Методы измерения содержания компонента

Цель работы: Провести анализ текста методики выполнения измерений концентрации контролируемого компонента в анализируемом веществе конкретного объекта анализа, изложенной в стандарте на методы контроля, или в стандарте технических условий на продукцию в разделе «Методы испытаний (анализа)». Вычленить из текста методики метрологическую и аналитическую части. Описать способ сравнения с эталоном числа частиц контролируемого компонента при определении его содержания в конкретном анализируемом веществе. Составить перечень заданий для метролога, ответственного за обеспечение единства измерений в аналитической лаборатории.

Выполнение лабораторной работы по теме «Метрология. Методы измерения содержания компонента в пробе вещества объекта анализа» способствует углубленному освоению студентами теоретических положений изучаемой дисциплины «Метрология, стандартизация и сертификация», темы метрология – наука об измерениях, физическая величина и её измерение, виды и методы измерений, средства измерений, методика выполнения измерений.

Данная лабораторная работа является междисциплинарной, так как для её выполнения необходимы основные знания по дисциплине «Аналитическая химия». В то же время выполнение предлагаемой лабораторной работы позволит студентам химико-технологических специальностей понимать метрологическую сущность любых методов и методик химического анализа, которых в настоящее время более сотен тысяч разновидностей. Это будет полезно для более глубокого понимания параллельно изучаемой дисциплины «Аналитическая химия» и физических методов анализа, изучаемых студентами на третьем курсе, а также для выполнения выпускной дипломной работы по специальности.

Проделав данную лабораторную работу, студенты получат практические навыки подготовки способа сравнения с эталоном числа химических частиц при использовании химического и физического метода количественного анализа вещества.

1. Основы аналитической химии и химического анализа (для геологов): учебно-методическое пособие /Н.Н. Чернышова, О.А. Воронова; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во ТПУ, 2012. – 400 с.

2. Метрология, стандартизация и сертификация: учебное пособие / Н.П. Пикула, А.А. Бакибаев, О.А. Замараева, Е.В. Михеева, Н.Н. Чернышова; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во ТПУ, 2010. – 185 с.

3. Чернышова Н.Н. Метрология. Физические величины. Содержание компонента в пробе вещества объекта анализа. Вещество сравнения. Стандартные и градуировочные растворы компонента: методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Метрология, стандартизация, сертификация» для студентов II курса, обучающихся по направлению 240100 «Химическая технология» и 241000 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии». – Томск: Изд-во ТПУ, 2012. – 20 с.

4. ГОСТ Р 52361-2005 Национальный стандарт Российской Федерации. Контроль объекта аналитический. Термины и определения

5. Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология. – М.: Изд-во стандартов, 1991. – 492 с.

6. Основы аналитической химии: учебник в 2 кн. / Под ред. Ю. А. Золотова. – Кн.1: Общие вопросы. Методы разделения – М.: Высшая школа, 2004. – 539 с.

7. ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин».

8. Пикула Н. П. Метрология, стандартизация и сертификация [Электронный ресурс]: электрон. учеб. / Н. П. Пикула, Н. Н. Чернышова, С. Г. Антонова. – Электрон. дан. – Томск: TPU MOODLE, 2011. – URL: http://mdl.lcg.tpu.ru.

9. Чернышова Н.Н. Метрология, стандартизация, подтверждение соответствия. Презентации лекций. – 2010 (Персональный сайт ТПУ) http://www.portal.tpu.ru/SHARED/n/NNCH/

10. База данных НТБ ТПУ htth://www.lib.tpu.ru/Kodeks; (Нормы, правила, стандарты; Законодательство Российской Федерации)

Ознакомьтесь с текстом методики выполнения измерений содержания контролируемого компонента в веществе объекта анализа, изложенным в стандарте на методы контроля или в стандарте технических условий на продукцию, выданном преподавателем, проделайте следующие действия и ответьте на вопросы:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

1 РАЗРАБОТАН Техническим комитетом по стандартизации ТК 343 “Качество воды“

ВНЕСЕН Управлением агролегпрома и химической продукции Госстандарта России

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 27 октября 1998 г. N 383

Настоящий стандарт распространяется на питьевую воду и воду источников хозяйственно-питьевого водоснабжения и устанавливает метод определения содержания бора (ионов бората) флуориметрией в диапазоне измеряемых концентраций от 0,05 до 5,0 мг/дм

Метод основан на взаимодействии ионов бората с хромотроповой кислотой в присутствии трилона Б (маскирующего ионы металлов) с образованием флуоресцирующего комплекса и последующим измерением интенсивности его флуоресценции. Присутствие в воде до 1 г/дм

аммония, щелочных, щелочно-земельных элементов, магния, алюминия, до 100 мг/дм

фосфата, до 10 мг/дм

фторида, цинка, свинца, меди, железа не оказывает влияния на результат определения.

