Split Point Analysis and Uncertainty Quantification of Thermal-Optical Organic/Elemental Carbon Measurements | Protocol (Translated to Turkish)
Termal-Optik Organik/Elemental Karbon Ölçümlerinin Split Nokta Analizi ve Belirsizlik Niceliği
Bu makalede, yarı sürekli termal-optik organik/elemental karbon analizörükalibrasyon ve veri analizi belirsizliklerin sayısallaştırılması için bir protokol ve yazılım aracı sunar.
Sayısız alandan araştırmacılar sık sık karbonasöz aerosol konsantrasyonlarını organik karbon (OC) veya elemental karbon (EC) olarak ölçmeye ve sınıflandırmaya çalışırlar. Bu genellikle termal optik OC/EC analizörleri (TOAs) kullanılarak gerçekleştirilir, bu da belirli sıcaklık protokolleri altında ve kısıtlı atmosferler içinde kontrollü termal piroliz ve oksidasyon yoluyla ölçüm sağlar. Alanında on-line analizler sağlayan yarı sürekli bir alet de dahil olmak üzere birçok ticari TOA bulunmaktadır. Bu cihaz, nispeten sık kalibrasyon gerektiren bir test içi kalibrasyon prosedürü kullanır. Bu makalede, bu yarı sürekli TOA için bir kalibrasyon protokolü ayrıntıları ve veri analizi ve belirsizliklerin titiz Monte Carlo nicelleştirme için bir açık kaynak yazılım aracı sunar. Özellikle, yazılım aracı enstrüman kayması için düzeltmek ve tanımlamak ve OC / EC bölünmüş noktada belirsizlik ölçmek için yeni araçlar içerir. Bu, üreticinin yazılımındaki belirsizlik tahmininde, bölünmüş nokta belirsizliği göz ardı eden ve göreceli ve mutlak hatalar için sabit denklemler kullanan (genellikle az tahmin edilen belirsizliklere ve genellikle birkaç örnek veri kümesinde gösterildiği gibi fiziksel olmayan sonuçlar verir). Kalibrasyon, tekrarlanabilirlik ve OC/EC bölme noktasından elde edilen kombine belirsizliklerin doğru bir şekilde ölçülmesini sağlayan yeni bir kalibrasyon protokolü ve yeni yazılım aracı, diğer araştırmacılara daha iyi bir başarı elde etmede yardımcı olmak amacıyla paylaşılır aerosol numunelerinde OC, EC ve toplam karbon kütlesi ölçümleri.
Karbonasakar türlerin atmosferik konsantrasyonlarını doğru bir şekilde ölçme yeteneği birçok araştırmacı için son derece önemlidir. Ortam partikül madde karbonasöz türler (PM, erken ölüm için en büyük çevresel risk faktörü1) pm olumsuz sağlık etkileri ve sonuçlarından sorumlu önemli bileşeni olduğu ileri sürülmüştür2,3 ,4. Atmosferdeki partikül karbon kritik bir iklim kirletici, farklı karbonasasal türlerin değişken olduğu bilinmektedir, hatta ters, etkileri. Siyah karbon potansiyel olarak dünya atmosferinde ikinci güçlü doğrudan radyatif forcer5,6,7,8. Kar ve buz üzerine yatırıldığında, siyah karbon da arktik manzara yansıtıcılığını azaltır, güneş ışığının emilimini artırmak, ve erime oranını artırarak9,10,11,12 . Buna karşılık, higroskopik organik karbon parçacıkları bulut yoğuşma çekirdekleri olarak hareket, dünyanın ortalama yansıtıcılığı nı artırmak, ve bir soğutma etkisi neden13. Örneklenmiş karbonaceous malzemenin doğru sınıflandırılması ve ölçüm belirsizliklerinin eşzamanlı olarak ölçülmesi partikül madde ölçümlerinin temel yönleridir.
Partikül yüklü bir numunede organik ve elementel karbon arasındaki ayrım, termal optik analiz14ile elde edilebilir. Termal optik karbon analizleri için ticari, laboratuvar tabanlı sistemler15,16,17 dahil olmak üzere bir on-line, yarı sürekli analizörü18 yürütülmesini sağlayan oluşturulmuştur alanında termal optik analizler. Bu çalışma, bu ikinci OCEC cihazını kalibre etmek için ayrıntılı bir prosedürü açıklar (Bkz. Malzeme Tablosu)ve kalibrasyon ve analiz belirsizliklerinin titiz bir şekilde ölçülmesi için açık kaynak kodlu bir yazılım aracını paylaşmaktadır. Açık kaynak yazılımın ilk sürümü yarı sürekli enstrümanın çıktı dosyası biçimi için tasarlanmış olsa da, yazılım aracı gelecekte başkaları tarafından başka enstrümanlar tarafından oluşturulan çıktılarla çalışmak üzere kolayca genişletilebilir.
Yarı sürekli termal-optik organik/elementel karbon analizörü (OCEC) organik karbon (OC) ve elemental karbonu (EC) örnek hacminde ölçer. Analiz prosedürü Şekil 1'deözetlenen dört aşamaiçerir. İlk olarak, bir örnek hacmi, partikül madde üzerine yatırılır ve gaz fazı organik ler tarafından adsorbe edilir, bir kuvars filtre tarafından adsorbe edilir alet, üzerinden çekilir. Örneklemenin sonlandırılmasında kuvars filtre, aşındırma, helyum (He) atmosferinde öngörülen sıcaklık protokolü ile ısıtılır. Bu işlem sırasında karbonasöz malzemenin bir kısmı kuvars filtresinden termal olarak pyrolize edilir. Gaz halindeki egzoz sabit sıcaklıkta, Manganez Oksit (MnO2)fırına iletilir ve pirozize edilmiş karbonasesöz türleri karbondioksite dönüştürür (CO2). Serbest bırakılan CO2'nin zaman içinde çözülen konsantrasyonu daha sonra dağılmayan bir kızılötesi (NDIR) dedektörü ile ölçülür. He ortamında ilk ısıtma sonrasında, örnek oksitleyici (Öküz) bir ortamda benzer bir protokol ile ısıtılır. Oksijen varlığında kuvars filtrede kalan refrakter karbonasöz türler oksitlenir ve mnO2 fırını ve NDIR dedektörü ile aynı şekilde iletilir. Örneklenmiş karbonali türler kuvars filtreden tamamen evrimleştikten sonra, son bir test içi kalibrasyon işlemi gerçekleştirilir. %5 metan (CH4)-helyum karışımının sabit bir miktarı (nominal olarak 0,8 mL) alete sokuldu, MnO2 fırınında oksitlenir, CO2'yedönüştürülür ve daha sonra NDIR ile ölçülür. Bu test içi kalibrasyon aşamasındaki entegre NDIR sinyali (CH4-loop olarak adlandırılır) bilinen karbon kütlesine karşılık gelir (CH4olarak tanıtıldı) ve bu nedenle zaman içinde sürüklenebilen NDIR'in hassasiyetini ölçer. NDIR duyarlılığının bu ölçüsü daha sonra analizin önceki He- ve Ox evreleri sırasında NDIR sinyalinden karbon kütlelerini çıkarmak için kullanılır.
Şekil 1: Termal optik analiz prosedürü. Termal optik OCEC cihazının analiz prosedürü. Bir numunenin kuvars filtresine (adım 0) alınmasından sonra üç ana analiz adımı gerçekleştirilir. Önce helyum atmosferinde (He-faz, adım 1) ve daha sonra oksitleyici bir atmosferde (Öküz fazı, adım 2) iki termal protokol yürütülür, burada karbonasöz bileşenler kuvars filtreden pirolize edilir/oksitlenir, ikincil katalize fırın, ve daha sonra bir NDIR dedektörü ile ölçülür. Bilinen bir metan kütlesinin oksidasyonunun NDIR dedektörünün hassasiyetölçüsünü sağladığı son bir test içi kalibrasyon prosedürü (CH4-loop, adım 3) gerçekleştirilir. Dedektör hassasiyeti, kuvars filtreye karbon kütlesi yüklemesini ölçmek için He ve Ox fazları sırasında NDIR ölçülen CO2 ile birleştiğinde. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
CH4-loop sırasında enjekte edilen karbonun kütlesi, aralıklı kalibrasyon gerektiren operasyonel koşullara karşı hassas olabilir. Bu kalibrasyon, dış standart olarak bilinen konsantrasyonda sulu bir sakaroz çözeltisi (%yaklaşık %0,99m/m)kullanır. Sakaroz çözeltisinin bilinen farklı hacimlerinin cihaza rastgele sırayla sokulduğu ve termal-optik analizin yapıldığı tekrarlanan testler yapılır. Her tekrarlanan test (yani, her enjeksiyon ve sonraki analiz sonuçları) CH4-loop sırasında entegre bir NDIR sinyali verir ("kalibrasyon alanı") ve toplam karbon için entegre bir NDIR sinyali (yani, He- ve Ox-aşamaları sırasında sinyal; "toplam alan" olarak), sakaroz karbon bilinen kütleye karşılık gelir. Bilinen karbon kütlesinin alettarafından bildirilen "toplam alan" ile doğrusal gerilemesi ortalama NDIR duyarlılığının bir ölçüsünü sağlar. Bu hassasiyet daha sonra CH4-loop sırasında enjekte edilen karbon kütlesinin kalibrasyon bilgisine sahip olmak için ortalama "kalibrasyon alanı" ile birleştiğinde.
