Etalonnage / vérification v des balances et des spectrophotomètres tres 1
Définitions Etalonnage (traduction française de calibration) Ensemble des opérations établissant, dans des conditions spécifiées, la relation entre : - les valeurs de la grandeur indiquées par un appareil de mesure ou un système de mesure, ou les valeurs représentées par une mesure matérialisée ou par un matériau de référence, - et les valeurs correspondantes de la grandeur réalisées par des étalons Etalon Mesure matérialisée, appareil de mesure (ampèremètre étalon), matériau de référence (étalon de masse de 1 kg) ou système de mesure destiné à définir, réaliser, conserver ou reproduire une unité ou une ou plusieurs valeurs d une grandeur pour servir de référence. 2
Remarque En l absence d étalons raccordés avec des matériaux de référence certifiés (ex : étalon de glucose) : préférer le terme calibrage Matériau ou substance dont une ou plusieurs valeur(s) de la (des) propriété(s) est (sont) suffisamment homogène(s) et bien définie(s) pour permettre de l utiliser pour l étalonnage d un appareil, l évaluation d une méthode de mesure ou l attribution de valeurs aux matériaux et qui est accompagné d un certificat dont une (ou plusieurs) valeur(s) de la (ou des) propriété(s) est (sont certifiée(s) par une procédure qui établit son raccordement à une réalisation exacte de l unité. 3
Qu est ce qu un étalonnage? Action permettant d indiquer : les écarts par rapport aux valeurs nominales de l étalon les incertitudes de mesure correspondantes Valeur vraie = valeur mesurée écart. 4
Les diverses catégories Comment faire un modèle de présentation??? Étalon national : d étalons Étalon primaire reconnu par une décision nationale, dans un pays, pour servir de base à l'attribution de valeurs aux autres étalons de la grandeur concernée. Étalon secondaire : Étalon dont la valeur est établie par comparaison à un étalon primaire de la même grandeur. Étalon de référence : Étalon, en général de la plus haute qualité métrologique disponible en un lieu donné ou dans une organisation donnée, dont dérivent les mesurages qui y sont faits. Étalon de travail : Étalon qui est utilisé couramment pour étalonner ou contrôler des s mesures matérialisées, des appareils de mesure ou des matériaux de référence. 5
Étalon de transfert : Étalon utilisé comme intermédiaire pour comparer entre eux des étalons de référence : étalon, en général de la plus haute qualité 6
La chaîne d étalonnage Laboratoires nationaux de métrologie (LNM) et laboratoires associés au BNM - détention des étalons primaires (étalons de référence nationaux) - développement, amélioration, maintien et exploitation des étalons de référence et de transfert (1 ère étape de la chaîne d étalonnage) Laboratoires d étalonnage accrédités COFRAC (ou non accrédités) - détention d étalons de référence dits étalons secondaires (étalonnés par rapport aux étalons primaires) - raccordement des instruments de mesure des laboratoires, des entreprises aux étalons nationaux Laboratoires de métrologie d entreprise - détention d étalons de référence de bonne qualité métrologique étalonnés par rapport aux étalons de référence - raccordement des instruments de mesure des laboratoires, des entreprises aux étalons nationaux laboratoires, des entreprises aux étalons nationaux 7
1- Etalonnage / vérification des balances 8
Documents utiles «Exigences spécifiques relatives à l étalonnage d instruments de pesage..à fonctionnement non automatique» à télécharger sur le site du COFRAC http://www.cofrac.fr/doc (rubrique étalonnage) Site http//ibph.pharma.univ- montp1.fr/equalité equalité/documents/ /documents/fiabilit%e9 %20G%20Calchera%20Verification_balan ce_1pdf 9
Documents utiles (suite) Vérification des instruments de pesage à fonctionnement non automatique : fascicule documentaire FDX 07 017-1 (publication décembre 1995) Etalonnage des instruments de pesage à fonctionnement non automatique : fascicule documentaire FDX 07 017-2 (publication décembre 1995) 10
