ظروف حجم سنجی و گستره های کالیبراسیون

ظروف حجم سنجی

ظروف حجمی فراوانی در آزمایشگاه وجود دارد که در این میان می توان به پیپت،بورت،استوانه مدرج اشاره کرد.ظروف حجمی آزمایشگاه به طور کلی به دو کلاس اصلی تقسیم بندی می شوند که شامل کلاس A و B است. ظروف کلاس A دارای صحت بیشتر و تلرانس کمتر هستند در مقابل ظروف کلاس B دارای صحت کمتر و تلرانس بیشتری می باشند.

-پیپت یک لوله نازک شیشه ای است که هردوسر آن بازاست اما روزنه یک سرآن به اندازه نوک یک قطره چکان باریک است. پیپت برای  برداشتن و  انتقال دادنِ مقادیر کم مایعات و  محلول های شیمیایی به کار می رود و معمولاً وقتی بخواهیم با دقت زیادی مقداری  مایع را اندازه گیری کنیم.  پیپت های شیشه ای دقیق ترین  وسیله برای اندازه گیری و انتقال محلول ها  هستند و دقت  آنها در حد میلی لیتر است. میکروپیپت وسیله ای پیچیده تر است که دقت آن در  حد میکرولیتر  (یک هزارم  میلی لیتر) است.  میکروپیپت یک مکنده  قابل تنظیم همراه خود دارد که  به کمک نوک های  قابل تعویض  به طور اتوماتیک می تواند مقدار بسیار کم و معینی را برداشت کند. 

-بورت یک استوانه درجه بندی شده دراز و باریک است که در پایین به یک شیر منتهی می شود که محل خارج شدن مایع از بورت است و به وسیله این شیر مقدار مایع خروجی تنظیم می شود. بورت برای انتقال مقادیر مشخص و دقیق مایعات طراحی شده است. در تیتراسیون که هر قطره از اهمیت بالایی درنتیجه آزمایش ها برخودار است  نقش کالیبراسیون بیش از پیش مشهود می باشد. بورت ها در اندازه های مختلف ساخته می شود، اندازه ای که بیشتر در آزمایشات مورد استفاده است بورتِ 50 میلی لیتر است. کلاس های دقیق تجهیزات نیز در مشخصات بورت نیز وجود دارند و شامل کلاس A وکلاس  B می باشند. کلاس Aبیشتر از کلاس B ترجیح داده می شود مورد استفاده قرار گیرند.

بورت‌های کلاس A دقتی معادل ۰٫۰۵ میلی لیتر دارند. روش خواندن اندازه مایع در بورت همانند روش خواندن استوانه مدرج و پیپت ودیگر ظروف حجمی است. در بورت نیز سطح مایع، هلالی تشکیل می دهد و اندازه مایع را باید با خواندن درجه ای که در مقابل کف هلال قرار دارد تخمین زد.

-حجم را می توان به روش های مختلف اندازه گیری کرد. در مایعات مانند آب، حجم در میلی لیتر یا لیتر (لیتر) اندازه گیری می شود.به نظر می رسد که مایع حجم خاصی دارد،اما این کار را با یک ابزار ویژه به نام استوانه مدرج اندازه گیری می کنند وقتی مایعات به استوانه مدرج اضافه می شوند، در سطح مایع منحنی ظاهر می شود. این انحنا به عنوان پایین ترین سطح مایع شناخته می شود و  اندازه گیری از آن نقطه انجام می شود.

استوانه های مدرج در اندازه های مختلف و مقادیر متفاوت وجود دارند . استوانه ای مدرج بزرگتر (با مایع در آن نشان داده شده است) با ریزنگری های مختلف از 0/1میلی لیتر تا 1 میلی لیتر تقسیم شده اند.

