ОСНОВЫ МЕТОДА КАЛИБРОВОЧНОГО ГРАФИКА

Калибровочные графики используются только в физических и физико-химических методах анализа. На фоне победных реляций физиков-теоретиков об успешном описании физических и физико-химических процессов возникает вопрос: если все так хорошо изучено, то зачем вообще нужны калибровочные графики? Они нужны для того, чтобы учесть все факторы, влияющие на процесс анализа, которые теоретически учесть довольно трудно. К факторам такого рода можно отнести сложную кинетику химической реакции, аномальные константы равновесия, коэффициенты активности т.п. Из этого следует, что легче построить калибровочный график, чем заниматься утомительными поправками к теоретическим прогнозам.

Принцип построения калибровочного графика несложен. Готовятся несколько стандартных растворов (5-6 растворов, реже меньше 4) с известным содержанием определяемого вещества. В каждом стандартном растворе измеряется аналитический сигнал прибором, который используется в данном виде анализа. По результатам измерений строится график в координатах аналитический сигнал – содержание вещества в стандартном растворе. Построенный график является калибровочным. Далее все становится еще проще: проводятся измерения в анализируемом растворе, в котором следует узнать концентрацию определяемого вещества. Получив величину аналитического сигнала, с помощью калибровочного графика, находится концентрация, которая соответствует этому сигналу. На этом процедура анализа считается завершенной.

Простота простотой, но надо разъяснить некоторые технические детали построения калибровочного графика. Когда говорят о калибровочном графике, то всегда (за малым исключением) подразумевают прямую линию. Прямая линия является либо естественной функцией аналитического сигнала от концентрации, либо экспериментальные данные подвергаются линеаризации, чтобы в итоге калибровка стала прямой. Отсюда возникает вопрос: а почему калибровка должна быть представлена в виде прямой? В наше время, когда компьютер стоит на каждом столе, не слишком ли примитивно строить прямые? Тут дело обстоит не столько в математической обработке результатов, сколько в потребности лишний раз убедиться в том, что калибровочная прямая подтверждает ожидаемый физико-химический закон. Оценку этого легче проводить по параметрам прямой, чем по виду кривой линии. Таким образом, если при построении калибровочной прямой мы лишний раз убеждаемся, что это действительно прямая, то со спокойной совестью мы можем констатировать ожидаемое течение реакции и нормальное функционирование прибора.

Приведем пример построения калибровки для спектрофотометрического метода анализа.
Оптическая плотность окрашенных растворов находится в линейной зависимости от концентрации окрашенного вещества в растворе. Об этом свидетельствует  закон Бугера-Ламберта-Бера:

где

A - оптическая плотность;

ε – молярный коэффициент погашения;

C – молярная концентрация раствора, моль/л;

l – толщина кюветы, см.

Отсюда вывод о виде калибровочного графика отсюда однозначен: график должен быть прямой линией и исходить из нуля.
Действительность же приносит сюрпризы. Во-первых, калибровки часто не исходят из нуля. Во-вторых, калибровочный график имеет концентрационные пределы линейности. Со второй особенностью разбираться можно долго и безрезультатно, поэтому примем этот факт и смиримся с ним, используя только линейную область калибровки. С  первым сюрпризом дело обстоит несколько проще. Причин, которые мешают исходить калибровочной прямой из нуля обычно две. Первая причина несерьезна и легко устранима. Она состоит в том, что кюветы имеют чуть разные размеры или дефекты стекла. Разность эта невелика и может достигать 0,001-0,002 единиц  оптической плотности. Измерить эту разность несложно, достаточно залить в кюветы фоновый раствор, не содержащий анализируемого вещества, и измерить оптическую плотность растворов друг относительно друга.

Если же калибровочная прямая не исходит из нуля на более значительную величину, чем предполагает разность размеров кювет, то может идти речь о частичном разложении реактива, который вызывает окраску раствора с определяемым веществом. Иными словами, в результате разложения реактива образуется небольшое количество вещества, которое  вступает в реакцию с определяемым веществом. Конечно, можно закрыть на это глаза, но лучше этого не делать и подвергнуть реактив очистке. Зачем это нужно? А  делать это нужно для того, чтобы исключить побочные реакции, которые существенно снижают надежность последующих анализов.

Существует еще одно правило, которое следует неукоснительно соблюдать: не производить аналитические определения за пределами калибровочного графика. Это ни к чему хорошему не приводит, так как есть большой риск получения большой систематической ошибки. Но тут есть радующее душу исключение. Если калибровочная прямая исходит из нуля (если она теоретически должна из него исходить), то можно производить определения ниже нижней границы калибровки. Если же прямая должна исходить из нуля, но она из него не исходит, то риск ошибиться при определении малых концентраций вещества неизбежно многократно возрастает!

Тогда закономерно возникает вопрос: а что делать, если концентрация в анализируемой пробе находится за границами калибровочного графика? Ответ будет незатейлив: берите меньшую аликвоту для анализа пробы  с высоким содержанием вещества и концентрируйте пробу для анализа с малым содержанием определяемого компонента.