Том 1 (1109661), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В методах, основанных на химических реакциях, сам факт протекания реакции (и наблюдаемый при этом эффект, например, возникновение окраски) используют для целей качественного анализа. Ксли измерить количество вещества, вступившего в реакцию (в титриметрии, гравиметрии), либо скорость реакции (в кинетических методах), то можно извлечь и количественную информацию.
Химические реакции лежат в основе классических и электрохимических методов анализа, обсуждаемых, соответственно, в главе 2 и разделах 4.4-4.5. Сейчас идеи этих методов получили новое развитие в биохимических и иммунных методах анализа (раздел 8.3). Принципы анализа, основанные на физических взаимодействиях, реализуются в спектроскопических (глава 3), некоторых электрохимических (разделы 4.2 и 4.3) и хроматографических (глава 5) методах.
Подобные методы анализа часто называют инструментальными. Отметим, что без применения необходимой аппаратуры невозможна автоматизация анализа (раздел 7.1) — даже с использованием методов, основанных на протекании химических реакций. Обработка и представление данных Важной частью процесса анализа является обработка измеренных величин сигналов и преобразование их в аналитическую информацию — касающуюся природы и количества вещества, его химической структуры или пространственного распределения в образце. Благодаря непосредственному сопряжению аналитической и вычислительной техники значительную часть этой работы теперь выполняет компьютер. 'Гем более необходимой становится проверка правильности результатов анализа и их оценка статистическими методами, выполняемая химиком-аналитиком.
Основы наиболее важных из таких методов рассмотрены в разделе 1.3 и более углубленно— в разделе 6.1, посвященном хемометрике. Наконец, результаты анализа, включая их оценку, следует представить в виде отчета и обсудить в соответствии с сутью поставленной задачи. Все возрастающее значение правильности результатов (34 Г !. О. а, анализа (хотя бы по причине высокой ответственности принимаемых на их основе решений) делает чрезвычайно актуальной проблему обеспечения качества результатов анализа на максимально высоком уровне. В конце книги имеется раздел 8.4, рассматривающий требования к процедурам проверки и стандартизации методик анализа.
1.3. Аналитические характеристики и статистические оценки: от точности до СТОИМОСТИ При обсуждении качества анализа (особенно количественного) аналитик оперирует целым рядом величин и понятий. К ним относятся те, которые можно оценить в результате градуировки и статистической обработки данных: чувствительность, точность, воспроизводимость, правильность, а также предел обнаружения и граница определяемых содержаний. Характеристикой, определяющей возможности определения компонента в присутствии посторонних веществ, служит селективность (избирательность), а экономическими показателями — затраты ресурсов, стоимость и время анализа.
Градуировка и ее роль в процессе анализа Для определения содержания компонента на основе результатов измерений необходимо в процессе анализа хотя бы один раз выполнить градуировку. Цель граддировки — описание связи между величиной (интенсивностью) аналитического сигнала и массой, относительным содержанием либо концентрацией определяемого компонента с помощью градуировочной функции — как правило, прямолинейной (рис. 1.14). Мы будем выражать градуировочную функцию в виде следующего уравнения: у = Ьв+ Ь1х. (1.3) Свободный член Ьв (отрезок, отсекаемый градуировочной прямой на оси ординат), представляет собой сигнал фона. Сигнал фона -- это величина аналитического сигнала, соответствующая нулевой концентрации определяемого компонента.
Следует иметь в виду. что при обработке градуировочных данных численными методами сигнал фона, вообще говоря, всегда отличен от нуля. Если сигнал фона можно экспериментально измерить, то его можно вычитать из всех сигналов и представить уравнение градуировки в виде и = Ь1х. Для оценки значимости сигнала фона„рассчитанного математическими методами, следует применить соответствующие статистические тесты (раздел 6.1). сигнал, ьо концентрация, х Рис. 1.14. Линейная градуировочная функция, построенная по пяти значе- ниям концентраций х и соответствующим величинам сигнала у. Тангенс угла наклона градуировочной прямой, о1, называют коэффициентом чувствительности. В случае искривленной градуировочной функции значения коэффициента чувствительности в разных ее точках разные.
