16
Γ-1 ΕΝΟΤΗΤΑ Γ ΘΕΩΡΙΑ ∆ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑΣ Καθηγητή Κων/νου Ευσταθίου, Εργαστήριο Αναλυτικής Χημείας Πανεπιστημίου Αθηνών 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η δειγματοληψία (sampling) συχνά αναφέρεται ως η βάση της χημικής ανάλυσης. Σκοπός της δειγματοληψίας είναι η παρασκευή μικρής ποσότητας ουσίας, αντιπροσωπευτικής ως προς τη σύνθεση και τις λοιπές φυσικές και χημικές ιδιότητες μιας κατά πολύ μεγαλύτερης ποσό- τητας, η οποία ευρίσκεται ή πρόκειται να τεθεί υπό χημικό έλεγχο. Μια ποσότητα που πρό- κειται να υποστεί τις όποιες χημικές και φυσικοχημικές διαδικασίες, η οποία σπάνια ξεπερ- νάει το 1 g, μπορεί να αντιπροσωπεύει τεράστιες ποσότητες της υπό έλεγχο ύλης, όπως ένα φορτίο ορυκτού σε πλοίο (10.000 - 100.000 τόνοι ή 10 10 - 10 11 g) ή ύδατα ενός ποταμού με ροή 10 13 -10 15 g/ημέρα. Mερικά υλικά δειγματοληπτούνται εύκολα. 1 mL φλεβικού αίματος αντιπροσωπεύει ικανοποι- ητικά το φλεβικό αίμα του ασθενούς κατά τη στιγμή της δειγματοληψίας. Αντίθετα, η δειγμα- τοληψία ορυκτού για τον προσδιορισμό χρυσού, η δειγματοληψία ιζήματος ποταμού για προσδιορισμό οργανοϋδραργυρικών ενώσεων, η δειγματοληψία φυστικιών από μια αποθήκη για τον προσδιορισμό αφλατοξίνης δεν είναι εξίσου εύκολες. Μόλις ληφθεί η κύρια μάζα του δείγματος απαιτούνται αρκετά επιπλέον και συχνά κυκλικώς επαναλαμβανόμενα στάδια, όπως: Θραύση Υποδιαίρεση Κονιοποίηση ώστε η αρχικά διατιθέμενη ποσότητα δείγματος να φθάσει στην απαραίτητη για την ανάλυση ποσότητα, χωρίς να χάνει την αντιπροσωπευτικότητά της. Κάθε ένα από τα προηγούμενα στάδια μπορεί να προκαλέσει διαχωρισμούς (segregations) ή/και απώλειες της προσδιοριζό- μενης ουσίας, που θα οδηγήσουν σε συστηματικά αναλυτικά λάθη. Είναι αυτονόητο ότι οι συνέπειες μιας κακής δειγματοληψίας δεν αίρονται με μια προσεκτική και εξαιρετικής ακρίβειας χημική ανάλυση και φυσικά μπορεί να είναι καταστροφικές για την υγεία, το περιβάλλον και την οικονομία. Το κλάσμα άζα δείγματος) / άζα ελεγχόμενης ύλης) μπορεί να κυμαίνεται σε ευρύτατα όρια. Οι ιδιότητες που πρέπει να πληροί το δείγμα είναι: Να αντιπροσωπεύει πιστά τις ιδιότητες της υπό έλεγχο ύλης: σύνθεση, χρώμα, κρυσταλλι- κότητα, κ.λπ. Να έχει μέγεθος κατάλληλο για χειρισμό από τη συσκευή δειγματοληψίας. Να έχει μέγεθος κατάλληλο για να το χειρισθεί ο αναλυτής (τυπικά 0,001 - 1 g). Να διατηρεί τις ιδιότητες της υπό έλεγχο ύλης κατά τη δειγματοληψία ή αυτές να μετα- βάλλονται κατά τον ίδιο τρόπο που μεταβάλλονται και σε εκείνη. Η χρησιμότητα ενός αναλυτικού αποτελέσματος ποτέ δεν μπορεί να είναι καλύτερη από την ποιότητα του χρησιμοποιηθέντος δείγματος

ΘΕΩΡΙΑ ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑΣ

  • Upload
    kir223

  • View
    7

  • Download
    2

Embed Size (px)

Citation preview

  • -1

    / ,

    1. (sampling) . , -, . - , - 1 g, , (10.000 - 100.000 1010 - 1011 g) 1013 -1015 g/. M . 1 mL - . , - , , . , : , . (segregations) / - , . , . ( ) / ( ) . : : , , -

    , .. . ( 0,001 - 1 g). -

    .

  • -2

    , .. , .

    . , , .. , , , - , .. . , . . , , . 1.1. (object) . - (.. - ). , , . , . , . (sample) . - , : , . 1.1 1.2. 1.2 1-2: (sample): (portion) .

    . (increment): -

    , / . - () - .

