ANALIZA WYNIKÓW ORAZ ŹRÓDŁA NIEPEWNOŚCI PRZY WZORCOWANIU WZORCÓW SPEKTROFOTOMETRYCZNYCH

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "ANALIZA WYNIKÓW ORAZ ŹRÓDŁA NIEPEWNOŚCI PRZY WZORCOWANIU WZORCÓW SPEKTROFOTOMETRYCZNYCH"

Damian Bednarczyk
8 lat temu
Przeglądów:

1 Agnieszka CHRZĄTEK, Justyna WTORKIEWICZ Okręgowy Urząd Miar w Łodzi ANALIZA WYNIKÓW ORAZ ŹRÓŁA NIEPEWNOŚCI PRZY WZORCOWANIU WZORCÓW PEKTROFOTOMETRYCZNYCH W artykule przedstawiono oraz porównano wyniki wzorcowania wzorców spektrofotometrycznych otrzymane w czterech niezależnych laboratoriach wzorcujących: Okręgowym Urzędzie Miar (OUM) w Łodzi, w Głównym Urzędzie Miar (GUM), w Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) oraz w tarna cientific. Artykuł przedstawia również najważniejsze źródła niepewności występujące przy wzorcowaniu wzorców spektrofotometrycznych. ANALYI OF THE REULT AN EVALUATE UNCERTAINTY OURCE OF CALIBRATION OF PECTRAL PECTROPHOTOMETRIC The article presents and compared the analysis of the results of calibration of spectral spectrophotometers obtained in four independent calibrating laboratory: The Regional Office of Measures in (OUM), Central Office of Measures (GUM), Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) and tarna cientific. The article presents the most important uncertainty sources of calibration of spectral spectrophotometers. 1. WTĘP Laboratoria mają coraz większą świadomość konieczności sprawdzeń przyrządów pomiarowych. Znajduje to odzwierciedlenie w zainteresowaniu laboratoriów wzorcowaniem przyrządów pomiarowych, w tym także spektrofotometrów i wzorców spektrofotometrycznych. Wzorcowanie wzorców spektrofotometrycznych zwanych także filtrami wzorcowymi, wykonuje się metodą bezpośredniego pomiaru. Każdy filtr wzorcowy stosowany w spektrofotometrii ma wyznaczoną wartość widmowego współczynnika przepuszczania (λ) lub wartość gęstości optycznej widmowego współczynnika przepuszczania (λ) przy określonych długościach fal. Wartości te wraz z wartościami niepewności rozszerzonej i współczynnikiem rozszerzenia k, podane są w świadectwie wzorcowania filtrów. 2. OBIEKT PORÓWNANIA 2.1 Filtry neutralne Zestaw filtrów neutralnych tworzą płytki o różnym stopniu zaczernienia, a tym samym o różnych wartościach widmowego współczynnika przepuszczania. W obszarze nadfioletu filtry neutralne mają dość wyraźną krawędź odcinającą, co ogranicza ich zastosowanie do zakresu widzialnego i bliskiej podczerwieni. widmowy współczynnik pezepuszczania % G-343-I G-343-II G-343-III G-343-IV Rys.1. Filtry neutralne i ich charakterystyki widmowe w zakresie (-1) nm wykonane w OUM 1

Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) oraz w tarna cientific. Artykuł przedstawia również najważniejsze źródła niepewności występujące przy wzorcowaniu wzorców spektrofotometrycznych.