-پیکنومتر که با نام بطری وزن مخصوص هم شناخته می شود، دستگاهی است که از آن برای تعیین چگالی یک مایع استفاده می شود. یک پیکنومتر اغلب اوقات از شیشه، با یک درز گیر محکم شیشه ای به همراه لوله ی مویین که از میان آن عبور می کند ساخته شده است تا حباب های هوا بتوانند از میان دستگاه خارج شوند. این دستگاه باعث می شود که چگالی مایع به میزان دقیقی با مقایسه با یک مایع مناسب به عنوان مرجع نظیر آب یا جیوه با استفاده از توازن تحلیلی، اندازه گیری شود.

کالیبراسیون ظروف حجمی

حجم ظروف شیشه ای به مرور بر اثر استفاده تغییر میکند ،بنابراین نیاز به کالیبراسیون منظم دارند.کالیبراسیون  ابزارهای  حجم سنجی از  اولویت های هر آزمایشگاه می باشد چرا که اندازه گیری مقادیر برداشتی برای کیت های مصرفی برای شناسایی یون ها مواد و محلول های شیمیایی (محلول سازی)، رقیق سازی نیازمند ابزار حجم سنجی دقیق می باشد. کالیبراسیون برای ظروف حجمی کلاس A ضرورت دارد. دوره کالیبراسیون بستگی به مقدار و ماهیت استفاده دارد که طول اولین دوره نباید بیشتر ازیک سال باشد.

کالیبراسیون پیپت، بخش اساسی از کارهای آزمایشگاهی است که باید به عنوان قسمتی حیاتی در جایی که نیاز به انتقال یا رقیق سازی حجم مشخصی از مایعات است، در نظر گرفته شود. پیپت ها، ابزارهایی آزمایشگاهی هستند که در طرح ها و اندازه های مختلف تولید می شوند. تعداد زیادی دفترچه راهنما توسط شرکت های سازنده ارائه شده که هر یک دستورالعمل استفاده و نحوه کالیبراسیون وسیله را بیان می کنند. پیپت، فضای خلائی را برای کشیدن مایع ایجاد می کند و ابزار متداولی است که در آزمایشگاه های شیمی و آزمایشگاه های طبی استفاده می شود. از آنجا که پیپت برای اندازه گیری و انتقال مواد، حیاتی است، کالیبراسیون آن هر چند ماه یک بار ضروری است.

در کالیبراسیون بورت ها بهتر است پرکردن بورت را توسط یک پیپت با لوله جانبی بلند انجام دهیم. به دلیل جلوگیری از خطا نباید وزن مایع توزین را با صفر کردن ترازو محاسبه کرد بلکه اختلاف مقدار وزن خالی ظرف توزین و ظرف توزین به همراه مایع، وزن مایع خواهد بود. سرعت عمل توسط اپراتور حرفه ایی و تکرار نتایج جهت بدست آوردن مقدار مطلوب می تواند موثر باشد.

 در کالیبراسیون استوانه مدرج بر اساس نوع استوانه مدرج از نظر تخلیه شدن IN یا EX باید طبق دستورالعمل های کالیبراسیون ظروف حجمی آن ها را کالیبره کرد. تقعر صحیح آب مقطر با خط نشانه  هنگامی برقرار می شود که پایین ترین نقطه تقعر آب مقطر مماس بر سطح بالایی خط حجمی باشد.گاهی اوقات بهتر است که یک کاغذ را با یک خط سیاه سنگین در پشت و زیر قسمت هلالی نگه دارید. انعکاس خط در قسمت هلالی آن را بیشتر قابل مشاهده می کند.

حجم اسمی(Nominal volume )

حجم اسمی یک ظرف شیشه ای حجمی یا مقدار حجمی می باشد که توسط کارخانه بر روی آن درج شده است. مثلا یک بورت ml 50 دارای حجم اسمی ml 50  می باشد.