Kalibrasyonun ötesinde, OCEC cihazından elde edilen sonuçların yorumlanmasında önemli bir zorluk, ölçülen numunede OC ve EC'nin göreli fraksiyonlarının belirlenmesidir. OC sıcaklık protokolünün He-faz ıstırabı sırasında pirolyzeler gibi, filtre üzerinde bir kısmını chars yerine serbest bırakılması, MnO2 fırında oksitlenmiş ve NDIR tarafından tespit. Teorik olarak, bu yanmış refrakter OC (pyrolyzed karbon denir, PC) Ox fazına kadar filtre üzerinde kalır, ec yanında oksitlenir zaman. Sonuç olarak, Safsal olarak OC olarak He-faz sırasında tüm evrimleşmiş karbon etiketleme ve EC OC ve EC gerçek fraksiyonu önyargılı tahminlere yol açar gibi Ox aşamasında karbon gelişti. Bölünmüş noktayı tanımlamak için ortak bir araç (yani, tüm önceki karbon evriminin OC olarak kabul edildiği zaman ve sonraki tüm karbon evrimi EC olarak kabul edilir) termal/optik verici (TOT)yöntemidir 19. Burada, bir lazer termal analiz sırasında kuvars filtresi üzerinden yönlendirilir ve gücü (kuvars filtresinin optik aşağı) bir fotodedektör tarafından algılanır. OC'nin lazer dalga boyunda optik olarak aktif olmadığını (yani OC'nin ışığı ihmal ederek emdiğini) ve PC'nin optik özellikleri EC ile paylaştığını varsayarak, bölme noktası tahmin edilebilir. Öncül ilk analizin başında zayıflatılmış lazer gücünü ölçmektir. OC geliştikçe (kısmen ışık emici PC'ye) lazerin zayıflaması fotodedektör sinyalinin düşmesi ne kadar gelişmiştir. Ox fazı girildikçe ve EC/PC birlikte geliştikçe zayıflama azalır ve fotodedektör sinyali artmaya başlar. Bölme noktası, ölçülen lazer gücünün başlangıç değerine geri döndüğü zamandaki örnek olarak tanımlanır. Bu yaklaşımın mantığı sağlam olmakla birlikte, sonuç yukarıda belirtilen varsayımlara dayanır. Bu nedenle, bildirilen OC ve AT sonuçlarının "operasyonel olarak tanımlandığını" beyan etmek yaygındır ― yani,14,20,21bölme noktasını değerlendirmek için kullanılan tekniğe özgüdür.
Oc'nin He-fazda evrimleştiği ve PC/EC'nin Ox evresinde evrimleştiği teoride doğru olsa da, PC/EC evriminin he-faz sırasında çeşitli mekanizmalar nedeniyle gerçekten de meydana gelebileceği gözlenmiştir22,23,24 ,25, gerçek bölünme noktası oksijen giriş önce oluşabilir gibi. Bölünmüş noktanın nerede yatacağının tahmin edilmesindeki bu belirsizlik, OC, PC ve EC'nin optik özelliklerinin varsayımlarında belirsizlikle birleştiğinde, bölünme noktasındaki belirsizliğin ölçülen karbonda baskın bir belirsizlik kaynağı olabileceğini düşündürmektedir. Kitle. Neyse ki, TOT yöntemi ile bölünmüş noktanın metodik tahmini, bölünmüş nokta belirsizliğinin objektif bir tahminini sağlar. Ancak yazarların bilgisi ne olursa olsun, üreticinin yazılımında bölünmüş nokta belirsizliğinin doğrudan bir tahmini (ve sonraki yayılımı) yoktur; bildirilen toplam belirsizlikler yerine sabit bağıl ve mutlak bileşenler26ile hesaplanır. Bu çalışmanın bir parçası olarak, bölünmüş nokta belirsizliğini tahmin etmek için yeni bir teknik sunulmuştur - "zayıflama düşüş" tekniği. Bu teknikte, bölme noktasındaki belirsizlik, nominal bölünmede (TOT yöntemi ile) evrimleşmiş karbon kütlesi ile lazer zayıflamasının bazı kritik miktarın ötesinde azaldığı bir sonraki noktada gelişmiş karbon kütlesi arasındaki fark olarak ölçülür. ilk zayıflama nın öngörülen bir kısmı. Lazer zayıflamasındaki belirsizliğin başlangıç değerine göre kritik bir zayıflama düşüşü olduğu tahmin edilmektedir; teoride, bu yaklaşım TOT yönteminin anahtar zayıflama eşleştirme prensibindeki belirsizliği yakalar. Ayrıca, PC ve EC'nin varsayılan optik özellikleri nedeniyle (en azından kısmen) bölünmüş nokta belirsizliğini göz önünde bulundurmak için, önerilen kritik zayıflama düşüşü iki kat daha geniştir.
Bu makalede, kalibrasyon ve analiz belirsizliklerini titizlikle ölçmek için bir yazılım aracının yanında OCEC aracının kalibrasyonu için ayrıntılı bir protokol sunmaktadır. İlk olarak, protokolün 1 ila 3. Bölüm 4, yazılımın grafik kullanıcı arabirimi üzerinden kalibrasyon verilerini analiz etmek için yeni, açık kaynak kodlu, yazılım aracını (bkz. Malzeme Tablosu)kullanır. Bölüm 5, OCEC aracını kullanarak bir örnek elde etmek için dikkat leri belirtir ve bölüm 6, karbon kütlelerinin ve ilişkili belirsizliklerin hesaplanmasında yukarıda belirtilen yazılımın kullanımını açıklar, buna bölünmüş maddenin tahmininden katkılar da dahil olmak üzere Nokta. Yukarıda tanıtılan "zayıflama düşüşü" tekniği de dahil olmak üzere OCEC verilerinin işlenmesini iyileştirmeye yönelik yeni teknikler yazılımın çevrimiçi belgelerinde açıklanmıştır.
Sunulan yazılım aracı içinde kalibrasyon sabitleri, ölçülen karbon kütleleri ve ilişkili belirsizlikler Monte Carlo (MC) yöntemi kullanılarak hesaplanır. Bu yordam, şu anda üreticinin özel yazılımında kabul edilen, yazarların bilgisine olmayan hataları yayır. Kalibrasyon için, bu hata kaynakları sulu çözeltide sakaroz konsantrasyonundaki belirsizlik, uygulanan sakaroz çözeltisinin hacminde doğruluk (cihaz doğruluğu, kullanıcı içi tekrarlanabilirlik ve kullanıcı içi tekrarlanabilirlik) ve doğrusal regresyon belirsizlik. Veri analizi ile ilgili olarak, kabul edilen hata kaynakları kalibrasyon belirsizliği ve tekrarlanabilirliği ve daha da önemlisi bölünmüş noktanın tahmini belirsizliğini içerir. Sonuç olarak, yazılım bir kullanıcının cihazın kalibrasyonundaki belirsizliği doğru bir şekilde ölçmesini ve karbon kütlelerinin hesaplanmasında bölünmüş nokta tahmininin yanı sıra bu belirsizliği de yaymasını sağlar. Bu, sabit bir denklem kullanarak kısmi belirsizlikleri tahmin etmek yerine, ölçümdeki temel hata kaynaklarını doğrudan göz önünde bulundurarak üreticinin protokolü üzerinde kayda değer bir gelişmeyi temsil eder.
NOT: Bu cihaz görünür, Sınıf 1 lazer içerir. Bu düşük güçlü lazere maruz kalmanın zarar alabına yol açması olası olmasa da, cihaz, erişim paneli açıkken kullanıcıyı optik yoldan engelleyen lazer kefen şeklinde bir kilitleme cihazı içerir. Lazer kefeninin çıkarılması lazeri devre dışı kılmış, lazere maruz kalma işlemi boyunca sunulan protokol de oluşmamalıdır. Cihazın fırınları, cihazın normal çalışması sırasında ~900 °C'ye Kadar ısınabilir ve sunulan protokol boyunca manipüle edilen bileşenler ısınabilir. Cihazın erişim paneliiçinde çalışma gerçekleştirmeden önce, gösterge yazılımının "Boşta" bir "Durum" okumasını ve "Ön Fırın" sıcaklığının <90 °C olduğundan emin olun. Yüksek sıcaklık işlemlerinin hemen ardından fırın ünitesinin yanındaki bileşenleri manipüle ederken dikkatli olun.
