Файл: стр_193-222___Metody_analiza_i_kontrolya_veshch (1).docx

23

23

12

12

cc yy

cc yy

x y

S .

Чем выше S, тем точнее можно определить одно и тоже количество

вещества. Поэтому, стремясь увеличить S, используют приемы концен- трирования, увеличения чувствительности аппаратуры, создания новых реагентов.

Обычно проводят несколько параллельных определений (3–5). Средний результат называется результатом анализа, его обозначают c или x . Отклонение от истинного содержания называют погрешностью.

Контрольные вопросы

1. Какие причины вызывают систематические и случайные ошибки анализа, грубые ошибки?

2. Как вычислить наиболее вероятную величину x, если при n измере- ниях получены значения: x1, x2, x3,..., xn?

3. Чем характеризуется случайная ошибка анализа? 4. Какие величины используют для оценки точности результата ана-

лиза? 5. Как вычислить стандартное отклонение среднего результата? 6. Что характеризует коэффициент Стьюдента tP,f? От каких факторов

зависит t-коэффициент? 7. Чему равна статистическая надежность α для серийных анализов? 8. Что такое точность измерений? 9. Чему равен доверительный интервал и что он характеризует? 10. Какие методы обнаружения грубых ошибок (промахов) используют

в математической статистике?

Тестовые вопросы к главе 2

1. Погрешность, которая в ходе измерения одной и той же величины остается постоянной или изменяется закономерным образом, назы- вается:

23

a) систематической; b) грубой; c) случайной; d) относительной.

2. С помощью относительного стандартного отклонения характери- зуют: a) правильность; b) селективность; c) воспроизводимость; d) чувствительность.

3. При нулевом методе измерений регистрируется: a) сигнал; b) величина; c) факт отсутствия сигнала.

4. Методы отклонений, нулевой и разностный относятся к методам: a) исследования; b) оценки ошибок измерений; c) измерений.

5. Отклонение интересующей нас величины от какого-либо стандарта измеряется: a) разностным методом; b) методом отклонения; c) нулевым методом.

6. Факт отсутствия сигнала измеряется: a) разностным методом; b) методом отклонения; c) нулевым методом.

7. Разброс результатов отдельных измерений вокруг среднего значе- ния: a) дисперсия; b) плотность вероятности; c) среднее квадратичное отклонение.

8. Результаты измерений лучше у того экспериментатора, у кого меньше расчетное значение: a) относительной погрешности; b) абсолютной погрешности.

9. Косвенные измерения – это такие измерения, при которых: a) применяется метод наиболее быстрого определения измеряе-

мой величины;

24

b) искомое значение величины определяют на основании резуль- татов прямых измерений других физических величин, связан- ных с искомой известной функциональной зависимостью;

c) искомое значение физической величины определяют путем сравнения с мерой этой величины.

10. Абсолютная погрешность измерения: a) абсолютное значение разности между двумя последователь-

ными результатами измерения; b) составляющая погрешности измерений, обусловленная несо-

вершенством принятого метода измерений; c) являющаяся следствием влияния отклонения в сторону какого-

либо из параметров, характеризующих условия измерения; d) разность между измеренным и действительным значением из-

меряемой величины. 11. Погрешностью результата измерений называется:

a) отклонение результатов последовательных измерений одной и той же пробы;

b) разность показаний двух разных приборов полученных на од- ной и той же пробе;

c) отклонение результатов измерений от истинного (действи- тельного) значения;

d) разность показаний двух однотипных приборов полученных на одной и той же пробе;

e) отклонение результатов измерений одной и той же пробы с помощью различных методик.

12. Систематическая погрешность: a) не зависит от значения измеряемой величины; b) зависит от значения измеряемой величины; c) составляющая погрешности, повторяющаяся в серии измере-

ний; d) разность между измеренным и действительным значением из-

меряемой величины.

25

Глава 3. Спектральные методы исследования веществ

Важную информацию о строении и свойствах вещества получают при исследовании уровней энергии атомов, молекул и образованных из них макроскопических систем, квантовых переходов между уровнями энергии методами спектроскопии.

Спектроскопия – изучение спектров взаимодействия излучения (в том числе электромагнитного излучения, акустических волн и т. д.) с веществом.

Прямая задача спектроскопии – предсказание вида спектра веще- ства исходя из знаний о его строении, составе и т. д.

Обратная задача спектроскопии – определение характеристик ве- щества (не являющихся непосредственно наблюдаемыми величинами) по свойствам его спектров (которые наблюдаются непосредственно и напрямую зависят как от определяемых характеристик, так и от внеш- них факторов).

Деление спектроскопии может быть произведено по различным признакам.

По диапазонам длин (или частот) электромагнитных волн (рис. 3.1) в спектроскопии выделяют: радиоспектроскопию, охватывающую всю область радиоволн; оптическую спектроскопию, изучающую оптиче- ские спектры и содержащую инфракрасную спектроскопию; спектро- скопию видимого излучения и ультрафиолетовую спектроскопию; рент- геновскую спектроскопию и гамма-спектроскопию.