  • -3

    (gradient)

    1-1. ( ) (laboratory sample): -

    , . - - .

    (test portion). : (specimen), (test unit), (aliquot).

    (bulk sample): Y , , , , . .. , , - .

    (reduction): H .

    (subsample): .

    . , .

    (homogeneity): . . - 1 g, mg .

    ( -

    )

    - -

    - -

  • -4

    S

    1-2. . (lot):

    . (population):

    . - .

    (stratum): T .

    (segment): , . (gross sample): M

    (record) ( ).

    / /

    (object / lot / population)

    (increment)

    (increment)

    (sample)

    (sample)

    (sample)

    / (Gross sample / Bulk sample)

    (subsample)

    (subsample)

    (subsample)

    (subsample)

    (test portion)

  • -5

    1.2 . . . (representativeness). - (size), (stability) (cost). , (discriminating power) (speed). H - ( ) , . ( - ). . ( ) -, . : . 1.2.1 - : 1. ,

    (bias). . 2.

    . .. , . - , . , .

    3. . .. , , , , , ( : ).

    4. . .. , -, , , (, , ).

    5. . - , . , - , . - (.. - ) . -, , .

  • -6

    2. 2.1 , .. , , (test portion), (.. % (material vari-ance), m2. () , - , - , , (x1, x2, , xN), . ( m), - o . : , m. H -. ( , ). , , , . . - . (s), A (.. ) (. m )1.

    2.2. Ingamells - O ngamells2 , :

    sKRW2 = (2-1)

    W , R (R = 100ss /x) s . - (sampling constant) , R 1% 68% () - 1%. s W a . s , W , - R%. 2.2., a24

    1 (.. 1,0 - 1,5 g) . 2 C.O. Ingamells, P. Switzer, Talanta, 20, 547 (1973); C.O. Ingamells, Talanta, 21, 141 (1974); 23, 263 (1976).

  • -7

    , - NBS 3.

    2-1. ( ) (.. %

    ) : ) , ) ) , W1, W2 (W2>>W1). , - - .

    2-2. ( / ) -

    . 2-2 , 1% (. 2,4 g1 s1) 35 g. 1 g, 5%. 2.3. Visman O Visman -. -, (homogeneity constant) , Ingamell (segregation constant) B, :

    ss

    2s n

    Bnw

    As += (2-2)

    3 S. H. Harrison and R. Zeisler, NBS Internal Report 80-2164, C. W. Reimann, R. A. Velapoldi, L. B. Hagan, and J. K. Taylor, Eds, U.S. National Bureau of Standards, Washington, D.C., 1980, p 66.

  • -8

    w ns ns . = 0, (2-2) - Ingamells. R = 100 ss /x, Ingamells Visman :

    s24 Kx10A = (2-3)

    -, . - ss2 , (, ) (2-2), ( - -) . , , . 2.4. . , , . (.. , , , ). ns, - ss2 x R, :

    22

    2s

    2theor

    sxR

    stn = (2-4)

    ns , ns . , - ( ) ss2 >> sa2 (sa2 : ). , - . ss2 x . ttheor - t (Students t) ns 1 4. (2-4) , ttheor ns. : - (.. 95%) 1,960, . [ ttheor = 1,645 2,576 - 90% 99%, ( t)]. (2-4) -

    4 , , - . ( ) - (finite population correction), (2-4) (1n/N)1/2.

  • -9

    ns. ttheor ns. H - (iterative) ns. (2-4) (Gauss) , . _____________________________

    2-1. 10 mg/g. H 0,1 mg/g 1 g. 1 g -, 1% (R=0,01) 95%. . ns (2-4) ttheor = 1,96 : = : ns = (1,9620,12) / (0,012102) = 3,84 4 = 4 1 ns = (3,18220,12) / (0,012102) = 10,12 10 = 10 1 ns = (2,26220,12) / (0,012102) = 5,12 5 = 5 1 ns = (2,77620,12) / (0,012102) = 7,71 8 = 8 1 ns = (2,36520,12) / (0,012102) = 5,59 6 = 6 1 ns = (2,57120,12) / (0,012102) = 6,61 7 = 7 1 ns = (2,44720,12) / (0,012102) = 5,98 6 . 6 . [: n=6 : ttheors / ns = 2,5710,1 / 6 = 0,105 (0,105100/10) = 1,05% ( ns = 7 : 0,89%]. 2.2 , M. H , . , . (.. ). , - . , (pseudorandom) . -. 1 m 100 .. 2 . - , - .., ( / - . ( ) . - , Nyquist ( ): , - , -

  • -10

    . ( f), - ( (2f).

    2.3 f fS.

    - fS/f

  • -11

    (2-6) -. ,

    2s

    2a = (2-7)

    (2-6) :

    +=

    s

    2

    as

    2s2

    o n

    n

    n

    s (2-8)

    (2-8) : 1. , ns na , -

    s2. 2. , nans ,

    , ns. 12 , 6 2 , 4 - 3 .