1. Sulu sakaroz çözeltisi hazırlayın.
Hassas bir terazi üzerinde, hacim olarak en az 1 L temiz, sızdırmaz, cam bir kap yerleştirin. Damara 10 g yüksek saflıkta sakaroz ve 1000 g distile, iyonize edilmiş (DDi) su ekleyin.
Kap mühür ve sakaroz tamamen çözülene kadar sallayarak iyice karıştırın. Çözeltinin bir kısmını pipetleme için küçük, temiz, cam bir kavanoza(Malzeme Tablosu)aktarın.
Her iki çözeltiyi de buzdolabında altı aya kadar saklayın.
2. Kalibrasyon için alet hazırlayın.
Alete enerji verin ve arka fırının ısıya gelmesini bekleyin.
Başlangıç geçicilerinin dağılabilmesi için en az beş CH4-döngüçalıştırın.
Enstrümanın yazılımının Örnek Id # alanında, Enstrüman Isınmasıgibi başlangıç işaretini gösteren bir metin yazın. PAR FILE alanında, göz atmak ve OCECgo_WarmUp.par protokolünü seçmek için ... düğmesini tıklatın. Çıktı ham veri dosyası alanında, yy-mm-dd_WarmUp.txtgibi uygun bir .txt dosyasına göz atmak ve seçmek için ... düğmesini tıklatın.
NOT: Parametre dosyası OCECgo_WarmUp.par OCECgo yazılım aracı(Tablo Malzemeler)için on-line yazılım deposunda mevcuttur.
Örnek Dosya Sürelerini Kullan onay kutusunun işaretsiz olduğundan emin olun. Örnek Dakika açılır menüsünde 0'ıseçin. Döngü onay kutusunun işaretli olduğundan emin olun. Analizi Başlat düğmesini tıklatın. Cihazın ~20 dk boyunca çalışmasına izin verin.
NOT: Örnek Dakika açılır menüsü ile etkileşim fare ile olmalıdır. Araç, el ile metin girişini tanımaz.
Son çözümleme sırasında, Döngü onay kutusunu kaldırın ve geçerli çözümlemenin tamamlanmasına izin verin.
Kuvars filtreleri değiştirin (isteğe bağlı).
NOT: Cihazın üreticisi tarafından tavsiye edilir18 filtreler haftalık değiştirilir (cihazın tutarlı kullanımı varsayarak).
Kuvars (tüp) ucunu çıkarın.
Erişim panelini açın ve lazer kefenini çıkarın (lazerin enerjisini çıkarın). Fotoğraf dedektörünün arkasındaki beyaz polioksimetilen (POM) somunu gevşeterek, fotodedektörün sol tarafındaki metal tüp montajını keserek ve fotodedektör gövdesini kuvars ucundan kaydırarak fotodedektörü (gerekli araçlar aranmaz) çıkarın. Fotodedektörü cihazın altına yerleştirin.
Kuvars ekini yerinde tutan beyaz POM somunu gevşeterek ve toz suz, tek kullanımlık plastik eldivengiyerek kuvars kesici uçunu POM montajından kaydırarak çıkarın.
DİkKAT: Kuvars ucu çok kırılgandır, düz bir yüzeye tüy bırakmayan bir doku üzerine yerleştirin.
Filtre kaldırma aracını kullanarak, varolan kuvars filtreleri çıkarın ve atın. Yeni kuvars filtreleri yükleyin.
Düz bir yüzeye tüy bırakmayan bir dokuüzerine büyük bir kuvars filtresi yerleştirin. Filtre zımba aracını kullanarak, bir filtre dışarı yumruk.
Temiz cımbız kullanarak, filtrenin dokulu yüzeyinin fırından uzak bakacak şekilde kuvars inserti için ponm gövdesine karşı filtreyi ve zımbayı çıkarın. Pudrasız, tek kullanımlık, plastik eldivenler giyerek kuvars filtresini fırına tam olarak oturtuncaya kadar kaydırın.
İki kuvars filtrenin takılması için 2.3.2.1 ve 2.3.2.2 adımlarını tekrarlayın.
Sakaroz standardının cihaza sunulması için üçüncü bir kuvars filtresi (kuvars "tekne" olarak anılacaktır) tonuyla tonuyla tonuyla tonuyla tonuyla tonur. Adımı 2.3.2.1'i tekrarlayın. Temiz cımbız kullanarak, zımba filtresini çıkarın ve kuvars filtresi "tekne"yi, filtre ve kesici ucun kesitlerinin dik olması için kuvars kesici uça yerleştirin.
Bileşenleri değiştirin ve aleti kapatın.
Pudrasız, tek kullanımlık, plastik eldivenler giyerek, kuvars kesici ucunu tekrar cihaza takın. Kuvars kesici ucunu sabitleyen beyaz POM somunu gevşek bir şekilde sıkın.
Fotodedektör kafasını değiştirin (araç gerektirmez). Fotodedektör gövdesini kuvars ucunun ucuna kaydırın. Fotodedektörve kuvars ucunun uygun şekilde hizalanmasını sağlamak için fotodedektörün sol tarafındaki metal tüpü gevşek bir şekilde yeniden bağlayın. Beyaz POM somunu kuvars ucuna fotodedektör kafasını emniyete alarak gevşek bir şekilde sıkın. Fotodedektörün sol tarafındaki metal tüpü tamamen elle sıkın.
Tüm POM somunlarının tamamen elle sıkı ve güvenli olduğundan emin olun.
NOT: Cihazın fırınının atmosferden iyi kapatılmış olması çok önemlidir. Diğer bir zamanda, araçlar kullanılmamalıdır, ancak mümkün olduğunca tüm POM somunlarını elle sıkın. Yazarların deneyiminde, hassas iken, kuvars eklemek çevresel yönde güçlü - iyi mühürler sağlar POM fındık önemli sıkma, kuvars eklemek zarar olasılığı düşüktür.
Lazer kefenini değiştirin (lazere yeniden enerji vererek) ve erişim panelini kapatın.
En az bir fırın temiz çevrimi çalıştırarak yeni yüklenen kuvars filtreleri temizleyin. Alet yazılımının araç çubuğundaki Açılır Menü'yü tıklatın ve ön fırın sıcaklığını ~835 °C'nin üzerine çıkaran Temiz Fırın'ıseçin.
Boş analitik döngü(ler) kullanılarak filtreden artık karbonun çıkarıldığından emin olun.
Enstrümanın yazılımının PAR FILE alanında, istenen termal protokolün .par dosyasına göz atmak ve seçmek için ...'u tıklatın. Örnek Dosya Sürelerini Kullan onay kutusunun işaretsiz olduğundan emin olun. Örnek Dakika açılır menüsünde 0'ıseçin. Döngü onay kutusunun işaretsiz olduğundan emin olun. Analize Başla düğmesini tıklatın, yalnızca bir çözümleme/döngü istendiğini onaylayın ve termal analizin yürütülmesine izin verin.
Cihaz tarafından bildirilen toplam karbon kütlesi istatistiksel olarak sıfıra eşit olana kadar 2.6 ve 2.7 adımlarını tekrarlayın.
3. Kalibrasyon verilerini edinin.
Bir kalibrasyon noktası edinin.
Kuvars kesici uç adım 2.3.1 ve üretici tarafından önerilen borulama prosedürlerini takip ederek 5 μL veya 10 μL sakaroz çözeltisi aspire edin. Numuneyi kuvars ucunun sonuna mümkün olduğunca yakın bir şekilde kuvars teknesine dikkatlice yatırın ve tüm hacmin kuvars tekneye atılması için bir patlama prosedürü nün gerçekleştirilmesini sağlar.
Kuvars kesici uçlarını yeniden tanıtın, 2.5 adımla aleti kapatın ve ıslak filtreyi kurutun. Alet yazılımının araç çubuğundaki Açılır Menüyü Çalıştır'ı tıklatın ve ön fırın sıcaklığını 110 °C'ye çıkaran kuru ıslak filtreyiseçin.
Ön fırın soğuduktan sonra kalibrasyon sonrası ölçümlerde kullanılacak alet protokolünü çalıştırın (adım 5.3.1'de seçilmiştir).
Enstrümanın yazılımının Örnek ID # alanında, 5 uLgibi uygulanan sakaroz hacmini belirtmek için metin yazın. PAR FILE alanında, ... düğmesine göz atmak ve istenilen termal protokolün .par dosyasını seçin. Çıktı ham veri dosyası alanında, ... yyyy-mm-dd_Calibration.txtgibi uygun bir .txt dosyasına göz atmak veya seçmek için düğme.