Рис. 3.1. Шкала частот электромагнитных волн

26

Специфика каждого из этих разделов спектроскопии основана на особенностях электромагнитных волн соответствующего диапазона и методах их исследования. В радиоспектроскопии применяются радио- технические методы, в рентгеновской – методы исследования рентге- новских лучей, в гамма-спектроскопии – экспериментальные методы ядерной физики, в оптической спектроскопии – оптические методы в сочетании с методами современной радиоэлектроники.

По свойствам атомных систем выделяют: ядерную спектроскопию (уровни энергии атомных ядер и пе-

реходы между этими уровнями); атомную спектроскопию (электронные уровни энергии ато-

мов и переходы между ними); молекулярную спектроскопию (электронные, колебательные и

вращательные уровни молекул и переходы между ними); спектроскопию конденсированных систем – кристаллов,

аморфных тел, жидкостей (уровни энергии этих сложных систем и пе- реходы между ними, например, спектроскопия кристаллов).

Классификация спектрального анализа по решаемым задачам: элементный (состав пробы по элементам); изотопный (состав пробы по изотопам); молекулярный (молекулярный состав пробы); структурный (все или основные структурные составляющие

молекулярного соединения). По характеру получаемых результатов выделяют: качественный (определение состава – количественное соот-

ношение по оценке – много, мало, очень мало, следы); полуколичественный (оценка содержания компонентов в опре-

деленных интервалах концентраций, например для сортировки металла, оценки геологических проб);

количественный (точное количественное содержание элемен- тов в пробе).

По применяемым методам выделяют следующие виды спектраль- ного анализа:

эмиссионный (спектры излучения атомов; в пламени – опреде- ление состава радикалов; анализ молекулярного состава);

абсорбционный (спектры поглощения молекул и их структур- ных частей);

комбинационный (спектры комбинационного рассеяния при возбуждении монохроматическим излучением);

27

люминесцентный (люминесценция пробы при возбуждении УФ и X-Ray);

рентгеновский: рентгеновские спектры атомов (переходы внутренних e

– ); дифракция X-Ray (структура вещества);

радиоспектроскопический: спектры поглощения молекул в микроволновом участке спектра с λ > 1 мм; спектры поглощения моле- кул в радиоволновом участке спектра (ЯМР);

атомно-ионизационный (возбуждение пробы лазером и реги- страция заряда ионов);

особую область исследований представляет ядерная спектро- скопия, в которую включают гамма- (относится к спектрометрии элек- тромагнитного излучения), альфа- и бета-спектроскопии.

По способу регистрации спектров выделяют: визуальные (наблюдение спектров). В видимой области (спек-

троскопы (стилоскоп, стилометр). В УФ области флуоресцирующие экраны. В ИК области – ЭОПы (до 1200 нм);

фотографические (фотоматериалы с последующей обработ- кой);

фотоэлектрические (методы прямого анализа – фотоэлементы и ФЭУ для УФ, видимой и ближней ИК-областей, фотосопротивления – средняя ИК-область);

термоэлектрические (термоэлементы, болометры для далекой ИК области).

Кроме того, в соответствии с различием конкретных эксперимен- тальных методов выделяют и отдельные разделы спектрометрии. Например, в оптической – интерференционную спектроскопию, осно- ванную на использовании интерференции и применении интерферомет- ров; вакуумную спектроскопию; лазерную, основанную на применении лазеров. Одним из разделов ультрафиолетовой и рентгеновской спек- трометрии является фотоэлектронная спектроскопия, основанная на анализе энергий электронов, вырываемых из вещества при поглощении ультрафиолетовых и рентгеновских фотонов.

В качестве источников возбуждения в спектральном анализе рас- сматриваются:

пламя (достоинства – высокая стабильность температуры; вы- сокая точность измерений ~ 3 %; недостатки – относительно невысокие температуры (2000–5000 °С); преимущественное использование в атом- ной абсорбционной и флуоресцентной спектроскопии);

28

дуга (дуговой разряд неустойчивый; перемещение катодных и анодных пятен по поверхности электродов; воспроизводимость резуль- татов невелика);

искра (области использования: анализ трудновозбудимых эле- ментов, изучение излучения ионов, исследование локального анализа образца, неразрушающий анализ образцов);

тлеющий разряд (малая температура, ионная ~ 800 K, элек- тронная ~ 1000 K); малое допплеровское уширение; возможность по- слойного анализа, послойное разрешение до 0,1 мкм, глубина ~ 100 мкм);

плазмотрон (достоинства – температура ~ 50000 С при высо- кой стабильности);

индуктивно связанная плазма (температура ~ 10000 К, в ана- литической зоне ~ 6500 К; малые химические помехи; минимальная ре- абсорбция – плазма оптически тонкая; низкий спектральный фон).