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 1770-74 Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки, колбы, пробирки. Общие технические условия

ГОСТ 4328-77 Натрия гидроокись. Технические условия

ГОСТ 6709-72 Вода дистиллированная. Технические условия

ГОСТ 7328-82 Меры массы общего назначения и образцовые. Технические условия

ГОСТ 10652-73 Соль динатриевая этилендиамин - N,N,N’,N’ - тетрауксусной кислоты 2-водная (трилон Б)

ГОСТ 14919-83 Электроплиты, электроплитки и жарочные электрошкафы бытовые. Общие технические условия

ГОСТ 24104-88 Весы лабораторные общего назначения и образцовые. Общие технические условия

ГОСТ 25336-82 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры

ГОСТ 29169-91 (ИСО 648-77) Посуда лабораторная стеклянная. Пипетки с одной отметкой

ГОСТ 29227-91 (ИСО 835-1-81) Посуда лабораторная стеклянная. Пипетки градуированные. Часть 1. Общие требования

3 Средства измерения, вспомогательное оборудование, реактивы

Анализатор жидкости флуоресцентный, позволяющий регистрировать флуоресценцию в области спектра 350-375 нм при возбуждении в области 310-325 нм.

Государственный стандартный образец состава раствора бора, 1 мг/см

(ГСО состава раствора бора) или государственный стандартный образец состава раствора ионов бората, 1 мг/см

(ГСО состава раствора ионов бората).

Весы лабораторные общего назначения, 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200 г по ГОСТ 24104.

Колбы мерные вместимостью 25, 50, 100, 200 и 500 см

2-го класса точности по ГОСТ 1770.

Пипетки с одной отметкой 2-го класса точности вместимостью 5, 10 и 20 см

исполнения 2 по ГОСТ 29169.

Пипетки градуированные 2-го класса точности вместимостью 1, 2, 5 и 10 см

по ГОСТ 29227.

Стаканы химические вместимостью 100, 250, 500 и 1000 см

по ГОСТ 25336.

Воронки лабораторные типа В-36 или В-75 по ГОСТ 25336.

Колбы плоскодонные вместимостью 500 см

типа П-1 по ГОСТ 25336.

Плитка электрическая с закрытой спиралью по ГОСТ 14919.

Трилон Б (этилендиамин N,N,N’,N’ - тетрауксусной кислоты динатриевая соль) по ГОСТ 10652, ч.д.а.

Динатриевая соль хромотроповой кислоты, 2-водная.

Примечание - Подготовку посуды проводят в соответствии с приложением А.

Пробу воды объемом не менее 100 см

отбирают в емкость из полиэтилена.

Определение бора в пробах воды проводят в течение 3 сут с момента отбора.

5 Порядок подготовки к проведению определения

5.1 Приготовление раствора динатриевой соли хромотроповой кислоты молярной концентрации 0,0025 моль/дм

Для приготовления раствора помещают 54,6 мг динатриевой соли хромотроповой кислоты в мерную колбу вместимостью 50 см

, растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды и затем разбавляют водой до метки.

Раствор пригоден для использования в течение 1 мес при хранении в емкости из стекла, не содержащего бора, или полиэтилена в темноте в нормальных климатических условиях.

Для приготовления раствора в колбу помещают 5,6 г трилона Б, растворяют в 50 см

горячей дистиллированной воды и, после охлаждения, переносят в мерную колбу вместимостью 100 см

, добавляют 10 см

раствора динатриевой соли хромотроповой кислоты по 5.1 и доводят до метки дистиллированной водой. Раствор готовят непосредственно перед использованием.

5.3 Приготовление раствора гидроокиси натрия с молярной концентрацией 0,1 моль/дм

Для приготовления раствора помещают в мерную колбу вместимостью 1000 см

200-300 см

дистиллированной воды, растворяют в ней 4 г гидроокиси натрия и доводят дистиллированной водой до метки. Раствор пригоден для использования в течение 2 мес при хранении в емкости из полиэтилена в нормальных климатических условиях.