В этом случае обычно используют значение, соответствующее середине диапазона определяемых концентраций. Отметим, что термин «чувствительность обнаружения» ие следует использовать, поскольку он не имеет однозначного истолкования. Среди методов анализа различают абсолютные и относительные. К абсолютным методам относят те, в которых концентрацию определяют при помощи фундаментальных физических постоянных и законов, таких, как молярные массы и соотношения стехиометрии в гравиметрии и титриметрии (разделы 2.2--2.5), постоянная Фарадея и законы электролиза в кулонометрии (раздел 4.5). Абсолютные методы не нуждаются в градуировке (в самом крайнем случае градуировку можно выполнить один раз).
В относительных методах параметры градуировочной функции (коэффициент чувствительности и сигнал фона) следует каждый раз заново определять экспериментально. Методы, основанные на физических явлениях, как правило, являются относительными и требуют градуировки. Для нахождения неизвестной концентрации по измеренному значению аналитического сигнала рА необходимо решить уравнение (1.3) относительно концентрации хА.
В результате получим ана- (36 г !.О м литиче скую функцию: УА — бб аА = ь, (1.4) Применение метода добавок для учета матричных эффектов Особым способом градуировки является метод добавок. Применение этого метода призвано исключить влияние магприиы на результаты анализа, например, при анализе плазмы крови. В этом случае градуировочную функцию строят не отдельно от образца, используя серию специально приготовленных растворов различной концентрации, а непосредственно до6авллюги известные количества определяемого компонента к отдельным порциям раствора образца. Из результатов измерения растворов образца без добавок и с различными добавками находят неизвестную концентрацию компонента в образце, как показано на рис. 1.15.
х„О Рис. 1.1б. Градуировав по методу добавок: к пробе добавлены четыре раствора определяемого компонента известной концентрации. Из рис. 1.15 можно убедиться, что метод добавок позволяет проводить определение и в случае изменения коэффиииента чувствительности, обусловленного влиянием матрицы. Однако величина сиенала фона с помощью метода добавок не может быть найдена. При использовании метода добавок она должна быть точно известна.
Внутренний и внешний стандарт Для учета влияния различных внешних условий на результаты анализа следует измерять аналитический сигнал по отношению к сигналу некоторого стандарта. Если сигнал компонента, служащего стандартом, измерен отдельно от образца, такой стандарт называют внешним. Если же он вносится непосредственно в пробу либо в качестве стандарта используют один иэ компонентов самой пробы, он называется внутаренним стандартом. Метод внутреннего стандарта можно использовать и для проверки методик, если, к примеру, необходимо проконтролировать весь ход анализа от пробоподготовки до обработки результатов. В этом случае внутренний стандарт вносится в исходную пробу до начала выполнения анализа. Специальные требования, предъявляемые к внутренним и внешним стандартам, будут рассмотрены при обсуждении отдельных методов анализа.
Статистическая обработка результатов Результат анализа, не обработанный статистически, имеет малую ценность. Почему? Для ответа на этот вопрос рассмотрим следующую, вполне жизненную, ситуацию. В образце сточной воды трижды определено содержание фенола с помощью стандартной методики (германский стандарт П1М 38 409 Н 16). Найденное среднее значение составляет О, 51 г/л.
Предельно допустимая концентрация фенолов в сточных водах в странах ЕС составляет 0,5 г/л. Можно ли утверждать, что эта концентрацйя превышена? Без применения статистических тестов на этот вопрос ответить невозможно, поскольку величина О, 51 г/л есть среднее значение; в то же время необходимо учесть и степень разброса данных относительно этого среднего. В этом разделе будут рассмотрены лишь основы статистических методов обработки и оценки данных. Конкретные статистические тесты, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