Un Comment faire un modèle de présentation??? peu de vocabulaire Portée maximale (Max) Valeur de pesage maximale, compte non tenu de la capacité additive de la tare Portée minimale (Min) Valeur de la charge en dessous de laquelle les pesées peuvent être entachées d une erreur trop importante Echelon réel d Différence entre les valeurs correspondant à deux repères consécutifs pour une indication analogique ou la différence entre deux indications consécutives pour une indication numérique Echelon de vérification e Valeur exprimée, en unités légales de masse, de l échelon réel ou o conventionnel Utilisation pour la classification et la vérification de la balance e = 10. d pour les balances électroniques Nombre d échelons de vérification n Quotient de la portée maximale par l échelon de vérification n = Max / e 11
Intérêt de l étalonnage - Comparer la valeur de la grandeur indiquée par la balance et la valeur correspondante de masses étalons et donc déterminer des erreurs d indications de l instrument de pesage et des incertitudes associées - Déterminer l incertitude de l instrument de pesage en fonction des valeurs des masses pesées Intérêt de la vérification S assurer que les écarts entre les valeurs indiquées par un appareil et les valeurs connues correspondantes d une grandeur mesurée sont tous inférieurs aux erreurs maximales tolérées (EMT) 12
- L'étalonnage permet de quantifier l'erreur de la balance en un point, ou sur toute son étendue de mesure ( courbe d'étalonnage ), pour appliquer des corrections. => Maîtrise du processus de mesure - Mise en conformité dans le cadre d'une démarche qualité ( ISO9001-2000, ISO 17025, ISO 15189 ) 13
Caractéristique des masses Comment faire un modèle présentation??? étalons (servant à l étalonnage et à la vérification) Masses étalons conformes à la recommandation N 33 de l Office International de Métrologie Légale de masse volumique de 8,000 g/ml (8 000 kg/m 3 ),, à température de 20 C et dans un air ambiant de masse volumique conventionnellement choisie à 1,2 kg/m 3. Conséquence : la valeur de mesure brute affichée par une balance n est pas exactement la masse vraie,, mais une masse que l on appelle la masse conventionnelle du corps pesé. 14
Calcul de la masse vraie à partir de la masse conventionnelle mesurée à condition de connaître la masse volumique du produit à peser, la masse volumique de l air m pour les masses (X = corps à peser) et ρ pour les masses volumiques (air ; étalon). 15
Écarts entre mas s e vraie et mas s e conventionnelle pour des pes ées d'un corps X de mas s e volumique donnée On suppose que les étalonnages utilisent des masses de masse volumique conventionnelle (8 000 kg/m 3 ) et que la température est constante (20 C) avec une masse volumique d'air ambiant à 1,2 kg/m 3. masse volumique du corps à peser en masse conventionnelle obtenue masse vraie kg/m 3 250 1,0000 1,0047 500 1,0000 1,0023 1 000 1,0000 1,0011 2 000 1,0000 1,00045 4 000 1,00000 1,00015 8 000 1,00000 1,00000 16 000 1,000000 0,999925 En pratique, la correction du biais n'es t utile que s i ρ X es t très éloigné de 8 000 kg/m 3 et pour des incertitudes relatives meilleures que 10-3. 16
Les classes de tolérance des masses d étalonnage Les classes Comment de faire un tolérance modèle de présentation des masses??? 7 classes définies par l organisation internationale de métrologie légale (OIML) : E1 :classe la plus haute. Ce sont les poids étalons, utilisés surtout ut par les instituts de la métrologie. Ils assurent la traçabilité entre les étalons de masse nationaux et servent pour la vérification des poids de classe E2 et inférieures. E2 : classe des poids de calibrage les plus précis, adaptés aux balances ances d analyse haute résolution(i). Ils servent aussi pour la vérification des poids F1. F1 : poids de calibrage pour les balances d analyse (I) et pour la vérification des poids F2. F2 : poids de calibrage pour les balances de très haute précision (II)( et pour la vérification des poids M1 et M2. M1 : poids de précision utilisés pour des balances de précision (II) ) et pour la vérification des poids M2 M2 : poids de calibrage pour les balances de classe (III) et pour la l vérification des poids M3. 17 M3 : poids commerciaux pour les balances de classe (III) et (IV).