آزمایشگاه کالیبراسیون و کالیبره تجهزات حجم سنجی د رگستره های مختلف:

·         بورت با گستره 10 تا 100 میلی لیتر،

·         پیپت با گستره 0/1 تا 100 میلی لیتر،

·         استوانه مدرج با گستره 5 تا 2000 میلی لیتر،

·         بالن با گستره 5 تا 4000 میلی لیتر ،

·         دسپنسر با گستره 1 تا 100 میلی لیتر ،

·         پیکنومتر با گستره 5 تا 100 میلی لیتر،

·         میکرو پیپت -سمپلر با گستره 1 تا 1000 میکرو لیتر  را در کوتاهترین زمان دارد .    

کالیبراسیون ظروف حجمی

انواع وسایل اندازه گیری حجم در آزمایشگاه

پیپت(Pipette)

بورت(Burette)

بالن ژوژه(Volumetric Flask)

استوانه مدرج(Graduated Cylinder)

توزیع کننده(Dispenser)

پیکنومتر(Pyknometer)

سرنگ و ....

استفاده از ظروف حجمی کالیبره شده

براساس روش UKAS LAB 15

1)هر آزمایشگاه موظف است ظروف حجمی با کلاس مناسب روش ها و تست های خود استفاده نماید.

2)تنها برای روش هایی که نیاز به دقت و صحت بالا دارد می بایست از ظروف حجمی کلاس A استفاده شود.در این حالت می بایست ظروف کالیبره شده و میزان خطای دستگاه با حد مجاز خطای کلاس A مطابقت داده شود.

3)در صورتیکه ظروف حجمی کالیبره شده باشد،UKAS آن آزمایشگاه را ملزم به ارائه گواهی کالیبراسیون می داند.در صورتیکه کالیبراسیون داخلی انجام شده باشد می بایست روش کالیبراسیون وقابلیت ردیابی به درستی ارائه شود.

4)اگر در روش های آزمون که در آن ها از ظروف حجمی استفاده می شود،دقت و صحت ذکر شده برای ظروف در حد کلاس A باشد ولی به طور واضح از ظروف کلاس A اشاره نشده باشد،آزمایشگاه ملزم به استفاده از ظروف کلاس A می باشد.

دوره کالیبراسیون

حجم ظروف شیشه ای به مرور بر اثر استفاده تغییر می کند،بنابراین نیاز به کالیبراسیون منظم دارند.

کالیبراسیون برای ظروف حجمی کلاس A ضرورت دارد.

طول دوره کالیبراسیون بستگی به مقدار و ماهیت استفاده ها دارد.طول اولین دوره کالیبراسیون نباید بیشتر از یک سال باشد.

مراحل کالیبره کردن

هنگام کالیبره کردن باید موارد زیر را رعایت کرد:

1-شناسای تجهیز

2-روش معتبر کالیبراسیون

3-کالیبره کننده واجد شرایط

4-بکارگیری تجهیز مناسب

5-قابلیت ردیابی(Traceability) به استادارد های بیت الملل

6-دارا بودن شرایط محیطی مناسب

7-تعیین خطای تجهیز

8-صدور گواهی کالیبراسیون

9-صدور برچسب کالیبراسیون

10-نصب برچسب کالیبراسیون

کالیبراسیون ظروف حجم سنجی آزمایشگاهی

1-روش مرجع روش توزین است

2-روش ثانویه روش رنگ سنجی است.

روش توزین توسط NCCLS، ASTM، ISO  و نیز UKAS  و EURAMET پیشنهاد شده است.

اساس روس توزین (گراویمتری)

توزین آب محتوی در ظرف یا تخلیه شده توسط ظرف،سپس تبدیل آب به حجم با در نظر گرفتن دمای آب هنگام کار،دمای مرجع،فشار هوا و ضریب انبساط حجمی ظرف است

V=m*Z

V=حجم , m=جرم آب , Z=فاکتور تصحیح

عوامل محیطی موثر بر کالیبراسیون در روش توزین

دمای آب : تغییرات دمای آب نباید بیشتر از ±0.5°C  باشد.

دمای هوا : تغییرات فشار هوا باید در حد ±2.5°C باشد.

فشار هوا : تغییرات فشار هوا باید در حد ±6mmHg باشد.

رطوبت هوا : بهتر است بالاتر از 50%RH بوده و تغییرات آن در حد ±10%RH باشد.

نکته: دما،فشار و رطوبت هوا باعث تغییر دانسیته هوا و در نتیجه تغییر اثر شناوری هوا می شود.

دانسیته آب : باید دقیقا مشخص باشد.(براساس استاندارد باید از آب مقطر،دوبار تقطیر و یا آب دیونیزه استفاده شود)

تجهیزات مورد نیاز

ترازو

دماسنج

آب خالص آزمایشگاهی با هدایت کمتر از 5µs/cm

بارومتر برای اندازه گیری فشار هوا

رطوبت سنج برای اندازه گیری رطوبت هوا

الزامات تجهیزات

ترازو:

ظرفیت،قابلیت قرائت،تکرار پذیری و صحت مهمترین عوامل در انتخاب ترازوی مناسب می باشند.

ترازو باید به استفاده از یک روش معتبر و با وزنه هایی که قابل ردیابی به SI باشند،کالیبره شده باشد(Eccentricity , Linearity , Repeatability)

بسته به وسیله تحت کالیبراسیون،ترازو باید قادر به تشخیص خطای مجاز باشد

برای بورت ها و تمامی پیپت ها ترازو با حداکثر ظرفیت 200g وزینه بندی 0.1mg نیاز است

دماسنج مورد استفاده نیز می بایست کالیبره شده و قابلیت ردیابی به SI را داشته باشد و نیز دارای گستره حداقل صفر تا 30°c و قابلیت قرائت 0.1°c باشد

آماده سازی وسایل جهت کالیبراسیون

ظروف حجمی مورد نظر،آب و.... را حداقل دو ساعت قبل از کالیبراسیون در محلی نزدیک ترازو قرار دهید تا هم دما شوند

ترازو را از یک ساعت قبل از شروع کار روشن کنید تا گرم شود

قبل از شروع و پس از پایان کالیبراسیون،دمای آب را اندازه گیری کنید

روش کار در یک نگاه

ظروف باید به دقت تمیز و خشک شوند

وسایل مورد نیاز آماده شوند

دمای اتاق و آب اندازه گیری شود

فشار و رطوبت هوا اندازه گیری شود

وزن آب محتوی یا تخلیه شده اندازه گیری شود

حجم محاسبه شود

حجم=جرم آب *فاکتور تصحیح

فاکتور تصحیح به جنس وسیله،دما و فشار بستگی دارد و از جداول استخراج می شود.

تصحیحات محیطی برای حجم

کالیبراسیون صحیح و متعاقب آن استفاده از ظروف حجمی،به شدت به دما وابسته است

ظروف حجمی در دمای20°c (یا گاهی در 27°c)کالیبره شده اند

اگر در دمایی غیر از دمای رفرنس استفاده شوند،خطا بروز خواهد کرد

عوامل ایجاد خطا در کالیبراسیون به روش گراویمتری

کالیبره نبودن ترازو

هم دما نبودن ظروف،آب و محیط اطراف ترازو

تغییرات بیش لز حد مجاز دما

تبخیر سطحی آب

پایین بودن رطوبت محیط

خطای اپراتور در تنظیم سطح تعقر به دلیل مناسب نبودن افق دید

روش تمیز کردن ظروف شیشه ای

روش تمیز کردن و انتخاب ماده تمیز کننده بستگی به نوع آلودگی دارد ولی اصول زیر پیشنهاد می شود

1-در اولین فرصت مواد را خالی  کرده و ظرف را آبکشی کنید(هرگز نگذارید مواد به مدت طولانی در ظروف باقی بماند)

2-ابتدا مواد ملایم تر را امتحان کنید

3-قوی ترین ماده سولفوریک اسید است که باید ظروف به مدت 8 تا 10 ساعت درون آب قرار گیرد(استفاده از سولفوکرومیک به دلیل زیان های زیست محیطی یون کرومات باید محدود باشد)