Örnek Dosya Sürelerini Kullan onay kutusunun işaretsiz olduğundan emin olun. Örnek Dakika açılır menüsünde 0'ıseçin. Döngü onay kutusunun işaretsiz olduğundan emin olun. Analize Başla düğmesini tıklatın, yalnızca bir çözümleme/döngü istendiğini onaylayın ve termal analizin yürütülmesine izin verin.
Bir boş/arka plan kalibrasyon noktası edinin. Kuvars tekne üzerine bir sakaroz örneği yatırmadan adım 3.1 gerçekleştirin.
NOT: Doğru bir boş/arka plan elde etmek için kuvars teknenin, kullanıcı bir sakaroz örneği yatırıyormuş gibi ortam havasına maruz kaldığından emin olun.
3.1 adımını tekrarlayın, 5 ve 10°L'de bir kalibrasyon noktası elde edilir. Daha fazla tekrar adımları 3.1 ve 3.2 olarak adım 4 olarak hesaplanan istenilen kalibrasyon belirsizlik elde etmek için gerekli.
NOT: Bölüm 4, kalibrasyonun tatmin edici yakınsamasını belirlemede kullanıcıyı desteklemek için bölüm 3.3'ün her yinelemesini takiben yürütülebilir.
Kuvars teknesini çıkarın. Kuvars kesici uç adım 2.3.1 ile çıkarın. Temiz cımbız kullanarak kuvars teknesini kuvars kesici uçtan çıkarın. Kuvars kesici uçlarını yeniden tanıtın ve 2.5 adımla aleti kapatın.
Cihazın kalibrasyon sonrası ölçümler için hazır olduğundan emin olmak için, adım 2.6'daki gibi en az bir fırın temiz çevrimi çalıştırın.
4. Kalibrasyon sabitini belirsizlikle hesapla.
NOT: OCECgo yazılım aracı, kullanıcıya veri girişi ve analiz parametrelerinin seçiminde yardımcı olmak için mouseover yardımcı programları kullanır. Kullanıcı tarafından kullanılabilir alanlar için varsayılan ve izin verilen aralıklar da dahil olmak üzere daha fazla bilgi aracın çevrimiçi belgelerinde listelenir.
Yazılım aracını(OCECgo)yükleyin ve Kalibrasyon Aracı sekmesine geçmek için tıklatın.
Kalibrasyon verilerini giriş. Grafiksel kullanıcı arabiriminin (GUI) bölümünde, giriş kalibrasyon verileri: uygulanan sakaroz çözeltisinin nominal hacmi, toplam karbona karşılık gelen cihaz tarafından rapor edilen entegre NDIR sinyali ("toplam alan"), cihaz tarafından bildirilen entegre NDIR sinyali ch4-loop ("kalibrasyon alanı") ve belirli noktaların kalibrasyonda kullanılıp kullanılmayacağını belirtmek için bir Boolean sırasında ("evet için 1" ; "0" hayır). "+ Satır" ve "-Satır" düğmelerini tıklatarak, gerektiğinde tabloya satır ekleyerek ve silerek her veri noktası için tekrarlayın.
NOT: Kullanıcı, önceki kalibrasyon verilerini ve girdilerini yazılım aracına yüklemek için alternatif olarak Kalibrasyon Altonması düğmesini tıklatabilir. Bu seçenek kullanılırsa, GUI bölümündeki (3) çizimleri yeniden oluşturmak için adım 4.4'e gidin veya enstrüman verilerini çözümlemek için doğrudan bölüm 6'ya gidin.
Monte Carlo analizinde kullanılmak üzere belirsizlik verilerini tanımlayın.
GUI bölümünde (2)(a), sulu sakaroz çözeltisi ile ilgili giriş verileri. Adım 1.1 sırasında ölçülen sakaroz ve DDi su girdisi kütleleri ve DDi ve sakaroz kütlelerini ölçmek için kullanılan ölçeğin [g] mutlak 2σ önyargısı — mutlak sapma ölçeğin bildirilen doğruluğuna eşittir. Sakaroz kabının etiketinde listelenen sakarozun nominal minimum saflığını [%m/m]yerleştirin ve kalibrasyon verilerinin elde edilmesi sırasında gözlenen ortam sıcaklıkları [°C] aralığını yerleştirin.
NOT: 2σ, normal (Gauss) dağılımı bağlamında %95 güven aralığının (CI) konservatif bir tahmini olan standart sapmanın iki katına karşılık gelir.
Bölüm (2)(b), pipet belirsizliği ile ilgili veri sağlar. Giriş göreli 2σ ekipman bildirilen doğruluk (yanlılık hatası), ekipman bildirilen tekrarlanabilirlik (hassas hata), kullanıcı içi tekrarlanabilirlik karşılık gelen hassas hata ve aspire hacimler için kullanıcı arası tekrarlanabilirlik karşılık gelen yanlılık hatası 5 μL ve 10 μL'dir.
NOT: Varsayılan pipet belirsizlikleri Malzeme Tablosundalistelenen cihaza karşılık gelir. Varsayılan 2σ insan hataları, her birimde kullanıcı içi tekrarlanabilirlik ve kullanıcı içi tekrarlanabilirlik çalışmalarının birleştirilmiş varyanslarına göre tahmin edilmiştir.
Bölüm (2)(c), kalibrasyon ölçümlerinin hesaplanması için istenilen sayıda Monte Carlo çekilişi girişi.
NOT: Monte Carlo çizer sayısı Monte Carlo çerçevesi altında kütle kalibrasyon sabitinin rasgele hesaplama sayısına karşılık gelir. Daha büyük sayılar daha tutarlı sonuçlar verir, ancak işlenmesi daha uzun sürer (daha fazla hesaplama süresi). OCECgo'daki varsayılan değer 106 iken izin verilen değerler [102, 108]'dür.
Analizi çalıştırın. GUI bölümünde (3), kalibrasyon verilerini işlemek için Monte Carlo çözümlemesi için basın.
Cihaz kalibrasyon dosyasını (4) bölümünde sunulan sonuçlarla güncelleyin. Enstrümanın parametre dosyasını açın: SCInstrumentParameters.txt. Varolan kalibrasyon verilerini içeren metin satırını bulun — bu metin satırı sağ tarafta "Kalibrasyon Sabiti..." okuması üzerine bir yorum içerir. Sayısal verileri bildirilen "Kalibrasyonlu Karbon Kütlesi" ve "Ortalama Kalibrasyon (CH4-döngü) Alanı" ile değiştirin. Parametre dosyasını kaydedin ve kapatın ve enstrümanın yazılımını yeniden başlatın.
Kalibrasyon sonuçlarını kaydedin ve/veya dışa aktarın (isteğe bağlı).
Yazılımın varsayılan kullanımı için kalibrasyon sonucunu depolamak için Varsayılan Kalibrasyon olarak Kaydet düğmesini tıklatın.
NOT: Kalibrasyon sonuçları, yazılımın yeniden başlatılmasından sonra en son kalibrasyonu yeniden yükleyen bir başlatma dosyasında saklanır. Geçerli tarih en son kalibrasyondan 30 günden fazla ysa kullanıcı uyarılır.
Kalibrasyon verilerini dışa aktarmak için Kalibrasyon Sonuçlarını İhraç düğmesini tıklatın.
NOT: Sayısal veriler önceden biçimlendirilmiş bir .xlsx dosyasına aktarılır ve Monte Carlo sonuçlarının görselleştirilmesi .png dosyası olarak dışa aktarılır. Kaydedilen bu kalibrasyon dosyası, sonuçların geçerli kalibrasyon kullanılarak daha sonraki bir tarihte yeniden analiz edilmesi/içe aktarılması durumunda yararlıdır.
Kalibrasyon tamamlandıktan sonra kuvars tekneyi çıkarın. Adım 2.3.1'den sonra, kuvars kesici ucunu cihazdan çıkarın. Forseps veya cımbız kullanarak kalibrasyon için kullanılan kuvars tekneyi çıkarın. Adım 2.5'ten sonra kuvars kesici uçdeğiştirin ve aleti kapatın.
5. Ölçüm verileri elde edin.
İstenilen numune akış hızını (isteğe bağlı) ayarlayın. Cihazın valf kontrol dosyasını açın: valve_table.txt. Dakikada litredeki hedef numune akış hızını temsil eden "A Valf" parametresini 2 ile 8 (dahil) arasında bir tamsayı değerine ayarlayın.
NOT: Vana kontrol dosyasında yapılan değişikliklerden sonra cihazın yazılımı yeniden başlatılmalıdır.
İstenilen örnekleme dönemini ayarlayın.