Tous les poids de contrôle doivent être conformes aux normes ISO par leurs qualités métrologiques et par leur traçabilité,, et sont livrés avec un certificat du Laboratoire National d Essai et du Laboratoire de Métrologie d Ivry 18
Les balances de précision possèdent une touche de «calibration» : touche qui permet un ajustage automatique (et non un étalonnage) permettant : - de s affranchir des variations de masse volumique de l air de la température.. - donc de mettre la balance dans ces conditions d utilisation optimale Conséquences Nécessité de réaliser chaque jour,, en début d emploi, cet ajustage interne Opération destinée à amener un instrument à un état de fonctionnement correspondant à son utilisation 19
Exigences Comment des faire un Bonnes modèle de présentation pratiques??? et des normes Outre la «calibration» interne, - réalisation de contrôles ponctuels quotidiens - réalisation d une vérification au moins une fois par an 20
Contrôle ponctuel quotidien Démarche Mesurage de 2 étalons de travail dont les masses sont voisines de celles déterminées au cours des analyses réalisées avec enregistrement des résultats sur une carte graphique de contrôle sur laquelle sont reportées les EMT Remarque Valeurs extrêmes d une erreur tolérée par un règlement ou une spécification pour un instrument de mesure donné. Nécessité d étalonner, une fois par an, les étalons de référence en utilisant une balance vérifiée étalons de référence en utilisant une balance 21
Exemples d écarts maxima tolérés Comment faire un modèle de présentation??? pour l indication des masses étalons de classe E2 (valeurs définies dans la recommandation R 111 de l OIML OIML) Valeur nominale (g) EMT (en mg) 1 10 +/- 0,030 +/- 0,060 20 +/-0,080 50 100 +/-0,10 +/- 0, 15 22
Vérification Comment faire un modèle annuelle de présentation??? Qu est ce que la vérification? Définition : «confirmation par examen et apport de preuves tangibles que les exigences spécifiées ont été satisfaites» But de la vérification Ne cherche pas une connaissance intrinsèque de la balance Assure que les écarts entre les valeurs indiquées par la balance et les valeurs connues correspondantes des masses étalons utilisées sont tous inférieurs aux erreurs maximales tolérées Permet de déclarer si la balance est conforme ou non 23
Vérification de l'appareil de mesure Comment faire un modèle de présentation??? L'appareil répond-il aux spécifications de sa classe? O ui Affectation d'origine N on Réparation Ajustage O ui La réparation est elle possible et avantageuse? N on L'appareil répond-il aux spécifications d'une classe inférieure? O ui Déclassement Nouvelle Affectation Réforme N on Isolement 24
Vérification Comment faire un modèle annuelle de présentation :??? caractéristiques vérifiées Fidélité Essai, effectué en premier lieu, servant essentiellement à déterminer un niveau de qualité des indications de la balance et à juger a priori de la suite à donner aux essais. Justesse Connaissance de l erreur de justesse va conduire dans certains cas, à une correction systématique des résultats. un réétalonnage de la balance pour la supprimer si elle est supérieure aux tolérances. Excentration de charge Fluage : dérive sous charge Mobilité (si d>10mg) Aptitude à réagir à de petites variations de charges Aptitude de la balance à fournir des résultats concordants entre la valeur lue (indication de la balance) et la valeur vraie (poids étalon), en modifiant le point d'application d'une même charge sur le plateau. 25
Mode opératoire Comment faire de un vérification modèle de présentation de la balance??? : opérations préalables 1. S assurer que la balance est sous tension depuis plus de 30 minutes. m 2. Réaliser un nettoyage minutieux avec les outils appropriés (pinceau, éponge, chiffon...) 3. Utiliser des masses certifiées qui correspondent à la plage d utilisation de la balance que l on veut vérifier et les laisser se stabiliser r dans la pièce où doit être réalisée la vérification. 4. S assurer, pendant la durée de la vérification, que la balance e est dans de bonnes conditions d environnement : absence de courants d air,, de vibrations, de points de chaleur, stabilité du support, horizontalité (bulle de réglage). 5. Les masses doivent être manipulées avec précaution au moyen ded gants «précision». 26
Justesse Faire 5 à 10 mesures pour chaque masse étalon sans faire le zéro entre les 6 mesures de la même masse L écart entre la valeur moyenne et la valeur théorique doit être inférieure à l EMT pour la charge en question 27
Fidélité Mettre la balance à zéro au début de l essai Réaliser 5 à 10 mesures de deux charges (l une à environ 50% de la charge maxi, l autre proche de la valeur Max) Relever pour chaque pesée la valeur lue Calculer les écarts entre la valeur lue et la valeur vraie Calculer l écart écart-typetype de ces écarts et comparer à l écart écart-typetype toléré fourni par le fabricant 28
Travailler avec une masse d environ 1/3 de la portée maximale de la balance est utilisée Procéder à la tare de la balance Excentration Diviser le plateau en 4 parties approximativement égales 3 Positionner la masse choisie (50 g) au centre du plateau (point 1) et tarer à nouveau la balance 2 1 4 Réaliser 4 mesures correspondant aux points 2, 3, 4 et 5 du plateau circulaire sans tarer au centre entre 2mesures excentrées. 5 Calculer pour chaque position, l écart entre la valeur de la charge d essai et la valeur lue et comparer à l EMT 29
Comment Essai faire un modèle de présentation??? de fluage Mettre la balance à zéro au début de l essai. Choisir une valeur proche de Max. Déposer la charge au centre du plateau. Relever la valeur lue aussitôt après stabilisation, puis à 15 min, puis à 30 min et 4 heures. Calculer l écart entre la valeur obtenue au bout de 15 min et celle obtenue au bout de 30 min. Calculer l écart entre la valeur obtenue immédiatement après le dépôt de la charge et celle obtenue au bout de 30 min. Comparer à l EMT EMT. Si les conditions ne sont pas satisfaites, calculer l écart entre l indication obtenue immédiatement après le dépôt de la charge et celle obtenue au bout de 4 heures. Comparer à l EMT 30 S assurer que la température ne varie pas plus de 2 C pendant la durée de l essai.
