒng)內(nèi)的壓力必須與樣品分析時(shí)的相同。壓力可以定義為相對(duì)于真空的總壓力。取樣系統(tǒng)內(nèi)的壓力為表測(cè)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(shù)，在測(cè)量后用電子方式修正結(jié)果。但是許多工藝分析儀，包括許多氣相色譜分析儀在內(nèi)，都不修正大氣壓力波動(dòng)。實(shí)際上，大多數(shù)系統(tǒng)都不修正壓力波動(dòng)，并且許多系統(tǒng)工程師或操作員也會(huì)忽略它們。有些人認(rèn)為大氣壓力波動(dòng)不重要。還有些人堅(jiān)持認(rèn)為，任何大氣壓力波動(dòng)都會(huì)被影響工藝分析儀的其它相關(guān)或無(wú)關(guān)因素補(bǔ)償。然而，實(shí)際上大氣壓力波動(dòng)可能非常重要。我們假設(shè)在校準(zhǔn)工藝分析儀時(shí)大氣壓力為 X，但是后來(lái)，在注入工藝氣體時(shí)，大氣壓力為 X + 1 psi (0.07 bar)。那么，測(cè)值就可能出現(xiàn)達(dá) 7% 的偏差。

由于環(huán)保規(guī)定，現(xiàn)在的大多數(shù)工藝分析儀系統(tǒng)都排放到火炬煙囪或其他回流點(diǎn)。這些排放目的地的壓力波動(dòng)會(huì)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(diào)壓閥來(lái)控制這種波動(dòng)。不幸的是，這種系統(tǒng)使用以大氣壓力為基準(zhǔn)的調(diào)壓閥。因此，雖然這種系統(tǒng)能夠控制排放所致的波動(dòng)，但是它們不能控制大氣壓力波動(dòng)。

要想獲得一個(gè)既能控制大氣壓力波動(dòng)又能控制排放壓力波動(dòng)的排放系統(tǒng)，就必須使用壓力調(diào)壓閥。與普通調(diào)壓閥不同，壓力調(diào)壓閥不是把系統(tǒng)內(nèi)壓力與本身隨天氣波動(dòng)的系統(tǒng)外壓力比較，而是把系統(tǒng)內(nèi)壓力與一個(gè)*不波動(dòng)（或者波動(dòng)極小）的恒定調(diào)定壓力比較。調(diào)定壓力通常為實(shí)際 0 psia (0 bar.a)。

驗(yàn)證與校準(zhǔn)

較佳的校準(zhǔn)方法是采用帶統(tǒng)計(jì)解釋的自動(dòng)定期驗(yàn)證系統(tǒng)。驗(yàn)證是定期檢查分析儀來(lái)確定其目標(biāo)是否準(zhǔn)確的過程。驗(yàn)證中將讀取并記錄讀數(shù)。除不進(jìn)行校正的情況外，驗(yàn)證與校準(zhǔn)的過程相同。

自動(dòng)驗(yàn)證系統(tǒng)定期進(jìn)行驗(yàn)證檢查（通常是每天一次），并分析結(jié)果來(lái)判斷是否存在需要進(jìn)行調(diào)整或重新校準(zhǔn)的問題。這種系統(tǒng)允許存在不可避免的上下波動(dòng)，但是，當(dāng)測(cè)量存在一致的偏移時(shí)（即分析儀無(wú)法自行修正的偏移），就會(huì)向操作員報(bào)警，提示操作員分析儀系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

可以像自動(dòng)驗(yàn)證系統(tǒng)那樣定期手動(dòng)驗(yàn)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(jīng)常會(huì)進(jìn)行調(diào)整。結(jié)果，由于進(jìn)行了可帶來(lái)附加偏差的一系列偶然性微小調(diào)整，致使難以分析趨勢(shì)，因此無(wú)法確定系統(tǒng)何時(shí)是真正出現(xiàn)了偏差。在結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析顯示需要干預(yù)之前，需要讓自動(dòng)驗(yàn)證系統(tǒng)自行運(yùn)行。

結(jié)論

校準(zhǔn)是一個(gè)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(gè)過程。操作員、技術(shù)員或工程師必須知道如何把校準(zhǔn)氣體接入系統(tǒng)是較好的，以及如何控制氣體分析儀內(nèi)的大氣壓力波動(dòng)。而且，技術(shù)員或操作員必須知道校準(zhǔn)的局限性 – 校準(zhǔn)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(jù)校準(zhǔn)對(duì)分析儀進(jìn)行經(jīng)常性調(diào)整會(huì)帶來(lái)誤差。只要使用自動(dòng)驗(yàn)證系統(tǒng)定期驗(yàn)證工藝分析儀并在統(tǒng)計(jì)分析證明需要時(shí)進(jìn)行正確校準(zhǔn)，校準(zhǔn)就能夠發(fā)揮其應(yīng)有作用，并成為能夠保證分析儀提供準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果的一項(xiàng)重要服務(wù)。

詳情請(qǐng)見：如何校準(zhǔn)分析儀器系統(tǒng)中的分析儀