5.4.1 Приготовление раствора бора массовой концентрации 100 мг/дм

Для приготовления раствора в мерную колбу вместимостью 50 см

помещают 5 см

ГСО состава раствора бора массовой концентрации 1 мг/см

и доводят до метки дистиллированной водой. Раствор пригоден для использования в течение 1 мес при хранении в емкости из полиэтилена в нормальных климатических условиях.

5.4.2 Приготовление раствора бора массовой концентрации 5 мг/дм

Для приготовления раствора в мерную колбу вместимостью 100 см

помещают 5 см

раствора бора концентрации 100 мг/дм

по 5.4.1 и доводят дистиллированной водой до метки. Раствор пригоден для использования в течение одной недели при хранении в емкости из полиэтилена в нормальных климатических условиях.

5.5.1 Приготовление раствора ионов бората массовой концентрации 200 мг/дм

Для приготовления раствора в мерную колбу вместимостью 25 см

помещают 5 см

ГСО состава раствора ионов бората массовой концентрации 1 мг/см

и доводят до метки дистиллированной водой. Концентрация бора в данном растворе составляет 36,7 мг/дм

Раствор пригоден для использования в течение двух недель при хранении в емкости из полиэтилена в нормальных климатических условиях.

5.5.2 Приготовление раствора ионов бората массовой концентрации 20 мг/дм

Для приготовления раствора в мерную колбу вместимостью 50 см

помещают 5 см

раствора бората концентрации 200 мг/дм

по 5.5.1 и доводят дистиллированной водой до метки. Концентрация бора в данном растворе составляет 3,67 мг/дм

Раствор пригоден для использования в течение одной недели при хранении в емкости из полиэтилена в нормальных климатических условиях.

5.6 Подготовка анализатора к измерениям и его градуировка

5.6.1 Подготовка прибора к работе проводится в соответствии с инструкцией изготовителя. Возбуждение флуоресценции проводится в интервале длин волн 310-325 нм, регистрация флуоресценции - в интервале 350-375 нм.

5.6.2 Градуировку анализатора осуществляют измерением интенсивности флуоресценции градуировочного раствора и холостой пробы.

5.6.3 Для приготовления градуировочного раствора в мерную колбу вместимостью 25 см

помещают 5 см

раствора бора по 5.4.2 массовой концентрации 5 мг/дм

или раствора ионов бората массовой концентрации 20 мг/дм

по 5.5.2, добавляют 5 см

смешанного реагента по 5.2. Содержимое колбы доводят до метки раствором гидроокиси натрия по 5.3, перемешивают и сразу же измеряют интенсивность флуоресценции

5.6.4 Для приготовления холостой пробы в мерную колбу вместимостью 25 см

помещают 5 см

дистиллированной воды, добавляют 5 см

5.6.5 При использовании анализатора, предусматривающего автоматическую градуировку, настройку режима “Фон“ проводят при помощи холостой пробы по 5.6.4; для настройки режима “Калибровка“ используют градуировочный раствор по 5.6.3.

5.6.6 Для получения результатов определения бора в “ручном режиме“ вычисляют градуировочный коэффициент

по формуле

(1)

где

- массовая концентрация бора в образце для градуировки, мг/дм

(

= 1 мг/дм

при использовании стандартного раствора бора по 5.4.2 или 0,73 мг/дм

при использовании стандартного раствора ионов бора по 5.5.2);

- интенсивность флуоресценции градуировочного раствора по 5.6.3, отн. ед.;

- интенсивность флуоресценции холостого образца по 5.6.4, отн. ед.

В мерную колбу вместимостью 25 см

помещают 5 см

пробы воды, добавляют 5 см

смешанного реагента по 5.2, содержимое колбы доводят до метки раствором гидроокиси натрия по 5.3, перемешивают и сразу же измеряют интенсивность флуоресценции

или массовую концентрацию бора

при помощи анализатора.

7 Правила обработки результатов определения

7.1 При использовании анализатора, допускающего автоматическую градуировку, массовую концентрацию бора в пробе

, мг/дм

, определяют на анализаторе по разделу 6.

7.2 При измерениях в “ручном режиме“ массовую концентрацию бора в пробе

, мг/дм

, вычисляют по формуле

где

- градуировочный коэффициент, вычисленный по 5.6.6;

- интенсивность флуоресценции пробы, измеренная прибором по разделу 6, отн. ед.;

- интенсивность флуоресценции холостой пробы, измеренная прибором по 5.6.4, отн. ед.

Для расчета массовой концентрации ионов бората в пробе воды полученные значения концентрации бора необходимо умножить на коэффициент 5,4.