Retour à zéro Choisir une valeur de charge proche de Max. Appliquer la charge pendant 30 minutes. Enlever la charge. Relever la valeur lue dès la stabilisation. Comparer aux tolérances. EMT 31
Exemple de feuille de vérification 32
2- Etalonnage / vérification des spectrophotomètres 33
Comment Préconisations faire un modèle de présentation??? S assurer que les résultats donnés par le spectrophotomètre correspondent toujours aux spécifications d origine Nécessité de : - disposer des spécifications techniques d origine du spectrophotomètre - disposer des tolérances de test spécifiques à chaque spectrophotomètre Remarque Ces données techniques se trouvent en général dans le manuel d utilisation ou sont disponibles auprès du service après vente. 34
Comment Vérification faire un modèle de présentation des??? spectrophotomètres Comment réaliser cette vérification? Possibilité de consulter le document de recommandations OIML pour les spectrophotomètres des laboratoires d analyses médicales A télécharger à http://www.oiml.org www.oiml.org/publications 35
Paramètres de base à vérifier L alignement optique L exactitude de longueur d onde L exactitude photométrique La répétabilité photométrique La linéarité de la réponse La lumière parasite 36
Vérification de Comment faire un l alignement modèle de présentation??? But optique Vérifier le centrage du faisceau optique S assurer que la forme et la taille du faisceau ne varient pas dans le temps Conséquences d un mauvais alignement optique Moins de lumière sur le monochromateur / l échantillon / le détecteur Plus faible intensité lumineuse / baisse de la sensibilité Effet accentué de la lumière parasite Moyens de vérification Papier photosensible Mire de contrôle 37
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2-1- Vérification de l exactitude de la longueur d onde 39
Vérification Comment faire un des modèle de longueurs présentation??? d onde Causes de l inexactitude des longueurs d onde Défaut du monochromateur ou mauvaise graduation de l échelle de lecture (défauts inhérents à l appareil) Absence de concordance entre le monochromateur et le système de lecture des longueurs d onde (erreur systématique) Manque de répétabilité des longueurs d onde (usure le plus souvent) 40
Vérification de l exactitude de longueur d onde But Filtres présentant des pics étroits à plusieurs longueurs d onde caractéristiques S assurer que la longueur d onde réelle correspond à la longueur d onde affichée (Si 560 nm est affiché est on réellement à 560nm?) Moyens Filtres étalons solides dans des verres - filtres au Didymium - Filtres d oxyde d holmium Filtres étalons liquides - filtres d Holmium (solutions de nitrate, perchlorate..) 41
Principaux Comment faire un modèle maxima de présentation??? d absorption Verres à l oxyde d holmium Solution de nitrate d holmium à 50 g/l 333,7 360,9 418,4 453,2 536,2 637,5 345,5 361,5 416,3 450,8 485,3 536,4 641,1 42
Vérification de la répétabilité des longueurs d onde Utilisation des mêmes moyens que pour la vérification de l exactitude mais avec répétition des mesures Calcul de la moyenne et de l écart écart-typetype Vérification que l écart écart-typetype est inférieur à 5nm 43
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2-2- Vérification de l exactitude photométrique (vérification des absorbances) 48
Vérification des absorbances Causes de l inexactitude des absorbances Mauvaise concordance entre le système de détection et le système de transcription Inexactitude du parcours optique de la cuve de mesure Défaut du système de positionnement de la cuve (manque de perpendicularité par rapport au faisceau circulant) Présence de lumière parasite Instabilité du courant électrique 49
Vérification Comment faire un de modèle l exactitude présentation??? But photométrique Filtres de densité affichant une absorbance spécifique à une longueur d onde donnée Moyens S assurer que l absorbance affichée correspond à l absorbance mesurée Filtres étalons solides Filtres de verres neutres Filtres étalons liquides Dichromate de potassium Sulfate de cobalt et d ammonium Nitrate de nickel 50