Hemen bir örnek istenirse. Örnek Dosya Sürelerini Kullan onay kutusunun işaretsiz olduğundan emin olun. Örnek Dakika açılır menüsünde, dakikalar içinde istenilen örnek dönemi seçin. Birden çok ardışık örnek isteniyorsa, Döngü onay kutusunun işaretli olduğundan emin olun. Aksi takdirde, Döngü onay kutusunun işaretlenmediğinden emin olun.
Örnek alımın ertelenmesi isteniyorsa. Enstrümanın örnek zaman kontrol dosyasını açın: SamTimePar1.txt. Bu dosyanın her satırı, örneklem süresi başlangıç ve süresinin virgülle ayrılmış bir çiftini içerir. Bu dosyayı istediğiniz gibi edin, ardından dosyayı kaydedip kapatın ve enstrümanın yazılımını yeniden başlatın.
Termal analizi uygulayın.
Enstrümanın yazılımının Örnek ID # alanında Örnek_01gibi örneği tanımlamak için metin yazın. PAR FILE alanında, göz atmak ve istenen termal protokolün .par dosyasını seçmek için ... düğmesini tıklatın. Çıktı ham veri dosyası alanında, yy-mm-dd_Samples.txtgibi uygun bir .txt dosyasına göz atmak ve seçmek için ... düğmesini tıklatın.
Analizi Başlat düğmesini tıklatın. Gerekirse, yalnızca bir analiz/döngü istendiğini doğrulayın.
NOT: Deneyim, iki benzersiz cihazla, numune hacminin iç ölçümünün harici bir yüksek doğruluklu kütle akış ölçer kullanılarak yapılan ölçümlerle aynı fikirde olmadığını ve bazı durumlarda hataların %10'u aştığını belirlemiştir. Ayrıca, cihaz tarafından bildirilen numune hacmindeki hataların hem numune akış hızına hem de numune süresine duyarlı olduğu belirtilmiştir. Bu nedenle numune pompasının çıkışında numune alınan hacmi, Malzeme Tablosu'ndalistelenen gibi yüksek hassasiyetli bir kütle akış ölçerle dışarıdan ölçmeleri tavsiye edilir.
6. Karbon kütlelerini ve belirsizlikleri hesaplatın.
NOT: OCECgo yazılım aracı, kullanıcıya veri girişi ve analiz parametrelerinin seçiminde yardımcı olmak için yardımcı olan yardımcı programlardan yararlanır. Kullanıcı tarafından kullanılabilir alanlar için varsayılan ve izin verilen aralıklar da dahil olmak üzere daha fazla bilgi aracın çevrimiçi belgelerinde listelenir.
Yazılım aracını(OCECgo)yükleyin ve Veri Analizi - Giriş sekmesine geçmek için tıklatın.
Zaman çözümlenmiş enstrüman verilerini yükleyin — GUI bölümü (1). Alt bölüm (a) bölümünde, Gözat... düğmesini tıklatın ve dosya seçimi iletişim kutusunda adım 5.3.1'de tanımlanan .txt sonuçları dosyasını seçin. (b) alt bölümünde, Örnek Ad'ları (adım 5.3.1'de tanımlandığı gibi) gözden geçirin ve ilgi analizini seçmek için tıklatın. Alt bölüm (c) olarak, analiz meta verileri, özellikle analiz 'Örnek Başlangıç zaman damgası gözden geçirin.
Veri işleme seçeneklerini tanımlayın — GUI bölümü (2).
Alt bölüm (a) olarak, istenilen lazer düzeltme yordamını seçin: fırın sıcaklığına bir kuadratik veya doğrusal bağımlılık.
NOT: Yazarların deneyimlerine göre, lazer düzeltme yordamı genellikle ihmal edilebilir bir etkiye sahiptir ― gibi, kuadratik düzeltme önerilir ve varsayılan değer olarak yüklenir.
Alt bölüm (b) olarak, istenilen NDIR düzeltme yordamını seçin: ham NDIR verilerine konveks gövde ile düzeltme veya alet tarafından bildirilen NDIR alanları kullanılarak doğrusal düzeltme (Sonuçlar dosyasından).
NOT: Yeni konveks gövde tekniği (kısaca yazılımın çevrimiçi belgelerinde açıklanan) NDIR zaman serisine daha düşük bağlı olarak bir konveks gövde takarak NDIR sinyalini düzeltir; bu teknik, NDIR sinyaline doğrusal olmayan (parça yönünde) bir düzeltme sağlar. Yazarların deneyimlerine göre, NDIR dedektörünün doğrusal düzeltmesi, bazı durumlarda fiziksel olmayan sonuçlar verebilir ― gibi, "Convex Hull" yordamı önerilir ve varsayılan değer olarak yüklenir.
Alt bölümde (c), istenirse, kütle kalibrasyon sabiti (adım 4.4'te hesaplanır) ve tahmini kalibrasyon tekrarlanabilirlik hatası için bildirilen genelleştirilmiş t-dağılımının parametrelerini ayarlayın.
NOT: Adım 4.4'ün yürütülmesi veya önceki kalibrasyon sonuçlarının içe aktarımı (bkz. adım 4.6.2) genelleştirilmiş t dağıtım parametrelerini otomatik olarak güncelleştirir. Enstrüman kalibrasyonunda tekrarlanabilirlik ("Rep. [%]") yazarlar tarafından tekrarlanabilirlik testine dayalı olarak %7,90 varsayılan değere ayarlanır27.
Alt bölüm (d) olarak, analizin termogramını ve AVEC'yi (lazer zayıflaması vs. evrimleşmiş karbon21)çizimlerini oluşturmak/güncellemek için basın.
NOT: Sonuçlardan Sonraki dosya düğmesi (adım 6.3.2) seçilirse, dosya seçimi iletişim kutusunda, enstrüman tarafından oluşturulan .xlsx sonuçları dosyasını seçin.
Bölünmüş nokta belirleme yordamını tanımlayın — GUI bölümü (3) ve (4).
Alt bölüm (3)(a), bölme noktasını ve ilişkili belirsizliği hesaplamak için istenen yordamı seçin: giriş bölümünde açıklanan "Zayıflama düşüşü" yordamı, el ile tanımlanmış bir bölme noktası ve belirsizlik ("Manuel seçim") veya üreticinin varsayılan TOT yordamı ("Üretici").
NOT: Üreticiyordamı kullanırken bölünmüş nokta aralığının genişliği sıfıra ayarlanır (yani, üreticinin yordamı bölünmüş nokta belirsizliğini dikkate almaz).
Alt bölüm (3)(b), bölünmüş noktası ve belirsizlik hesaplamak için seçilen prosedüre bağlı olarak, nominal (ortalama) bölme noktası, bölünmüş nokta belirsizlik, ilk lazer zayıflatma ve / veya kritik zayıflama düşüş tanımlayın.
NOT: Kullanıcı ilk lazer zayıflama ve "Zayıflama düşüş" yordamı için zayıflama düşüş eşiği girişi ve "Manuel seçim" yordamı için bölme ortalama ve bölünmüş belirsizlik girdiriyor. İlk lazer zayıflama "Manuel seçim" yordamında kullanılmaz, ancak bölme noktasının manuel seçimini destekleyecek şekilde ayarlanabilir.
Bölüm (4), bölünmüş noktanın doğruluğunu ve belirsizliğini gözden geçirin. AVEC arsa yararlanarak, tatmin edici bir bölünme noktası ve makul bölünmüş nokta belirsizlik elde edilene kadar, gerektiği gibi 6.4.1 ve 6.4.2 adımları tekrarlayın. AVEC çizimini işlemek ve bölme noktasının seçimini ve belirsizliğini desteklemek için gerektiğinde yakınlaştırma (), yakınlaştırma (), uzaklaştırır ( ) ve kaydırma yardımcı larını kullanın.
Run Monte Carlo analizi — GUI bölümü (5).
(a) alt bölümüne, aletin tahmini hassasiyetini bir bütün olarak ekleyin.
NOT: Gösterge hassasiyeti (tekrarlanabilirlik) birimleri. OCECgo'daki varsayılan değer (0,031 μg) boş analizleri çoğaltmayoluyla yazarların tahminlerine dayanmaktadır.
Alt bölüm (b), monte carlo karbon kütlelerinin hesaplanması için çizer istenilen sayıda ekleyin.
NOT: Monte Carlo çizer sayısı Monte Carlo çerçevesinde karbon kütlelerinin rasgele hesaplama sayısına karşılık gelir. Daha büyük sayılar, hesaplama süresi pahasına daha doğru ve tutarlı sonuçlar verir. OCECgo'daki varsayılan değer 106 iken izin verilen değerler [102, 108]'dür.
Alt bölüm (c) olarak, karbon kütlelerini ve ilgili belirsizlikleri hesaplamak için Monte Carlo analizini çalıştırmak için basın.
NOT: Monte Carlo çözümlemesi yürütüldünden sonra, kullanıcı Veri Analizi Aracı - Sonuçlar sekmesine geçirilir.
Sonuçları gözden geçirin. Veri Analizi Aracı – Sonuçlar sekmesi ölçülen OC, EC ve total karbon (TC) istatistiklerini raporlar; Monte Carlo sonuçlarının histogramları; ve sonraki Monte Carlo prosedürleri nde kullanılmak üzere karbon kütlelerinin en uygun posterior olasılık dağılımı, Akaike bilgi kriteri tarafından seçilen28.
Monte Carlo sonuçlarını dışa aktarmak için İhracat Analizi Sonuçları düğmesine basın.
NOT: Sayısal veriler önceden biçimlendirilmiş bir .xlsx dosyasına aktarılır ve Monte Carlo sonuçlarının görselleştirilmesi .png dosyası olarak dışa aktarılır.
OCEC cihazının kalibrasyonuna ilişkin temsili sonuçlar, tablo 1'degösterilen yazarlar tarafından elde edilen örnek kalibrasyon verileri kullanılarak sunulmaktadır. Burada, altı noktalı kalibrasyon kullanılır, geliştirilen yazılım kullanılarak elde edilen ve enstrüman kılavuzunda üreticinin örnek aşağıdaki18. Sonuçlar Şekil 2'degösterilmiştir. Şekil 2 a, kalibrasyon verilerinde doğrusal gerilemenin sonuçlarını bir MC çerçevesi altında sunar. Siyah noktalar altı kalibrasyon noktasının her birinin 2σ güven aralığına karşılık gelir — yani, yatırılan sakarozdaki karbon kütlesi yatay eksende, aletle bildirilen toplam alan (Tablo 1'in2 sütunu) dikey eksen üzerindedir. Kırmızı gölgeli bölge, bu altı belirsiz kalibrasyon veri noktasını temel alan doğrusal regresyonun 2σ CI'sini temsil eder ― sakaroz çözeltisinin 0, 5 ve 10'ar μL'si için ikişer tane (Tablo 1'insütun 1'i). CH4-loop sırasında enjekte edilen ortalama karbon kütlesi MC yöntemi ile belirlenir. Her MC beraberliği için (bu örnekte 2×107), randomize kalibrasyon alanı (Tablo 1'in3 no'lu sütunundaki kalibrasyon alanlarının ortalamasının dağılımına göre) belirsiz doğrusal modelle birleşince CH4-loop'un MC-tahmini elde edilir karbon kütlesi. Yatay ve dikey mavi gölgeli bölgeler, MC analizinden ortalama kalibrasyon alanının 2σ CIs'ine ve kütle kalibrasyon sabitine karşılık gelir. Bu kalibrasyon verilerinin MC tahminleri Şekil 2b'dekidağılım çizim-histogramında gösterilmiştir. Bu örnek dataset 18.49 μgC ± %2.78 kalibrasyon sabiti vermiştir.
Sakaroz Çözeltisinin Hacmia [μL] "Toplam" NDIR
Alan [-] "Kalibrasyon" NDIR
Alan [-] (CH4-döngü)
25 °C'de 4,148 ± 0,022 gC/L nominal konsantrasyon
Tablo 1: Temsili kalibrasyon verileri. Her biri 5 μL ve 10 μL sakaroz çözeltisinde iki boşluk ve iki ölçüm içeren temsili kalibrasyon verileri, üreticinin enstrümankılavuzundaki 18.
Şekil 2: Temsili kalibrasyon sonuçları. (a) Yazarlar tarafından elde edilen altı noktalı kalibrasyon veri setinin MC-regresyon sonuçları. 2σ belirsizlikli kalibrasyon verileri kara kutular la temsil edilir ve doğrusal regresyonun 2σCI'si kırmızı gölgeli bölgede gösterilir. Yatay mavi çubuk, kütle kalibrasyon sabitinin 2σ CI'sini (dikey mavi ile temsil edilen) elde etmek için belirsiz doğrusal regresyon ile birleşen CH4-döngüleri ("kalibrasyon alanları") sırasında ortalama NDIR alanının 2σ CI'sine karşılık gelir. bar). (b) MC-computed kalibrasyon verilerini temsil eden bir dağılım çizimi-histogram; yatay eksenüzerinde kütle kalibrasyon sabiti ve dikey eksen üzerinde ortalama kalibrasyon alanı. Bu örnekte kütle kalibrasyon sabitindeki belirsizlik yaklaşık %2.78 idi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Geliştirilen yazılım kullanılarak temsili bir veri analizi bir laboratuvar kurum jeneratörkarbonesemisyonların ölçümü için sağlanır (MiniCAST 5201 Tip C) azot seyreltilmiş propan yakıt yanan29. Örnek verilerin OCEC termogramı (OCEC analizi sırasında lazer gücü, NDIR ve fırın sıcaklığını gösteren bir çizim) ve protokol adımı 6.3.4 sırasında oluşturulan Bir AVEC21 çizimi şeklinde özetleri Şekil 3a ve Şekil 3b, sırasıyla. Bu örnekte, bölme noktasındaki belirsizlik, yazarlar tarafından geliştirilen yukarıda açıklanan "Zayıflama düşüşü" tekniği kullanılarak tahmin edilmektedir. Zayıflamadaki kritik düşüş % 1,342 olarak ölçüldü ve TC kütlesinin %4.50'si bölünmüş nokta belirsizliği ortaya çıktı. Bu analizin temel sonuçları ― karbon kütle istatistikleri ve en uygun posterior dağılımları ― Tablo 2'deözetlenmiştir.
Şekil 3: Temsili analiz verileri. (a) OCEC ile ölçülen lazer gücü, NDIR sinyali, istenilen (set) ve ölçülen (gerçek, hareket.) fırın sıcaklığının termogramı. (b)Sunulan histograma karşılık gelen zayıflama ve evrimleşmiş karbon (AVEC) çizimi. Noktalar 1 Hz'de bildirilen anlık verilere karşılık gelir ve nokta rengi anlık ön fırın (filtre) sıcaklığını temsil eder. Yatay siyah çizgi, bölme noktasının belirlenmesinde kullanılan ilk lazer zayıflamasına (numune alımı ndan sonra ve termal analizden önce) karşılık gelirken, yatay kırmızı çizgi ilk lazerde %1,342'lik bir düşüşe karşılık gelir. ayrılma noktasındaki belirsizliği tahmin etmek için kullanılır. Gri gölgeli bölge, TC kütlesinin yaklaşık %4,50'si olan bu analiz için bölme noktasının 2σ CI'sini temsil eder. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Karbon Tipi Ortalama Kütle
[μgC] 2σ Belirsizlik
onun MC Verileri En uygun
Karbon (OC) 26.94 -21.3%
Karbon (EC) 93.11 -9.98%
+10.4% Γ (385,7, 0,2414)
Karbon (TC) 120.05 -8.32%
bir Normal: N(μ, σ); Gama: Γ(a, b[ölçek])
Tablo 2: Temsili karbon kütlesi sonuçları. Mc-computed OC, EC ve TC kitleleri örnek veriler için Şekil 3'te çizilen ve %4,50'lik bölme noktasında 2σ belirsizlik ile çizilir ve bu da ilk lazer zayıflamasında %1,342'lik bir düşüşe karşılık gelen bir düşüşe karşılık gelen verilerdir. Listelenen mc verilerinin ortalama ve 2σ belirsizlikler, en uygun posterior dağılımları ek olarak.
Tablo 3, Tablo 1 ve Şekil 2'deaçıklanan örnek durumda belirli belirsizlik kaynaklarının kütle kalibrasyon sabitine katkısını göstermektedir. NDIR dedektöründeki yanlılık hatasından kaynaklanan kümülatif kalibrasyon belirsizliği, sakaroz konsantrasyonunda sapma hatası ve pipetli hacimlerde hassas lık ve sapma hatası listelenmiştir. NDIR dedektöründeki sapma hatası (yani, "kalibrasyon alanında" varyans) hakim olma eğilimindedir, pipetleme işleminde önyargı ikinci en önemli (temsili örnekte oldukça küçük olmasına rağmen) ile. Bu nedenle pipetleme hatasının doğru tahmin edilerek, genel kalibrasyon belirsizliğinin doğru bir şekilde ölçülmesi için önemlidir; protokol adım 4.3.2'ye atıfta bulunarak, bu nedenle her kullanıcı grubu ve pipet için kullanıcı içi tekrarlanabilirlik ve kullanıcı içi tekrarlanabilirliğin değerlendirilmesi önerilmektedir. Buna karşılık, dış standartsa sakaroz konsantrasyonu nedeniyle belirsizlik ihmal küçüktür. Ayrıca, regresyon belirsizliğinin ihmal edilebilir bir katkısı var gibi görünüyor, aletin iyi doğrusallığının olası bir sonucu − kalibrasyon verilerinin doğrusal uyumu için tayin katsayısı (R2)genellikle %99,95'i aşıyor . Kalibrasyon verileri yeterince doğrusal değilse, yazılım otomatik olarak kullanıcıyı uyarır ve bu da veri kümesini protokol adım 4.2'de belirtilen Boolean denetimi ile giderebilir; kullanıcı daha sonra gerektiğinde yedek veri elde ederek kalibrasyon veri kümesini değiştirebilir.