8.1 Погрешность результатов определения при вероятности

= 0,95 приведена в таблице 1.

8.2 Нормативы контроля точности при вероятности

= 0,95 и числе измерений

= 2 приведены в таблице 2.

8.3 За результат определения принимают среднее арифметическое не менее двух параллельных определений, расхождение между которыми не должно превышать значения норматива сходимости

. Числовое значение результата определения должно оканчиваться цифрой того же разряда, что и значение допускаемого расхождения результатов параллельных определений.

8.4 Контроль точности измерений проводят в соответствии с правилами, изложенными в приложении Б.

Полученные результаты анализа регистрируют в протоколах, в которых указывают:

- результат измерения с указанием погрешности;

Подготовка химической посуды для выполнения определений

При выполнении определений необходимо соблюдать чистоту химической посуды, руководствуясь следующими правилами:

A.1 Для мытья химической посуды необходимо использовать концентрированную серную или концентрированную азотную кислоту. Не допускается использовать соду, щелочи, все виды синтетических моющих средств, хромовую смесь.

Посуду предварительно моют водопроводной водой, затем наливают на 1/2 объема кислоту, тщательно обмывают ею всю внутреннюю поверхность, а затем выливают в специальный сосуд.

Пипетки с использованием груши не менее трех раз промывают кислотой, заполняя ею пипетки выше метки. Посуду промывают дистиллированной водой не менее 5 раз.

А.2 Для отбора каждого раствора необходимо использовать отдельную пипетку.

А.3 Для испытаний необходимо иметь отдельный набор посуды, который используют только для определения бора.

А.4 Для хранения растворов, за исключением приготовляемых непосредственно перед выполнением анализа, необходимо использовать посуду из полиэтилена, кварца или стекла, не содержащего бор.

Б.1.1 Контроль воспроизводимости осуществляют путем сравнения результатов контрольных испытаний (анализов) одной и той же пробы, выполненных по методу настоящего стандарта разными исполнителями, на разном оборудовании, с использованием реактивов разных партий, в разное время.

Б.1.2 Для контрольных испытаний объем пробы должен соответствовать удвоенному объему, предусмотренному методом настоящего стандарта. Пробу делят на две равные части и проводят испытания в соответствии с Б.1.1.

Б.1.3 Результат контроля считают удовлетворительным при условии

где

- результаты анализа пробы, полученные по Б.1.1, соответственно разными исполнителями, мг/дм

;

- воспроизводимость (допускаемое расхождение между двумя результатами анализа одной и той же пробы), приведена в таблице 2 настоящего стандарта.

Если условие не выполняется, эксперимент повторяют. При повторном получении отрицательного результата выясняют причины, приводящие к неудовлетворительным результатам контроля, и устраняют их.

Б.2.1 Контроль погрешности выполняют методом добавок.

Б.2.2 Для контрольных испытаний объем пробы должен соответствовать удвоенному объему, предусмотренному методом настоящего стандарта.

Отобранный объем реальной пробы воды делят на две равные части, первую из которых анализируют в точном соответствии с методом настоящего стандарта, и получают результат анализа пробы

. Во вторую часть вносят добавку бора (или бората)

, используя градуировочные растворы или государственные стандартные образцы состава растворов бора или бората, и анализируют в соответствии с методом настоящего стандарта, получая результат анализа пробы с добавкой

. Величина добавки должна составлять 30-100% обнаруженного содержания

. При необнаружении анализируемого компонента в исходной пробе воды добавка должна в 2-5 раз превышать концентрацию, соответствующую нижней границе диапазона измерения.

Результат контроля считают удовлетворительным при выполнении условия

- норматив контроля погрешности, %, приведенный в таблице 2 настоящего стандарта.

Из названия стандарта и «1. Область применения» следует, что анализируемое вещество- вещество питьевой воды; определяемый компонент – элемент бор; метод анализа – флуориметрия

2. Определите, какой способ сравнения с эталоном используется в данном методе измерения содержания определяемого компонента в пробе анализируемого вещества?

В данном методе использован физический способ сравнения с эталоном при определении массовой концентрации бора в питьевой воде, так как измеряется физическое свойство определяемого компонента, интенсивность которого связана с содержанием этого компонента в пробе анализируемого вещества питьевой воды. Об этом можно узнать из разделов 1, 3, и 5,6 и 7:

. Метод основан на взаимодействии ионов бората с хромотроповой кислотой в присутствии трилона Б (маскирующего ионы металлов) с образованием флуоресцирующего комплекса и последующим измерением интенсивности его флуоресценции.…

3 Средства измерения, вспомогательное оборудование, реактивы

В данной методике применен метод флуориметрии*. Флюориметрический метод химического анализа относится к оптическим (физическим) методам химического анализа, которые студенты изучают в 6-ом семестре, дисциплина «Аналитическая химия, часть П».

