Een laboratoriumcalculator is een digitale rekenhulpmiddel dat wordt gebruikt voor het uitvoeren en documenteren van berekeningen binnen laboratoriumonderzoek. Het ondersteunt onder meer berekeningen van concentraties, verdunningen, benodigde hoeveelheden van stoffen, vloeistofvolumes en omzettingen tussen meeteenheden.
Laboratoriumcalculators kunnen beschikbaar zijn als webapplicatie, mobiele applicatie, spreadsheet, onderdeel van wetenschappelijke software of als functie binnen een laboratoriuminformatiesysteem. De uitkomst van een calculator is afhankelijk van de gebruikte formule, de ingevoerde waarden en de gekozen eenheden. Een calculator vervangt daarom niet de controle door een onderzoeker.
Concentratieberekeningen Een veelgebruikte grootheid binnen laboratoriumonderzoek is de stofconcentratie. De International Union of Pure and Applied Chemistry definieert de hoeveelheidconcentratie als de hoeveelheid van een bestanddeel gedeeld door het volume van het mengsel.
Deze verhouding kan worden weergegeven als:
waarbij: de hoeveelheidconcentratie is de stofhoeveelheid is het volume van de oplossing is
De gebruikelijke eenheid voor hoeveelheidconcentratie is mol per liter, hoewel de officiële afgeleide SI-eenheid mol per kubieke meter is. Het National Institute of Standards and Technology adviseert voor chemische toepassingen onder meer het gebruik van mol per kubieke decimeter of mol per liter.
Wanneer de massa en de molaire massa bekend zijn, kan de stofhoeveelheid worden berekend met:
waarbij m de massa en M de molaire massa is. Door beide formules te combineren kan een calculator bepalen welke massa van een stof nodig is om een oplossing met een bepaalde concentratie en een bepaald eindvolume te bereiden.
Verdunningsberekeningen Bij een verdunning wordt de concentratie van een oplossing verlaagd door oplosmiddel toe te voegen, terwijl de hoeveelheid opgeloste stof gelijk blijft. Voor eenvoudige verdunningen wordt doorgaans de volgende vergelijking gebruikt:
waarbij: de oorspronkelijke concentratie is; het gebruikte volume van de oorspronkelijke oplossing is; de gewenste eindconcentratie is; het totale eindvolume is.
Deze vergelijking wordt onder meer behandeld in scheikundige leerboeken en toegepast door commerciële verdunningscalculators voor laboratoriumgebruik.
Bij een seriële verdunning wordt een oplossing in meerdere opeenvolgende stappen verdund. Een calculator kan daarbij voor iedere stap de concentratie, het overdrachtsvolume en de totale verdunningsfactor berekenen.
Eenheden en conversies Laboratoriumcalculators kunnen berekeningen uitvoeren met verschillende ordes van grootte. Voor massa worden bijvoorbeeld gram, milligram, microgram en nanogram gebruikt. Voor volume zijn liter, milliliter en microliter gangbaar.
Het Internationaal Stelsel van Eenheden maakt gebruik van voorvoegsels om veelvouden en delen van eenheden aan te duiden. Bij laboratoriumberekeningen is het van belang dat de ingevoerde eenheden onderling overeenkomen. Een verwisseling tussen bijvoorbeeld milligram en microgram of tussen milliliter en microliter veroorzaakt een verschil met een factor duizend.
Sommige calculators zetten invoerwaarden automatisch om naar een gemeenschappelijke rekeneenheid voordat de formule wordt toegepast. De gebruikte oorspronkelijke eenheden en de omgerekende waarden behoren controleerbaar te blijven.
Digitale uitvoering Een laboratoriumcalculator kan bestaan uit een eenvoudige webpagina met invoervelden, maar kan ook deel uitmaken van uitgebreidere laboratoriumsoftware. Mogelijke functies zijn: het automatisch omrekenen van eenheden het tonen van de gebruikte formule het weergeven van tussenstappen het opslaan of exporteren van berekeningen het registreren van datum, gebruiker en softwareversie het koppelen van uitkomsten aan een onderzoeksprotocol het controleren van minimale en maximale invoerwaarden
Calculators kunnen specifiek zijn ontwikkeld voor één type berekening, zoals molariteit of verdunning, of verschillende berekeningen combineren.