Kabul Edilen Belirsizlikler Tam (6 noktalı) Kalibrasyon
NDIR önyargı ± %2.61
+ Sakaroz çözeltisi ± %2.61
+ Pipet ± 2.78%
Nominal Sonuç [μgC] 18.49
Tablo 3: Kütle kalibrasyon sabitindeki belirsizlikler. OCEC cihazının kalibrasyonundaki belirsizliklerin altı noktalı kalibrasyon örneği için temsili katkısı (bkz. Tablo 1). Genel kalibrasyon belirsizliği, insan hataları (kullanıcı içi tekrarlanabilirlik ve kullanıcı içi tekrarlanabilirlik) dahil olmak üzere sakaroz çözeltisinin pipetlemedeki doğruluğu nedeniyle NDIR dedektöründeki sapmanın en önemli ikinci, doğrusal regresyon ve sakaroz konsantrasyonundaki belirsizlik takip eder (her ikisi de ihmal edilebilir).
OCEC cihazının kalibrasyonu, genellikle kullanılan termal protokolün uzunluğuna bağlı olarak tamamlanması 2−3 saat gerektiren zaman alan bir işlemdir. Daha hızlı bir kalibrasyon prosedürü arzu edilir. Bu amaçla, değiştirilmiş, kesilmiş kalibrasyon protokolünün etkinliği sunulan yazılım aracı ile analiz edilmiştir. Geliştirilen MC yordamı Tablo 1'de listelenen örnek kalibrasyon verilerinin olası tüm alt kümeleri kullanılarak yürütülmüştür — üç veya daha fazla veriye sahip ve en az bir boş ölçüme sahip servis talepleriyle sınırlıdır. Bu analizden elde edilen tüm kütle kalibrasyon sabitleri, kullanılan kalibrasyon verilerinin sayısının bir fonksiyonu olarak Şekil 4'te çizilir ve kalibrasyon sabitleri tam (6 noktalı) kalibrasyon sonucu ile normalleştirilmiştir. Mevcut kalibrasyon verileri azaldıkça, şaşırtıcı olmayan bir şekilde, kalibrasyon sabitindeki belirsizlik artar. Daha da önemlisi, kesilen tüm kalibrasyonların araçları, cihazın yukarıda belirtilen doğrusallığının bir sonucu olan tam kalibrasyon sonucunun 2σ CI'si içinde yer almaktadır. MC ortalamasındaki bu tutarlılık, birkaç kalibrasyon verisi içeren değiştirilmiş, daha hızlı bir kalibrasyonun OCEC cihazının kalibrasyonunun "kabartma testi" kontrolü olarak kullanılabilir olduğunu göstermektedir. Diğer bir nokta, 3 noktalı kalibrasyon veri kümesinin MC ortalaması varolan kalibrasyonun 2σ CI'si içindeyse, OCEC cihazının yeniden kalibrasyon gerektirmemesi olasıdır. Şekil 4'te kalibrasyon belirsizliğinin daha fazla kalibrasyon verileriyle azaldığı, ancak belirsizlikteki azalmanın azalan getirilerden muzdarip olduğu da görülmektedir. Kalibrasyon belirsizlikleri NDIR önyargısı ("kalibrasyon alanlarının" standart hatası ile ölçülür) tarafından hakim olduğundan, Tablo 3 ve yukarıdaki tartışmaya atıfta bulunularak, kalibrasyon belirsizliğinde nth veri noktası √(1−1/n) faktörü ile tahmin edilebilir. Sonuç olarak, temsili örnekte, belirsizlikteki marjinal azalma, üç-dört noktalı kalibrasyondan beş-altı noktalı kalibrasyona geçerken olduğundan daha büyüktür. Her kalibrasyon veri noktasının (örneğin, protokol adım 3.3'ün her tekrarını takiben) edinilmesinden sonra yürütülebilen geliştirilen yazılım aracı, kullanıcının veri toplama boyunca kalibrasyon belirsizliğini ölçmesine olanak tanır. Kritik olarak, bu yetenek kullanıcının sadece belirsizlik bağlamında kalibrasyon yeterli yakınsama üzerinde karar verir, ama aynı zamanda sahte veri varlığını tespit - yani, özellikle kalibrasyon belirsizliği artımlı bir azalma en son edinilen kalibrasyon veri noktasının hatalı olabileceğini kullanıcıya beklenenden farklı vurgular.
Şekil 4: Kalibrasyon belirsizliği konusunda örnek lem lerin değerlendirilmesi. Tablo 1'de listelenen (en az bir boş dahil olmak üzere en az üç veri gerektiren) tüm olası kalibrasyon veri kombinasyonları için sayısallaştırılmış kütle kalibrasyon sabiti, altı verinin tümü kullanılarak sonuç tarafından normale döndürüldü. Kalibrasyon sabitindeki göreceli belirsizlik, kalibrasyon verisi sayısındaki artışla azalır. Şekildeki mavi gölgeli alan, tüm kalibrasyon verileri kullanılarak hesaplanan kalibrasyon sabitinin 2σ CI'sine karşılık gelir. Tüm nominal sonuçların bu CI içinde olduğu açıktır ki - belirsiz olsa da - sadece üç kalibrasyon veri noktasından oluşan kesilmiş bir kalibrasyon prosedürü, enstrümanın kalibrasyonunun "kabartma testi" kontrolü olarak kullanılabilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Hesaplanan karbon kütleleri ve dört örnek veri kümesi için belirsizlikler Tablo 4'teayrıntılı olarak açıklanmıştır; bu veriler hidrokarbon alevlerinden kaynaklanan karbonakar emisyonların ölçümlerinden elde edilmiştir27,29, gaz türbinleri29, ve ince modlu (< 2 μm) okyanus altı tortu örneklerinden elde edilen karbonakar partiküller30. Sayısal (MC-ortalama) OC, EC ve TC kütleleri, örneklenen karbon bileşimi bağlamında örnek verilerin genişliğini gösteren, sayısal zayıflama düşüşü ve her veri kümesi için EC/TC oranının yanı sıra Tablo 4'te gösterilmiştir. Tablo 4'te özetlenen kaynaklar ve karbon kütlesindeki genel belirsizlikler, sunulan yazılım aracı kullanılarak, cihaz tarafından bildirilenlere göre karşılaştırılır. Yazılım aracı içinde, kalibrasyon belirsizliği ve tekrarlanabilirliğin birleşimi (ürün dağıtımı) MC-computed TC kütlesindeki (mevcut çalışmada −8,32/+8,40% olarak ölçülen) genel belirsizliği ortaya çıkarmaktadır ve bu da bölünmüş nokta ve bu nedenle OC ve AK kitlelerin belirsizlik bir alt sınır olarak hareket eder. Bu temsili kalibrasyon belirsizlikleri, orijinal analizlerde kullanılan nominal kütle kalibrasyon sabiti korunurken her örnek veri setine uygulanır.
Tablo 4: Veri analizinde belirsizlikler. OCEC ölçülen karbon kütlelerinde belirsizliğe katkı dört örnek veri setleri için geniş bir kaynak aralığından ve farklı laboratuvarlar tarafından gerçekleştirilen27,29,30. (a) Örnek veri kümelerinden önemli sayısal sonuçlar: OC, EC ve TC kütleleri, bölünmüş nokta belirsizliğinin nicelliği için kritik zayıflama düşüşü ve element-to-total karbon oranı. (b) Hesaplanan karbon kütlelerinde belirsizliklerin bir özeti. Buna katkıda bulunan belirsizlik kaynakları arasında kütle kalibrasyon sabiti, kalibrasyon prosedürünün tekrarlanabilirliği ve (TC kütlesine göre) (a)'da listelenen kritik zayıflama düşüşüne karşılık gelen bölme noktasındaki belirsizlik sayılabilir. Sabit denklemler (Eq. (1)) kullanılarak kullanılan karbon kütlelerinde belirsizlikler de (b) olarak gösterilmiştir. Verilerin kırmızı ve sarı vurgulaması, mevcut yönteme göre sabit denklemler kullanılırken sırasıyla belirsizliğin altında ve aşırı tahminine karşılık gelir. Çoğu durumda, cihaz karbon kütlesi belirsizliğini tahmin etmede ancak, ölçülen OC veya EC kütlesi küçükse, cihaz mevcut yazılımla karşılaştırıldığında belirsizliği aşırı tahmin edebilir. Bu dosyayı indirmek için lütfen buraya tıklayınız.
Bu örneklerde, bölünmüş nokta belirsizliğini ölçmek için zayıflama azaltma tekniği kullanılmıştır. OCECgo'nunhesaplamalı kritik zayıflama değerleri %1,342 ile %2,059 arasında değişmekte ydi ve bu da TC kütlesinin %0,10'undan %4,50'sine bölünmüş nokta belirsizliklerine yol açarak sonuçlandı. Zayıflama düşüşünün istihdam değerleri gerçekten biraz öznel olmakla birlikte - özellikle optik özellikler nedeniyle bölünmüş noktadaki belirsizliği tahmin etmek için kullanılan faktör - bu örnekler bölünmüş nokta belirsizliğinin bağımlılığını vurgular özel analiz verileri üzerine. Örneğin, bölünmüş nokta belirsizliği nominal bölme noktasının çevresinde AVEC çiziminin eğimine duyarlıdır. Şekil 3'teki örnek verilere karşılık gelen "A" veri kümesini ve "D" veri kümesini göz önünde bulundurun; benzer kritik zayıflama düşüşlerine sahip olmasına rağmen, ilgili AVEC parsellerinin nispeten sığ ve dik eğimleri (örneğin, bkz. veri kümesi "A" için Şekil 3b) TC'nin %4,50 ve %0,10'luk en büyük ve en küçük bölünmüş noktası belirsizliklerini sağlar Mass. Buna ek olarak, örnek veriler, bölünme noktasındaki belirsizliğin etkisinin büyük ölçüde nominal OC ve EC kütlelerine göre ölçeğine bağlı olduğunu göstermektedir. "B" ve "C" örnek veri kümelerini göz önünde bulundurun; veri kümesi "C" %43 OC içerirken "B" veri seti %8'i içerir; ikinci sinde OC'nin düşük göreli miktarı, OC kitle belirsizliğinin neredeyse iki katına çıkmasıyla sonuçlanır. Eleştirel olarak, bu sonuçlar doğrudan analiz 'AVEC verileri ve genel karbon kütleleri bağlamında bölünmüş nokta belirsizlik dikkate gereksinimi vurgulamak.
Karbon kütlelerinde üretici tarafından bildirilen belirsizlikler de Tablo 4'tegösterilmiştir. Bu tahminler doğrudan kalibrasyon ve bölme noktasındaki belirsizlikleri dikkate almamakyerine, mi'nin belirli karbon bileşeninin nominal kütlesini temsil ettiği Eq. (1)26'dagösterilen sabit ilişkiler kullanılarak hesaplanır.
Bu sabit ilişkiler, OC ve/veya EC kütlesindeki tahmini belirsizliklerin TC kütlesinin yapay olarak daha az olmasını sağlar - bu durum, "A", "B" ve "D" veri kümelerinde olduğu gibi OC veya EC kütlesiTC kütlesinin üçte birinden az olduğunda ortaya çıkar. Bu sonuç fiziksel değildir, çünkü OC ve AK kütlelerinde göreceli belirsizlik TC kütlesiile sınırlandırılmalıdır, bu da bölünmüş nokta belirsizliğinin hesaplanan OC ve EC kütlelerine yayılmasının bir sonucudur. Tabloda kırmızı ve sarı vurgulanan hücreler, üreticiden Eq. (1) kullanırken karbon kütlesi belirsizliğinin altında ve aşırı tahminlerine karşılık gelir. Sabit denklemler, hesaplamalı TC kütlelerinin yeterince büyük olmasının bir sonucu olarak, dört örnek için de TC kütle belirsizliğini hafife almaktadır. Çoğu durumda, sabit denklemler OC (dataset "B") ve EC 'nin (dataset "D") Eq. (1) üzerinden aşırı tahmine neden olacak kadar küçük olması dışında, EC ve OC kütle belirsizliğini de hafife almamıştır. Eq. (1) aracılığıyla belirsizlikteki bu asimptotik artış, oc ve EC kütlelerindeki belirsizlik nedeniyle bölünmüş noktanın mutlak büyüklüğüne bağlı olduğundan mevcut yazılımla aynı fikirdedir; ancak, sabit denklemler aracılığıyla belirsizlikler, belirli analiz verileri bağlamında bölünmüş nokta belirsizliğini doğrudan dikkate alan ve yayan mevcut yazılımınkiyle izlenemez.
Sunulan yazılım aracında BIR MC çerçevesinin kullanılması, termal optik OC/EC analizlerinin doğrusal olmayan algoritmaları aracılığıyla bileşen belirsizliklerini doğru bir şekilde yaymak için gereklidir. Bununla birlikte, doğal olarak rasgele doğası gereği, MC yöntemlerinin deterministik olmadığını ve mc çekiliş/tekrar sayısının (bkz. protokol adımları 4.3.3 ve 6.5.2'ye bakınız) yetersiz olması durumunda tutarsız sonuçlar verme eğiliminde olduğunu belirtmek önemlidir . istatistiksel olarak küçük boyutlu örnek. Bu nedenle, OCECgokullanarak veri işlerken dikkate alınması gereken bir doğal tutarlılık vs hesaplama süresi trade-off vardır. Bu nedenle, kullanıcılara az sayıda MC çekilişi kullanarak verilerin ön işleme ve sorun giderme işlemlerini gerçekleştirmeleri önerilir (örn. 104). Hesaplamalar tatmin edici sonuçlar doğurduktan sonra, kullanıcı MC yönteminin ayrık ve rasgele yapısından daha az etkilenen bir sonuç elde etmek için MC çekiliş sayısını (106-108'e)artırmalıdır. Termal optik OC/EC analizlerinin gerekli "operasyonel tanımının" ötesinde, OC/EC verilerini hesaplamak ve raporlamak için OCECgo kullanılırken de tanınması gereken bu verilerin işlenmesinde başka sınırlamalar da vardır. İlk olarak, NDIR tabanlı araçlar (Malzeme Tablosundalistelenen gibi) düzeltilmesi gereken NDIR sinyalinde sürüklenme den muzdariptir. Bu protokolde (bkz. adım 6.3.2 ve OCECgo belgeleri), NDIR dedektöründeki sürüklenme düzeltmek için yeni bir yaklaşım isteğe bağlı olarak kullanıcı tarafından kullanılabilir. Yazarların deneyimlerinde bu, üreticinin standart doğrusal NDIR düzeltmesi üzerinde daha iyi sonuçlar verirken, bu NDIR düzeltmesindeki belirsizliğin ölçülmesi imkansız değilse ve bu nedenle hesapsız kalması durumunda zor olduğu unutulmamalıdır. karbon kütlelerinin hesaplanmasında belirsizlik bileşeni. Benzer bir şekilde, PC ve EC'nin optik özellikleri paylaştığı varsayımındaki belirsizliği ölçmek de zordur. Seçilirse (bkz. protokol adım 6.4.1), kritik zayıflama azaltma tekniği bu varsayımın etkisini öznel bir genişletme faktörü yle bağdaştirmaya çalışır. Daha da önemlisi, bu mutlaka sadece bir tahmindir ve kullanıcının bu genişleme faktörünün (yani kritik zayıflama düşüşünün) belirli verileri üzerindeki etkisini değerlendirmesi önerilir. OCECgo, yazarlar ve diğer ilgili işbirlikçiler tarafından sadece diğer enstrümanlarla arabirim yapmak için değil, aynı zamanda diğer kullanışlı, alana özgü işlevleri de içerecek şekilde kolayca genişletilebilecek bir açık kaynak aracı olarak sağlanır. Genel olarak, gelişmiş açık kaynak yazılım aracı ayrıntılı kalibrasyon prosedürü ile birleştiğinde aerosol numunelerde OC, EC ve TC kütlesinin daha doğru ölçümlerinin elde edilmesine yardımcı olurken, sağlam ölçüm hesaplamasını kolaylaştırmayı amaçlamaktadır. Belirsiz -likler.
Bu çalışma Kanada Doğa Bilimleri ve Mühendislik Araştırma Konseyi (NSERC) FlareNet Stratejik Ağ (Grant # 479641), NSERC Discovery Research Grants (Grant #06632 ve 522658) ve Natural Resources Canada (Proje Yöneticisi, Michael) tarafından desteklenmiştir. Katman). Yazarlar bu çalışmada temsili örnek olarak kullanılmak üzere ham veri dosyalarını paylaşanlara müteşekkiriz.