В этом методе концентрацию бора измеряют косвенно, через интенсивность флуоресценции комплекса ионов бората с хромотроповой кислотой, которая будет пропорциональна количеству образовавшегося комплекса, а оно, в свою очередь, пропорционально содержанию бора в пробе вещества питьевой воды.

Пробу вещества питьевой воды, помещенную в кювету, облучают интенсивным ультрафиолетовым светом от источника излучения. Эта энергия может быть поглощена некоторыми молекулами. Поглощенная энергия вызывает переход молекул из основного состояния в возбужденное состояние. В возбуждённом состоянии молекулы могут находиться порядка 10^-9 с, далее они возвращаются в основное состояние, излучая запасенную избыточную энергию в виде света. Длина волны излученного света больше длины волны облучающего света. Интенсивность излученного света пропорцианальна содержанию молекул, поглотивших УФ-излучение. Далее интенсивность излученного света может быть преобразована в флуориметре в величину электрического тока с помощью фотоэлемента или фотоумножителя, и измерена либо как относительная интенсивность, либо в единицах оптической плотности.

По данной МВИ визуально регистрируется как показание шкалы с делениями, отградуированной в единицах относительной интенсивности флуоресценции, аналитический (выходной) сигнал,

^, отн. ед., – интенсивность флуоресценции пробы анализируемого вещества.

* С методом флуориметрии и другими методами анализа можно ознакомиться, например, по [Васильев В.П. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. – Ч.2. – М.: Высшая школа, 1989. – 384 с.; Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. /Под ред. О.М.Петрухина. – М.: Химия, 2001. – 496 с.]

Входная величина – концентрация бора. В первичном измерительном преобразователе формируется пропорциональный ей измерительный сигнал флуоресценции комплексного соединения ионов бората с хромотроповой кислотой (1 Область применения). В промежуточном преобразователе световой сигнал преобразуют в электрический с помощью фотоумножителя [Васильев В.П. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. – Ч.2. – М.: Высшая школа, 1989. – 384 с.; Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. /Под ред. О.М.Петрухина. – М.: Химия 2001. – 496 с.]. Интенсивность флуоресценции – выходной (аналитический) сигнал регистрируют со шкалы прибора в относительных единицах (6 Порядок проведения определения, 7 Правила обработки результатов определения)

Вещество сравнения в данной методике анализа представляет собой Государственный стандартный образец состава раствора бора, 1 мг/см

(ГСО состава раствора бора) или государственный стандартный образец состава раствора ионов бората, 1 мг/см

(ГСО состава раствора ионов бората), он и представляет собой эталон числа частиц атомов бора.

5 Порядок подготовки к проведению определения

5.4.1 Приготовление раствора бора массовой концентрации 100 мг/дм

Для приготовления раствора в мерную колбу вместимостью 50 см

помещают 5 см

ГСО состава раствора бора массовой концентрации 1 мг/см

5.4.2 Приготовление раствора бора массовой концентрации 5 мг/дм

Для приготовления раствора в мерную колбу вместимостью 100 см

помещают 5 см

раствора бора концентрации 100 мг/дм

5.6.3 Для приготовления градуировочного раствора в мерную колбу вместимостью 25 см

помещают 5 см

раствора бора по 5.4.2 массовой концентрации 5 мг/дм

или раствора ионов бората массовой концентрации 20 мг/дм

по 5.5.2, добавляют 5 см

5.6.4 Для приготовления холостой пробы в мерную колбу вместимостью 25 см

помещают 5 см

дистиллированной воды, добавляют 5 см

5.6 Подготовка анализатора к измерениям и его градуировка

5.6.1 Подготовка прибора к работе проводится в соответствии с инструкцией изготовителя. Возбуждение флуоресценции проводится в интервале длин волн 310 – 325 нм, регистрация флуоресценции – в интервале 350 – 375 нм.

5.6.6 Для получения результатов определения бора в “ручном режиме“ вычисляют градуировочный коэффициент

по формуле

где

– массовая концентрация бора в образце для градуировки, мг/дм

(

= 1 мг/дм

при использовании стандартного раствора бора по 5.4.2 или 0,73 мг/дм

при использовании стандартного раствора ионов бора по 5.5.2);

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: