JJF1563-2016 色谱数据工作站校准规范解读

1JJF1563-2016色谱数据工作站校准规范解读一、色谱数据工作站简介色谱分析技术是应用在生命科学、环境科学、材料科学、食品科学、医药、法庭科学、石油化工等领域的重要方法和手段，主要包括气相色谱、液相色谱、离子色谱、薄层色谱、凝胶色谱等，通常由色谱数据工作站来完成数据的实时采集、处理、分析运算，并表达成特定的待测量以及结果显示等。色谱数据工作站由色谱数据采集器以及运行在计算机上的色谱数据处理软件构成，集成了数据采集系统、A/D转换系统、接口、计算机处理系统等模块，其具体工作过程是:数据采集系统接收色谱仪检测器的输出信号，对其进行放大、滤波后，经过A/D转换系统转换成数字信号，通过接口传送到计算机处理系统，数据处理软件读取数据，根据色谱仪设定的量程将数据量化为电压值，然后在数据采集界面上对时间作图，得到色谱图，再进行色谱峰判别和组分分析，找到峰起点、顶点、落点，求出色谱峰的保留时间、峰高、峰面积等信息，从保留时间进行组分的定性推断，从峰面积(峰高)依据定量方法计算得到组分的定量结果。二、JJF1563-2016制定的必要性和意义色谱仪作为实验室中常用的分析仪器，已有相应的国家计量检定规程保证测量准确，而色谱数据工作站作为分析结果处理的最后一环，却缺乏校准和计量保证。色谱分析结果最初由记录仪记录图谱，剪纸称重测量，人为误差极大，发展到积分仪和数据工作站阶段，通过采用先进的电路设计和计算机系统软件技术准确性大大提高，如何保证色谱仪分析数据采集系统软件和硬件的性能和质量，仍然是分析工作者十分关注的问题。为此，各国制定了相关标准，我国于2010年制定并实施了GB/T25478-2010色谱数据工作站，用于指导色谱仪数据工作站的质量性能。在认证认可活动中，对于测试设备所用硬件和软件的验证，也有相应要求，我国国内色谱数据工作站型号众多，虽然执行采集数据、处理数据、报告结果等功能相同，但是执行的方式各有不同，不同的色谱数据工作站采用各自的数据处理和积分算法，经有关实验比对，其分析结果存在明显差异，缺乏一致性。为保证最终分析结果的准确性，有必要对色谱数据工作站的测量结果进行校准。JJF1563-2016的制定，确立了具有溯源保证的校准装置及其溯源途径和方法，规定了色谱数据工作站的校准项目和校准方法，保证了色谱分析数据的准确、可比、可溯源，满足了社会需求和国家相关技术标准的要求，为保证相关领域向社会提供更准确的测量和服务奠定了计量技术基础。JJF1563-2016色谱数据工作站校准规范于2016年6月27日批准，2016年9月27日实施。三、JJF1563-2016的主要内容及重点解读1.适用范围JJF1563-2016适用于液相色谱仪、气相色谱仪、离子色谱仪的具有模拟接口的色谱数据工作站的校准。其他类型的色谱数据工作站的校准可参照JJF1563-2016进行。基于数字信号通信2的内置式工作站，不在此范围内。2.计量特性对一台色谱数据工作站的校准，应包括其硬件质量和软件功能，主要为:(1)采集数据的真实性；(2)保留时间应准确；(3)对各种色谱峰的识别正确；(4)峰面积的求积误差和线性应准确；(5)测量的重复性。采集数据的计算和结果均依赖于上述内容，因此，色谱数据工作站的主要计量性能为:采样频率、基线噪声与漂移、时间间隔误差与重复性、电压示值误差与重复性、动态线性、定性重复性与定量重复性、定量误差等计量特性。(1)采样频率采集色谱数据，可以用几个采样点/秒，也可以用几十个点/秒，采样频率越高，数据点越多，越能反映谱图的微小变化，如果频率过低，会丢失小峰和峰尖，但过高的频率占用内存也大，影响数据处理能力。在色谱分析中，通常认为一个色谱峰采集的数据点应该不少于15个才能够获得相对准确的峰高和峰面积数据。