2 Fig. 1 Neutral filters and spectral characteristics of (-1) nm made by OUM 2.2 Filtry napylane Wykonuje się poprzez napylenie na płasko-równoległą płytkę kwarcową warstwy metalu np. platyny, palladu, stopu Fe, Ni i Co (tzw. Inconel) lub stopu Ni-Cr (niklowo-chromowego). Zestaw filtrów napylanych tworzą płytki o różnych grubościach warstwy napylanej, a więc i o różnych wartościach współczynnika przepuszczania. la ochrony warstwy napylanej przed uszkodzeniem płytkę z warstwą napyloną pokrywa się często dodatkową płytką. Filtry napylane mogą być stosowane w zakresie VI oraz UV. 9 widmowy współczynnik przepuszczania % KCC- 2 C2 KCC-2 C3 KCC-2 C Rys.2. Filtry napylane i ich charakterystyki widmowe w zakresie (19-1) nm otrzymane w OUM Fig.2.eposited filters and spectral characteristics of (19-1) nm made by OUM 2.3 Filtry ciekłe Przezroczyste szczelnie zamknięte pojemniki (kuwety) zawierają roztwory dwuchromianu potasu (K 2 Cr 2 O 7 ) o różnych stężeniach. Krzywe widmowego współczynnika przepuszczania w funkcji długości wykazują charakterystyczne dla dwuchromianu potasu ekstrema przy długości fal ok.: nm, 257 nm, 313 nm i 3 nm. aje to ograniczony zakres stosowania tych filtrów w porównaniu z filtrami neutralnymi i napylanymi. widmowy współczynnik przepuszczania % mg/l mg/l 6 mg/l mg/l mg/l Rys. 3. Filtry ciekłe i ich charakterystyki widmowe w zakresie (19-) nm otrzymane w OUM Fig.3 Liquid filters and spectral characteristics of (19-) nm made by OUM 2 3. ŹRÓŁA BŁĘÓW Wyznaczając widmowy współczynnik przepuszczania lub gęstość optyczną widmowego współczynnika przepuszczania musimy określić jakie czynniki wpływają na wynik pomiaru. Błędy pomiarów mogą pochodzić z czterech źródeł: od przyrządu pomiarowego, wzorcowanego obiektu, człowieka oraz warunków środowiskowych. Przy wzorcowaniu wzorców spektrofotometrycznych jednym z głównych źródłem jest sam spektrofotometr, na którym wykonuje się pomiary. Najogólniej spektrofotometr składa się z układu optycznego oraz układów detekcji i przetwarzania sygnału. Układ optyczny zawiera wiele elementów np. siatkę dyfrakcyjną, zwierciadło, przesłony itp. i może generować takie błędy jak przesunięcie wiązki świetlnej, błędy skali długości, błąd spowodowany

Zestaw filtrów napylanych tworzą płytki o różnych grubościach warstwy napylanej, a więc i o różnych wartościach współczynnika przepuszczania.

3 przez światło rozproszone. Układ odbiorczy i układ przetwarzający sygnał wyjściowy z fotoodbiornika może być źródłem błędów takich jak nieliniowość i niestabilność odbiornika. Należy również sam obiekt wzorcowania traktować jako źródło błędów. Błąd może być spowodowany np. niejednorodnością materiału, z którego wykonano filtr, odstępstwem od równoległości płaszczyzn i płaskości filtru. Także osoba wykonująca pomiar może spowodować błędy np. poprzez niepowtarzalne ustawienia wzorcowanego filtra. Z kolei zmienne warunki środowiskowe (np. temperatura, wilgotność) mogą powodować zmiany energii źródła światła w spektrofotometrze, czułości fotoodbiornika oraz własności optycznych wzorcowanego filtra. zczegółowe rozważania dotyczące źródeł błędów przedstawiono w publikacjach [1]. Przy określeniu źródeł błędów w laboratorium OUM, wzięto pod uwagę dane producenta spektrofotometru oraz własne pomiary. Na podstawie tych danych określono tzw. wielkości wpływające na wynik pomiaru i określono równanie pomiaru widmowego współczynnika przepuszczania: ( λ ) = z ( ) L F (1) λ T (λ) gdzie: z - wartość zmierzona widmowego współczynnika przepuszczania, αl - poprawka uwzględniająca wpływ nieliniowości układu odbiorczego spektrofotometru, α - poprawka uwzględniająca wpływ światła rozproszonego, α F - poprawka uwzględniająca wpływ niejednorodności filtra oraz niepowtarzalności, ustawienia filtru i błędów skali długości, α T - poprawka uwzględniająca niepewność przenoszenia jednostki. Analogicznie można określić równanie pomiaru gęstości optycznej widmowego współczynnika przepuszczania korzystając z zależności: (λ) = - log ((λ) ) (2) gdzie: (λ) - gęstość optyczna widmowego współczynnika przepuszczania, (λ) widmowy współczynnik przepuszczania. Budżet niepewności pomiaru gęstości optycznej widmowego współczynnika przepuszczania - filtr G-343-IV Udział Rozkład ymbol Estymata Współczynnik w niepewności Niepewność prawdopodobieństwa wielkości wielkości wrażliwości złożonej standardowa X i x i c i u i (y) Tabela 1 (λ),9156, normalny 1, L,12,69 prostokątny 1,69,1,9 prostokątny 1,9 F,22,127 prostokątny 1,127 T,32,185 prostokątny 1,185 (λ ),9156, 3

niejednorodnością materiału, z którego wykonano filtr, odstępstwem od równoległości płaszczyzn i płaskości filtru. Także osoba wykonująca pomiar może spowodować błędy np.