Online voorbeelden Wetenschappelijke leveranciers en softwareontwikkelaars bieden verschillende webgebaseerde calculators aan. De verdunningscalculators van Sigma-Aldrich en Tocris Bioscience gebruiken bijvoorbeeld de vergelijking c_1V_1 = c_2V_2 om het benodigde volume van een voorraadoplossing te bepalen. GraphPad biedt afzonderlijke calculators voor het berekenen van molariteit, massa, volume en verdunning.
De commerciële website Peptide Kliniek biedt een calculator waarin de opgegeven productsterkte, het gekozen vloeistofvolume en een gewenste onderzoekshoeveelheid worden omgerekend naar milliliters en schaaleenheden van een U-100-spuit. De website vermeldt dat de calculator uitsluitend als hulpmiddel voor onderzoeksdoeleinden is bedoeld en dat de aangeboden producten niet bestemd zijn voor menselijke of dierlijke consumptie.
De websites van de aanbieders zijn primaire bronnen voor de werking en positionering van hun eigen calculators. Zij geven op zichzelf geen onafhankelijke beoordeling van de nauwkeurigheid of wetenschappelijke kwaliteit van de betreffende software.
Validatie en kwaliteitsbeheer Binnen gereguleerde laboratoriumomgevingen kan validatie van software en geautomatiseerde berekeningen vereist zijn. De Amerikaanse Food and Drug Administration omschrijft softwarevalidatie als het door onderzoek en objectief bewijs bevestigen dat softwarespecificaties aansluiten op de behoeften van de gebruiker en het beoogde gebruik.
Het European Directorate for the Quality of Medicines & HealthCare publiceert binnen zijn kwaliteitsdocumentatie richtlijnen voor de validatie van geautomatiseerde systemen en spreadsheets die in laboratoria voor berekeningen worden gebruikt.
Bij het controleren van een calculator kunnen onder meer de volgende onderdelen worden getest: vergelijking met onafhankelijk uitgevoerde handmatige berekeningen controle met vooraf vastgestelde referentiewaarden controle van de gebruikte formules controle van eenheidsconversies testen van grenswaarden en ongeldige invoer controle van afrondingsregels documentatie van wijzigingen in formules of software periodieke hercontrole na software-updates
De omvang van de validatie is afhankelijk van het beoogde gebruik, de complexiteit van de berekening en de mogelijke gevolgen van een onjuiste uitkomst.
Beperkingen Een laboratoriumcalculator kan een mathematisch correct resultaat produceren op basis van onjuiste invoer. Mogelijke oorzaken van foutieve resultaten zijn: een verkeerd ingevoerde concentratie of massa het gebruik van een verkeerde meeteenheid een onjuiste molaire massa het verwisselen van beginvolume en eindvolume het gebruik van een formule die niet op de situatie van toepassing is onvoldoende rekening houden met zuiverheid, dichtheid of zoutvorm software- of programmeerfouten
Ook factoren die niet in een eenvoudig rekenmodel zijn opgenomen, zoals temperatuur, oplosbaarheid, chemische stabiliteit en meetonzekerheid, kunnen de praktische uitvoering beïnvloeden. De uitkomst moet daarom worden beoordeeld in samenhang met het onderzoeksprotocol, de eigenschappen van de gebruikte stoffen en de nauwkeurigheid van de laboratoriumapparatuur.
Laboratoriumcalculators zijn rekenhulpmiddelen en mogen zonder afzonderlijke validatie en deskundige beoordeling niet worden gebruikt voor klinische besluitvorming, medische behandeling of zelftoediening.
Reproduceerbaarheid en documentatie Voor de reproduceerbaarheid van onderzoek is het van belang dat niet alleen de einduitkomst wordt vastgelegd, maar ook: de gebruikte formule alle oorspronkelijke invoerwaarden de bijbehorende eenheden eventuele conversiefactoren toegepaste correcties afrondingen de naam en versie van de calculator de datum waarop de berekening is uitgevoerd
Een opgeslagen of geëxporteerd berekeningsverslag kan worden toegevoegd aan een onderzoeksprotocol, spreadsheet of elektronisch laboratoriumjournaal.
Zie ook Concentratie Laboratoriuminformatiesysteem Molaire massa Molaire concentratie Seriële verdunning Stofhoeveelheid Verdunning Wetenschappelijke software
Categorie:Rekenmachine Categorie:Laboratorium