Analiza punktu podziału i kwantyfikacja niepewności termiczno-optycznych pomiarów węgla organicznego/pierwiastkowego

Ten protokół i narzędzie programowe rozwiązuje kluczowe wyzwania związane z dokładnym określaniem ilościowym i minimalizowaniem źródeł niepewności pomiaru w powszechnie używanym termicznym/optycznym analizatorze węgla. Technika ta uwzględnia wszystkie źródła niepewności pomiaru, w tym kalibrację przyrządów i estymację punktu podziału, a następnie propaguje te niepewności do zmierzonych mas węgla za pomocą kompleksowej metody Monte Carlo. OCECgo jest obecnie projektowany do współpracy z konkretnym instrumentem.

Mamy jednak nadzieję, że ten protokół i narzędzie programowe zostaną rozszerzone na wszystkie dostępne na rynku termiczne/optyczne analizatory węgla. Przy pierwszym użyciu tej techniki użytkownicy powinni wykonać wiele kalibracji, aby oszacować powtarzalność swojej indywidualnej implementacji protokołu. Aby zainstalować nowe filtry kwarcowe w celu przygotowania analizatora węgla organicznego do kalibracji, otwórz panel dostępu i zdejmij osłonę lasera.

Aby wyjąć fotodetektor, poluzuj białą nakrętkę POM za fotodetektorem i odłącz metalową rurkę po lewej stronie fotodetektora. Następnie zsuń obudowę fotodetektora z wkładki kwarcowej i umieść obudowę w dolnej części przyrządu. Aby wyjąć wkładkę kwarcową, poluzuj białą nakrętkę POM przytrzymującą wkładkę kwarcową na miejscu i wysuń wkładkę kwarcową ze złączki POM.

Następnie oprzyj wkładkę kwarcową na niestrzępiącej się chusteczce na płaskiej powierzchni. Aby zainstalować filtry, najpierw użyj narzędzia do wyjmowania filtrów, aby usunąć i wyrzucić istniejące filtry kwarcowe. Następnie umieść nowy duży filtr kwarcowy na niestrzępiącej się chusteczce na płaskiej powierzchni i użyj narzędzia do dziurkowania filtra, aby wybić jeden filtr.

Za pomocą czystej pęsety wyjmij filtr z dziurkacza i umieść filtr na złączce POM wkładu kwarcowego, tak aby teksturowana powierzchnia filtra była skierowana na zewnątrz piekarnika. Następnie za pomocą wkładu kwarcowego wsuń filtr kwarcowy do złączki, aż filtr zostanie całkowicie osadzony na piekarniku. Po wybiciu i zainstalowaniu następnego filtra w ten sam sposób, wybij trzeci filtr kwarcowy i użyj czystej pęsety, aby przenieść ten filtr kwarcowy do końca wkładu kwarcowego.

Ponownie włóż wkładkę kwarcową do instrumentu i luźno ręcznie dokręć białą nakrętkę POM, która mocuje wkładkę kwarcową na miejscu. Aby wymienić i wyrównać głowicę fotodetektora, wsuń obudowę fotodetektora na koniec wkładki kwarcowej i ponownie podłącz metalową rurkę po lewej stronie fotodetektora. Następnie całkowicie ręcznie dokręć wszystkie nakrętki POM, wymień osłonę lasera i zamknij panel dostępu.

Aby uzyskać punkt kalibracji, należy przygotować przyrząd do wyjęcia wkładki kwarcowej, jak pokazano, i postępować zgodnie z procedurami pipetowania zalecanymi przez producenta, aby zassać pięć lub 10 mikrolitrów roztworu sacharozy. Ostrożnie umieść roztwór sacharozy na łodzi kwarcowej jak najbliżej końca wkładki i ponownie wprowadź wkładkę kwarcową do instrumentu. Po zamknięciu panelu dostępu otwórz menu Uruchom w oprogramowaniu przyrządu i wybierz Filtr suchy mokry.

Postępując zgodnie z procedurą filtrowania na sucho, na mokro w polu Identyfikator próbki, wprowadź zastosowaną objętość sacharozy i potwierdź, że wybrano żądany plik par protokołu termicznego i odpowiedni plik wyjściowy txt. Upewnij się, że pole wyboru Użyj czasów przykładowego pliku nie jest zaznaczone, a następnie z menu rozwijanego Przykładowe minuty wybierz wartość 0. Upewnij się, że pole wyboru Cykl nie jest zaznaczone, a następnie kliknij przycisk Rozpocznij analizę, potwierdzając, że wymagany jest tylko jeden cykl analizy.

Poczekaj, aż analiza termiczna zostanie wykonana i przeprowadzona do końca. Po zebraniu danych kalibracyjnych użyj czystej pęsety, aby wyjąć łódkę kwarcową i ponownie zainstalować wkładkę kwarcową, jak pokazano. Aby zakończyć stałą kalibracji z niepewnością, załaduj narzędzie programowe i upewnij się, że karta Narzędzie do kalibracji jest otwarta.

W sekcji 1 graficznego interfejsu użytkownika wprowadzić nominalną objętość zastosowanego roztworu sacharozy, zgłoszony przyrząd, zintegrowany niedyspersyjny sygnał podczerwieni odpowiadający całkowitemu węglowi, zintegrowany niedyspersyjny sygnał podczerwieni podany przez przyrząd podczas pętli metanu oraz wartość logiczną wskazującą, czy w kalibracji należy użyć określonych punktów. W sekcji 2 graficznego interfejsu użytkownika zaktualizować domyślną charakterystykę niepewności roztworu sacharozy i pipety, jeśli to konieczne. I potwierdź żądaną liczbę losowań Monte Carlo.

Aby przeprowadzić analizę Monte Carlo danych kalibracyjnych, naciśnij strzałkę Go w sekcji 3. Użyj przycisków w sekcji 3, aby zapisać bieżący wynik jako domyślną kalibrację i wyeksportować wyniki zgodnie z potrzebami. Następnie zaktualizuj plik kalibracyjny przyrządu z wynikami w sekcji 4.

Aby obliczyć masy węgla i niepewności, należy pobrać dane pomiarowe zgodnie z instrukcją zawartą w instrukcji obsługi przyrządu i kliknąć przycisk aby przejść do zakładki Dane wejściowe analizy danych. W sekcji 1, podsekcji a, kliknij przycisk Przeglądaj, a następnie w oknie dialogowym Wybór pliku wybierz plik wyników txt utworzony przez instrument, aby załadować dane instrumentu z rozdzielczością czasową. W sekcji 1, podsekcji b przejrzyj przykładowe identyfikatory i kliknij, aby wybrać interesującą Cię analizę.

W podsekcji c należy przejrzeć metadane analizy, w szczególności sygnatura czasową rozpoczęcia próbki. Aby zdefiniować opcje przetwarzania danych w sekcji 2 podsekcja a, wybierz żądane procedury korekcji laserowej, a w podsekcji b wybierz żądaną procedurę korekcji dla niedyspersyjnego detektora podczerwieni. W sekcji 2 podsekcja c) potwierdzić i w razie potrzeby zaktualizować parametry uogólnionego rozkładu t podane dla stałej wzorcowania masy oraz szacowany błąd powtarzalności kalibracji.

W podsekcji d naciśnij strzałkę Go, aby utworzyć lub zaktualizować termogram analizy i wykres tłumienia w stosunku do wyewoluowanego węgla. W sekcji 3 podsekcja a wybierz żądaną procedurę obliczania punktu podziału i związanej z nim niepewności. W podsekcji b, w zależności od wybranej procedury obliczania punktu podziału i niepewności, należy zdefiniować nominalny punkt podziału, niepewność punktu podziału, początkowe tłumienie laserowe i/lub spadek tłumienia krytycznego, wykorzystując wykres tłumienia w funkcji wydzielanego węgla w sekcji 4.

W sekcji 5 sprawdź nominalną precyzję instrumentu i żądaną liczbę rysowań Monte Carlo, a następnie naciśnij strzałkę Go, aby uruchomić analizę Monte Carlo. Po zakończeniu analizy Monte Carlo przejrzyj wyniki na karcie Wyniki analizy danych i wyeksportuj wyniki za pomocą przycisku Eksportuj wyniki analizy. W tym miejscu przedstawiono reprezentatywne dane kalibracyjne z termicznego optycznego analizatora węgla.

Regresja liniowa danych kalibracyjnych w ramach Monte Carlo ujawnia przedział ufności dwóch sigma dla każdego z punktów danych kalibracji. Przedział ufności two-sigma regresji liniowej opiera się na niepewnych danych kalibracyjnych. Dla każdego losowania Monte Carlo losowy obszar kalibracji jest sprzężony z niepewnym modelem liniowym w celu uzyskania oszacowania masy węgla w pętli metanu w Monte Carlo.

Oszacowania Monte Carlo tych danych kalibracyjnych można następnie przedstawić na histogramie wykresu punktowego, co daje niepewność co do skalibrowanej masy węgla wstrzykniętego podczas pętli metanu. W tym przypadku reprezentatywne pomiary emisji węgla z laboratoryjnego generatora sadzy są podsumowane na termogramie analitycznym oraz na wykresie tłumienia w stosunku do wydzielającego się węgla. Niepewność w tym punkcie podziału można oszacować przy użyciu jednego z trzech podejść, w tym nowatorskiej techniki zmniejszania tłumienia.

W tym miejscu podsumowano kluczowe wyniki tej przykładowej analizy, w tym statystyki masy węgla i najlepiej dopasowane rozkłady a posteriori. W tych przykładach niepewność obliczeniowa mas węgla jest na ogół większa niż ta podawana przez instrument, do 280% w najbardziej ekstremalnym przypadku. Pamiętaj, aby wykonać tę samą procedurę podczas stosowania wzorca sacharozy.

Zapewnia to stałą stronniczość wynikającą z absorpcji substancji organicznych w otoczeniu i pomaga zminimalizować niepewności kalibracji. Uważamy, że protokół ten uwzględnia wszystkie główne źródła niepewności pomiaru dla tego analizatora węgla. Jednakże standardowe procedury doświadczalne powinny obejmować badania powtarzalności dla danego doświadczenia.

Użytkownicy powinni zwrócić uwagę na obecność promieniowania laserowego o małej mocy po uszkodzeniu blokady laserowej i powinni zachować ostrożność podczas manipulowania złączkami OEM. Technika ta pozwala na solidną kwantyfikację niepewności pomiaru, a ostatnio umożliwiła obserwację statystycznie istotnej zmienności i absorpcji światła przez sadzę.