4 4. WYNIKI POMIARÓW Zestawianie przykładowych wyników pomiarów dla neutralnych filtrów wzorcowych G-343-IV Tabela 2 ługość 436 G-343-I,9156,9155,7713, G-343-II,6338,6338,5246, G-343-III,3132,3146,2442, G-343-IV,1731,1727,1397,1393 OUM GUM OUM GUM (λ ) Niepewność rozszerzona,47,41,47,34,34,29,34,27 Zestawianie przykładowych wyników pomiarów dla napylanych filtrów wzorcowych KCC-2 nr 84 Tabela 3 ługość OUM PTB GUM OUM PTB GUM ( λ ) Niepewność rozszerzona 9,843,86 -,34,28-5,1393,1398 -,34, - KCC-2,1886,1892 -,34,31-3 nr 84 filtr,212,2138,2154,34,32 C2,22,26,2323,37,32 275,2381,2383,2398,37,32,76,3238,32,3261,37,35 Zestawianie przykładowych wyników pomiarów dla ciekłych filtrów wzorcowych PC Tabela 4 * - do wyników otrzymanych w laboratorium tarna (pomiary względem próbki BLANK) dodano wartości gęstości optycznej widmowego współczynnika przepuszczania próbki BLANK dla określonych długości fal zmierzonych względem powietrza w OUM ** - niepewności otrzymane w laboratorium tarna dla pomiarów gęstości optycznej widmowego współczynnika przepuszczania ww. filtrów ciekłych względem próbki BLANK 5. POUMOWANIE Porównując wyniki uzyskane w czterech niezależnych laboratoriach wzorcujących stwierdzono, że uzyskane wartości widmowego współczynnika przepuszczania i/lub gęstości optycznej widmowego współczynnika przepuszczania różnią się od siebie nieznacznie i są mniejsze od wartości niepewności uzyskanych przez każde laboratorium. W przypadku niepewności rozszerzonych, każde laboratorium 4 ługość OUM TARNA* GUM OUM TARNA** GUM (λ) Niepewność rozszerzona 3 PC,25,2528,2528, mg/l,1383,1373,1384,37 257,3344,3336,3344,37,13,2995,8,37 3 PC 1,985 1,996 1,979, mg/l,5183,5192,5195, ,4838 1,4861 1,4851,61 1,2922 1,2935 1,292,61,37,29,68,7

wzorcowych KCC-2 nr 84 Tabela 3 ługość OUM PTB GUM OUM PTB GUM ( λ ) Niepewność rozszerzona 9,843,86 -,34,28-5,1393,1398 -,34, - KCC-2,1886,1892 -,34,31-3 nr 84 filtr,212,2138,2154,34,32

5 wzorcujące samo określa źródła błędów, które mają wpływ na wynik pomiarów. Oceny niepewności w poszczególnych laboratoriach wykazują często dość istotne różnice, które powinny być w miarę upływu czasu zmniejszane. Laboratorium wzorcujące OUM opierając się na przeanalizowanych wynikach potwierdza swoje kompetencje do wykonywania wiarygodnych wzorcowań widmowego współczynnika przepuszczania i gęstości optycznej widmowego współczynnika przepuszczania filtrów optycznych w zakresie widmowym (19 1) nm. Przedstawione powyżej wyniki uzyskano w ramach standardowego wzorcowania. 6. LITERATURA 1. Pietrzykowski J.: Precyzyjne pomiary widmowego współczynnika przepuszczania filtrów optycznych. Normalizacja nr 2-3, (1978). 2. NIT pecial Publication Glass Filters as a tandard Reference Material for pectrophotometry. election, Preparation, Certification, and Use of RM 9 and RM 19,

Laboratorium wzorcujące OUM opierając się na przeanalizowanych wynikach potwierdza swoje kompetencje do wykonywania wiarygodnych wzorcowań widmowego współczynnika przepuszczania i gęstości optycznej

Podobne dokumenty

Słowa kluczowe: wzorcowanie, spektrofotometria, widmowy współczynnik przepuszczania, wzorce neutralne, wzorce napylane, wzorce ciekłe

Słowa kluczowe: wzorcowanie, spektrofotometria, widmowy współczynnik przepuszczania, wzorce neutralne, wzorce napylane, wzorce ciekłe Agnieszka CHRZĄSTEK Justyna KAŁUŻA ANALIZA WYNIKÓW WZORCOWANIA WZORCÓW WIDMOWEGO WSPÓŁCZYNNIKA PRZEPUSZCZANIA I GĘSTOŚCI OPTYCZNEJ WIDMOWEGO WSPÓŁCZYNNIKA PRZEPUSZCZANIA Z UŻYCIEM FILTRÓW NEUTRALNYCH,