Solution Concentration Solvant Max d absorption Absorbance Dichromate de potassium 50 mg / L H 2 SO 4 0,01 N 350 0,535 Sulfate de cobalt et d ammonium 0,0250 M H 2 SO 4 1% 510 0,123 Nitrate de nickel 0,0200 M HNO 3 0,1 N 396 660 0,940 0,380 51
Préparation facile des diverses solutions : - utilisation de composés très purs, séchés à l étuve, pesés avec précision - utilisation d une verrerie de qualité - respect de la composition des solvants. Mesure des absorbances contre le solvant 52
Vérification Comment faire un de modèle l exactitude présentation??? photométrique: précaution La mesure d absorbance doit être indépendante de l erreur liée à la longueur d onde Conséquence : le signal spectral d un filtre ou d une solution de vérification est, à la longueur d onde de contrôle, plat ou un pic à large bande 53
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Répétabilité des absorbances Mesurer l absorbance d une des solutions plusieurs fois consécutives. Calculer la moyenne des valeurs trouvées et l écart écart-typetype 55
2-3- Vérification de la linéarité de la réponse 56
Mesurer l absorbance de chaque Comment faire un modèle de présentation??? solution Choisir une solution utilisable pour la vérification de l exactitude de l absorbance en choisissant une gamme de concentration croissante Solution de dichromate de potassium de 50 à 250 mg / L Solution de paranitrophénol de 5 à 30 mg / dans NaOH à 0,02 mol/l à 405 nm Solution de nitrate de nickel de 0,1 à 0,4 mol /L à 300, 395, 660, 720 nm Solution de nitrate de cobalt de 0,05 à 0,2 mol /L à 510, 302 «et 264 nm Mesurer l absorbance de chaque solution Vérifier l existence d une relation linéaire 57
2-4- Mesure de la lumière parasite 58
Qu est ce? Comment faire un modèle de présentation??? La lumière parasite Lumière autre que celle émise par le monochromateur et qui atteint le détecteur Origines Imperfections sur le réseau (rayures ou poussières diffusant la lumière) Réflexion ou diffraction de la lumière par des particules de poussière Fuites de lumière provenant de la source ou de la lumière externe dues à un manque d étanchéité du spectrophotomètre. 59
Ses effets Comment faire un modèle de présentation??? La lumière parasite Réduction de la relation de linéarité entre concentration et absorbance Limitation du maximum d absorbance pouvant être mesuré 60
Effet de Comment la faire lumière un modèle de parasite présentation??? sur les mesures 61
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Quand? Recherche Comment faire un modèle de de lumière présentation??? parasite Manque de linéarité détectée lors du test de linéarité Principe Mesure de l absorbance de solutions qui, théoriquement, absorbent entièrement la lumière incidente à une longueur d onde sélectionnée : l intensité de la lumière transmise est directement proportionnelle à l importance de la lumière parasite présente 63
Remarque En principe : constatation d une absence totale de la lumière parasite En pratique : constatation d une transmission de lumière parasite inférieure à 0,5 % 64
Vérification du niveau de lumière Comment faire un modèle de présentation??? parasite Méthode Utilisation de filtre ou de solution de coupure transmettant la lumière au dessus d une certaine longueur d onde et bloquant toute lumière au dessous Toute mesure de transmittance à cette longueur d onde est due à la lumière parasite, l intensité de la lumière transmise est donc directement proportionnelle à l importance de la lumière parasite présente Matériel utilisé Filtres de coupure solides Filtres de coupures en solution Chlorure de potassium Bromure de sodium Iodure de potassium ou de sodium Nitrite de sodium Acétone 65
Exemple Solutions Concentration g/l Longueur d onde Transmittance % KCl 12 200 X1 NaBr 10 224 X2 NaI,H 2 O 10 260 X3 Acétone pur 322 X4 66
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