实际中，液相色谱和填充柱气相色谱的峰宽一般为5秒(50个数据点)以上，即10Hz，对于毛细管气相色谱要(2040)Hz，对于快速的毛细管色谱，采样频率要在50Hz以上才能得到正确的色谱图。复杂的色谱分析往往要大于20Hz，部分工作站设定不同采样频率(如10Hz和40Hz)选项，但采集谱图数据结果一样，因而需要校准此项。通过计算两次数据采集的时间差的倒数可以得出采样频率。(2)基线噪声与基线漂移基线平稳是分析仪器开展分析的前提条件和基本保证，是仪器滤波和数据降噪技术的综合体现。作为数据采集的色谱工作站的基线噪声和漂移应该低于色谱仪器本身，避免影响测量结果，在JJF1563-2016中参照采用了美国材料与试验协会(ASTM)标准中基线噪声和漂移的测试方法，部分工作站软件自带测试基线的功能，采用的也是这种计算方法。(3)时间间隔误差及重复性时间间隔是用于确定保留时间和参与计算峰面积的重要参数，色谱分析中，保留时间常作为定性判断的依据，峰面积则作为定量的依据。测试方法为用秒表计时，GB/T25478-2010中的测试时间为1小时，不同于生产过程的考察，校准时的测试时间为10分钟。(4)电压示值误差及重复性色谱数据工作站将采集到的检测器的信号通过数模转换成数字信号，将数字信号输入计量机系统，还原为电压，数模转换精度、硬件的电路设计，软件采用的滤波技术和方法对数字的还原都有影响。线性范围内，电压对应的是色谱峰的峰高，峰高也参与峰面积的计算，可以说，峰高测量是定量的基础。因此，工作站电压的准确性和重复性是关键指标，校准时通过标准直流电压源对工作站输入标准电压信号即可进行校准。(5)动态线性线性是采集器响应色谱仪信号能力的衡量，工作站具有良好线性是保证色谱分析线性的基础，同时线性好坏也与数据处理的正确性、重现性有关。用色谱信号发生器向色谱数据工作站输入系列电压阶梯信号，将输入信号与工作站采集信号作线性回归并计算相关系数r。(6)定性重复性与定量重复性3用色谱信号发生器所提供的满量程30%处的色谱峰进行测试，连续测试七次，记录色谱峰的保留时间、峰面积和峰高，保留时间七次测量结果的相对标准偏差为定性重复性；峰面积和峰高7次测量结果的相对标准偏差为定量重复性。重复性是测量物质得到准确分析的基础。(7)定量误差不同型号工作站的自动判峰、手动积分等算法不一样，对峰起点和终点判别和小峰、基线的处理也不尽相同，工作站提供多种定量方法，在JJF1563-2016中考查使用归一法确定组分含量百分比的准确性，由色谱信号发生器提供一组峰面积百分比为5%、15%、45%、25%、10%的色谱峰，输入工作站并检测3次，用工作站软件计算峰面积百分比，计算其平均值与色谱信号发生器提供的峰面积百分比标准值的相对误差，为定量误差。此项考查软件的积分计算功能的准确性，同时衡量测量结果在不同百分比范围内的误差。四、执行中应注意的问题1.色谱数据工作站提供的数据文件格式各不相同，随着监管及数据交换的需要，这些数据应该能够互相交换与识别。如国家药典委员会要求中药色谱指纹图谱要导入电子标准图谱及其相似度评价软件系统中进行评价。现在的色谱数据工作站基本上都能提供基于ASCII码的文本格式文件(如*.txt文件、*.csv文件、*.arw文件、*.asc文件)或基于NetCDF协议的AIA格式文件(如*.cdf文件)，校准时需要导出这些数据，具体操作方式可参考色谱数据工作站使用说明。2.色谱数据工作站图形界面的谱图上的纵坐标可在软件中选择电压或相应的检测器参数。校准时可直接选择电压为纵坐标，或按其满量程单位转换为电压后进行测试，由于各自量程不同，校准时应注意在其量程内选择测量参数进行测量。3.色谱定量法很多，有归一法、内标法、外标法、指数计算法等。JJF1563-2016选择了最常用的归一法。色谱数