Kurz gesagt: Eine exakte Kalibriergaskonzentration ist nie nur eine Angabe im Datenblatt. Sie ist das Ergebnis einer überprüften Kette: Jeder Massendurchflussregler (MFC) wird einzeln gegen eine NIST-zertifizierte Referenz auf Durchfluss kalibriert, das Ausgangsgas des Verdünners wird analytisch mit einem validierten Analysator geprüft, und das Ergebnis wird mit einer zertifizierten Gasflasche gleicher Konzentration gegengeprüft. Jedes Glied dieser Kette muss halten, und zwar über die gesamte Lebensdauer des Geräts.
Wie viel Vertrauen man auch in ein Gerät setzen mag: Bei Kalibriermitteln reicht Vertrauen allein nicht aus. „Exakte Konzentration“ ist eigentlich eine Kurzform für die Genauigkeit der Kalibriergaskonzentration, und Genauigkeit muss man nachweisen, nicht voraussetzen.
Das Gerät, das das Kalibriergas erzeugt, muss so konzipiert, entwickelt und gefertigt sein, dass es schon ab Werk genau arbeitet. Das ist notwendig, reicht aber allein nicht aus. Die Genauigkeit muss über die gesamte Lebensdauer des Geräts nachgewiesen, geprüft und verifiziert werden, und irgendwann kann eine Korrektur erforderlich sein. Jeder Schritt, von der Fertigung über die Endprüfung bis zum laufenden Einsatz, muss denselben Regeln folgen.
Welche Technologie steckt hinter der bedarfsgerechten Erzeugung von Kalibriergasen?
Die Gase werden vor Ort und bei Bedarf hergestellt, indem Reingase oder konzentrierte zertifizierte Kalibriergase mithilfe von Massendurchflussreglern (MFCs) gemischt und/oder verdünnt werden, nach dem Verfahren der ISO 6145-7.
Die Endkonzentration ist nur so gut wie die Durchflusswerte der gemischten Gase. Der Mischvorgang selbst muss zudem effizient sein und darf die Analyten bzw. Verbindungen bis zum Übergabepunkt nicht verändern.
Wie wird die Durchflussgenauigkeit jedes MFC sichergestellt?
Die Durchflussgenauigkeit wird durch ein eigenes MFC-Kalibrierverfahren sichergestellt. Jeder MFC wird mit genau dem Gas oder Gasgemisch kalibriert, mit dem er später betrieben wird, ob Reingas oder bestehendes Gemisch. Dazu wird der Durchfluss mit einem NIST-zertifizierten volumetrischen Durchflussmesser gemessen, über bis zu 400 Durchfluss-Sollwerte, für jedes Gas und jeden MFC.
Wie wird das Ausgangsgas des Verdünners analytisch verifiziert?
Auf die metrologische Kalibrierung folgt eine analytische Verifizierung. Die kalibrierten MFCs erzeugen ein Kalibriergas, das einem validierten Analysator zugeführt wird, und die gemessenen Werte werden mit den erwarteten Werten verglichen. Im Idealfall beträgt die Steigung dieser Kurve 1,0.
Zertifizierte primäre Gasstandards, gravimetrisch hergestellt, dienen dazu, die Leistung des Verdünners an einer unabhängigen Referenz zu messen.
Wie wird ein Verdünner gegen einen zertifizierten Standard gegengeprüft?
Im letzten Schritt der Gegenprüfung werden zwei Kalibriergase in derselben Sequenz auf denselben Analysator aufgegeben:
- eines aus einer zertifizierten Gasflasche,
- das andere mit derselben Nennkonzentration, vom Verdünner aus einem konzentrierten zertifizierten Gas erzeugt.
Die beiden Konzentrationswerte müssen innerhalb einer akzeptablen, vorab festgelegten Fehlergrenze übereinstimmen.
Die folgende Tabelle zeigt ein reales Beispiel einer solchen Gegenprüfung: drei wiederholte Injektionen bei einer Sollkonzentration des Standards von 794,1 ppm, verglichen mit der vom Verdünner berechneten Konzentration, mit der relativen Abweichung für jeden Durchlauf.
Mit welcher Fehlergrenze ist zu rechnen?
„Übereinstimmende Konzentrationen“ ist eine nützliche, aber keine präzise Kurzformel, denn zwei unabhängig erzeugte Konzentrationen decken sich nie exakt. Je nach Gerät, beteiligten Verbindungen, Verdünnungsverhältnis, Länge der Probenleitung und weiteren Faktoren legt ein gut geführtes Qualitätsverfahren eine akzeptable Fehlergrenze fest, typischerweise im Bereich von 0,1 % bis 2 % der Zielkonzentration.
| Sollwert Standard (ppm) | 794,1 | 794,1 | 794,1 |
| Mittelwert (mV) | 1571,8 | 1573,7 | 1573,0 |
| Berechnete Konzentration (ppm) | 798,9 | 799,9 | 799,5 |
| Relative Abweichung (%) | 0,6 | 0,7 | 0,7 |
FAQ
Welche Norm regelt dieses Verdünnungsverfahren?
Die ISO 6145-7, das Referenzverfahren zur Herstellung von Kalibriergasgemischen mit Strömungsteilungsverfahren (dynamische Verfahren mit Kapillaren oder kritischen Düsen bzw. MFCs).
Ist ein Gasverdünner so genau wie eine zertifizierte Gasflasche?
Er kann eine zertifizierte Gasflasche innerhalb einer festgelegten Fehlergrenze erreichen. Das muss jedoch für Ihre konkrete Anwendung nachgewiesen werden, durch MFC-Kalibrierung, analytische Verifizierung und eine direkte Gegenprüfung mit einem zertifizierten Standard, und darf nicht allein aus dem Datenblatt abgeleitet werden.
Wie oft sollte die Genauigkeit erneut überprüft werden?
Die Genauigkeit sollte über die gesamte Lebensdauer des Geräts geprüft und verifiziert werden, nicht nur bei der Inbetriebnahme. Irgendwann kann eine Korrektur nötig sein, und die Kette aus Fertigung, Prüfung und Einsatz sollte im Rahmen Ihres Qualitätsverfahrens regelmäßig neu validiert werden.
