Příklady výsledků kalibračních měření se záznamem a vyhodnocením dat pomocí PC
Výsledky kalibračních měření ve zkumavkách
Moderní zákalometry, podobně jako fotometry i jiné měřící přístroje jsou vybaveny systémy automatického záznamu a vyhodnocování měřených dat. Mezi funkčně i didakticky nejjednodušší a v neposlední řadě i ekonomicky nejdostupnější patří automatické snímání a vyhodnocování měřených signálů pomocí standardních osobních počítačů, opatřených kartou analogově-digitálních převodníků (tzv. AD/DA karta). Mimo jiné, tyto převodníky dávají k dispozici i signály pro případné další řízení měřícího procesu (přepínání rozsahů, stabilizace teploty či dalších parametrů měření atp.). V neposlední řadě umožňují účinnou modernizaci resp. automatizaci analogových měřících přístrojů starší konstrukce, což je zvláště výhodné pro praktickou školní výuku jak z hlediska metodicko-didaktického tak i ekonomického. Posledně zmíněné důvody byly rovněž rozhodující při volbě konstrukce automatického přístroje pro praktickou výuku základů měření zákalu kapalin na bázi výše popsaného "ručního" zákalometru MMZP 93
Níže uvedené příklady kalibračních měření se týkají citovaného modelu analogového zákalového fotometru, automatizovaného pomocí standardního osobního počítače typu IBM PC třídy 386 a vyšší, opatřeného nenákladnou převodníkovou AD/DA kartou (viz obr. 2b). Na rozdíl od časově multiplexovaného svodu dvou fotometrických signálů do jednoho měřícího a ukazovacího přístroje ve výše popsaných kalibracích "manuálního" analogového zákalometru v uspořádání dle obr. 2a je v automatizované verzi tohoto přístroje použito paralelní zpracování fotometrických signálů ze dvou nezávislých optických kanálů N a T, jak je patrno ze schematu na obr. 2b.
Automatizace snímání a vyhodnocování měřených dat podstatně rozšiřuje možnosti využití zákalometrů zejména do oblastí biofyziky, biochemie, farmaceutického a potravinářského resp. nápojového průmyslu, kde se obvykle měří a vyhodnocují velké série kapalných vzorků v běžných tj. poměrně opticky nehomogenních chemických zkumavkách. Z těchto důvodů jsou níže uvedené příklady výsledků věnovány kalibračním měřením zákalu kapalin v univerzálních chemických zkumavkách pomocí zákalometru opatřeného příslušným středícím držákem na komerční chemické zkumavky případně i jiné typy zákaloměrných nádob v sestavě ukázané na obrázku.
Výsledky kalibračních měření ve zkumavkách
Při popisu výsledků kalibračních měření je postupováno v pořadí metodických kroků (a) až (g) s tím, že krok (a) - zapojení přístrojů k měření je ilustrován pomocí přehledného schematu na obr. 9 a metodika záznamu dat resp. měřícího software je stručně uvedena v příloze.
b) Sledování stability signálů fotometrické přenosové cesty celého měřícího systému je ukázáno pomocí dvou příkladů. Na obr.10a, resp. zvětšeném obr. 10b je uveden průběh časové závislosti signálů při průchodu svazků měřící komorou naplněnou "vzduchem" běžné laboratorní čistoty, na obr. 11a, resp. zvětšeném obr. 11b pak při osazení měřící komory středícím držákem zkumavek v imerzi destilované vody běžné laboratorní čistoty. Nefelometrický zákal je na ose y vynášen již v procentech 100 jednotek EBC (resp 400 ZFn) linearizované formazinové stupnice, získané níže pomocí metodického kroku (f). Z výsledků na obr. 10a, resp. zvětšeném obr. 10b a obr. 11a, resp. zvětšeném obr. 11b je zřejmé, že stabilita měřených hodnot zákalu v okolí nuly podstatně závisí na přítomnosti rozptylujících částic "laboratorního" prachu v plynné i kapalné náplni měřící komory. V těch časových úsecích, kdy v objemu svazku budícího světla, vymezeném zornými úhly transmisního a nefelometrického objektivu (tzv. interakční objem) jsou minimálně přítomny rozptylující částice prachu je krátkodobá stabilita systému lepší než 1 %.
(c) Kontrola úrovně hodnot zákalu použitého vzorku destilované vody jako nuly ZF (EBC) v jedné ze zvolených zkumavek je ilustrována pomocí grafu na obr. 12. Z tohoto a dalšího grafu na obr. 13a, resp. zvětšeném na obr. 13b je patrné, že krátkodobá i dlouhodobá stabilita nulové hodnoty zákalu použitého měřícího systému a vzorků vody opět kriticky závisí na přítomnosti prachových částic v měřené kapalině včetně kapaliny imerzní. V případě, že během měření je v interakčním objemu kapaliny minimum rozptylujících prachových částic, dosahují krátkodobé stability jednoprocentních hodnot v okolí zákalové nuly: ZR = (0,0180 ± 0,0002) EBC tj. 1,3 % pro naměřené hodnoty na obr. 12. Při rozlišovací schopnosti použitého vzorkovacího softwaru i hardwaru, která činí minimálně pět měřených desetiných míst v procentové stupnici, tj celkem sedm míst (0,00001 % viz např. graf na obr. 12), lze měřit malé zákaly kapalin s rozlišením 0,001 ZF resp. 0,00025 EBC.
(d) Při kontrole optických rozptylových vlastností použité serie 11 chemických zkumavek běžné komerční produkce byl rovněž pozorován značný vliv přítomnosti prachových částic laboratorního prostředí, které i při maximální pečlivosti pronikají jak do imerzní kapaliny v měřící komoře tak i do použité destilované vody, jak je názorně patrné z časových průběhů zákalu vzorků destilované vody v jednotlivých měřených zkumavkách. Proto pro vyhodnocení naměřených dat byly pro jednotlivé zkumavky použity minimální hodnoty změřeného zákalu. Bylo shledáno, že optické vlastnosti jednotlivých zkumavek se liší v rozmezí ± 5 % v okolí nulové hodnoty zákalu. Rovněž ovalita použitých zkumavek byla menší než několik procent střední hodnoty měřeného zákalu použité destilované vody (viz obr. 13a, resp. zvětšený obr. 13b). Jak je patrno z obr. 13a, resp. zvětšeného obr. 13b lze zkumavky z měřeného souboru použít bez ohledu na označení pro měření zákalů s rozlišením 0,01 EBC resp. 0,04 ZF.
(e) Výběr měřících nádob pro měření větší serie vzorků je určen výsledky měření serie použitých zkumavek 1 až 11 pomocí hodnot minima zákalu pro pracovní destilovanou vodu uvedených v tab. 2, kde je rovněž vyhodnocen metodický krok (d). Pro požadovanou přesnost měření vyhovují všechny uvedené zkumavky s vyjímkou zkumavky č.10. Z toho plyne, že kalibraci měřícího systému postačí provést pro jednu zkumavku z celé série, např. pro zkumavku č. 1.
f) Kalibrace a tvorba kalibrační stupnice pro vybranou měřící zkumavku č. 1 byla provedena inkrementální metodou v intervalu zákalů 0 až 220 EBC resp. 880 ZFn. Primární naměřené hodnoty v nefelometrických jednotkách ZFn popř. EBC jsou uvedeny v tab. 5.a. Dále jsou na obr. 14a vyneseny grafy pro relativní nefelometrický zákal ZRN = UN / UT v závislosti na koncentraci standardní formazinové suspenze a na obr. 14b je výřez pro interval 0 - 20 EBC. Pro větší názornou přesnost jsou naměřená data zpracována dle následujícího postupu: Např. v programu MS EXCEL je možno vynést naměřené hodnoty do bodového grafu. Body grafu jsou proloženy polynomickými funkcemi a koeficienty polynomických funkcí jsou vloženy do souboru v měřícím programu dle návodu. Přístroj je tak nakalibrován a na obrazovce počítače je při měření zobrazena hodnota zákalu v jednotkách EBC popř. ZFn.
(g) Stanovení chyby měření resp. kalibrace a velikosti tzv. přesvitů tj. nenulové hodnoty relativního přístrojového zákalu pro ideálně čirou vodu v daném měřícím uspořádání je definováno vztahem: Přesvit Zp (%) = ZR(0 ZF resp. EBC)/ ( ZR (1 ZF resp. EBC) - ZR (0 ZF resp. EBC) Pro zkumavky byla vypočtena hodnota přesvitu 1,9 %.