    3. . , -

    , (/na)(s2/ns) s2/ns . - a2. :

    1/3 , .

    , , , . - . . (2-8) / (cost/benefit). ( + , ..) Cs Ca , C ns na , :

    aCnnCnC asss += (2-9)

    , (2-8), (2-9) :

    ( t - , .. 95%) , - e2. A - (2-8).

  • -12

    ( )aasa

    2

    2a

    2

    2s CnC

    n

    C +

    += (2-10)

    (2-10) na dC/dna , , - (). , :

    2/1

    a

    s

    s

    aa C

    Cn

    = (2-11)

    2

    s

    2a2

    s

    s n

    n+

    = (2-12) _____________________________

    2-1. 2,7% 1 kg. T - . - 0,7%. - - - : ) 3 ( ) 8 . ) 12 ( ) 2 . ) ( , , , ) 500 EU/ 10 EU/, 1,0%; ) ; . ( ) : ) (2-8) : = [ (2,7)2 / 3 + 0,72 / (38) ]1/2 = 1,56% ) : = [ (2,7)2 / 12 + 0,72 / (122) ]1/2 = 0,792% ) (2-11) : na = (0,7 / 2,7)(500 / 10)1/2 = 1,83 2 (2-12) : ns = [ 2,72 + (0,72 / 2) ] / 1,22 = 5,23 5 E : 5 - 2 / ( 10 ). [: (2-8) : = [ (2,7)2 / 5 + 0,72 / (52) ]1/2 = 1,23% . , 1,2% - na ns ]

  • -13

    ) : C = (5 )(500 EU/ ) + (10 )(10 EU/) = 2600 EU _____________________________ 2.3. ( ) (stratified sampling) . . 2-8:

    asb

    2a

    sb

    2s

    b

    2b2

    o nnn

    nn

    n

    ++= (2-13) nb , b2 - (between strata variance), ns s2 (within strata variance). E , . (2-13) ns, nb na. Cb, Cs Ca , :

    aasbssbbb CnnnCnnCnC ++= (2-14)

    , nb, ns na C : ( )

    2/1b

    2/1aa

    2/1ss

    2/1bbb

    b C

    CCCn

    ++= (2-15)

    2/1

    s

    b

    b

    ss C

    C

    n

    = (2-16)

    2/1

    a

    s

    s

    aa C

    C

    n

    = (2-17)

    3. Bene-detti-Pichler, , - : 3.1. Benedetti-Pichler u . wA wB, . xA . A w . ( ) s2.

  • -14

    . - 2 npq, n - , p A q - ( : p + q = 1). , w n = w/u3, : p% = wA % q% = wB % = (100 wA)%, s2 (s() : ) :

    10000u)w(100ww

    3AA2

    s() = (3-1)

    :

    100w/u

    3

    s()s = (3-2)

    , ( ) (: wA = x), :

    x)(100xwu

    32s = (3-3)

    , , . , . 3.2. Benedetti-Pichler , , , . , , xA xB. , (3-3) :

    2BA

    AA

    32

    s 100xx

    )w(100wwu

    = (3-4) , /. [(xA xB)/100]2 xA = xB . (3-4) , . :

    2

    BA2/1

    2

    2B2

    s xxx

    np)p(1

    = (3-5) - :

  • -15

    2

    8

    ABAAABBB

    3AB

    2AABB2

    s x10

    )x)(xx(x)xx)(x(xu)xx)(x(x)x(x

    wRK

    +== (3-6)

    - () . m i (i = 1, 2, , m) wi , xi , Wilson:

    = =

    = m

    1i

    3

    ji

    ji2m

    1j

    jjii2s w

    uww

    100xx

    21 (3-7)

    i, j m , xi xi x. - . Wilson s. 3.3. - Gy H Gy - . (3-3) , Gy:

    lgf

    =W1

    w1x)(100u 32s (3-8)

    1/w (3-3) (1/w 1/W). A - W, w ( 4). w W. E w = W, ( ), w

  • -16

    g (.. g 0,50 0,75, ). (liberation factor), l. , . (3-3) - wA = x (. ). , - , . . - :

    21

    2

    1/

    =

    uu

    l (3-9)

    , , u1 - u2 . u2u1, l = 1, . l - . 1. P. M. Gy, Sampling of Particulate Materials: Theory and Practice, Elsevier, Amsterdam,

    1979. 2. C. O. Ingamells, New Approaches to Geochemical Analysis and Sampling, Talanta, 21,

    141-155, 1974. 3. A. A. Benedetti-Pichler, Physical Methods in Chemical Analysis, W. G. Berl, Ed.,

    Vol. 3, pp. 183-194, New York Academic Press, 1956, A. A. Benedetti-Pichler, Essentials of Quantitative Analysis Chapter 19, New York, Ronald Press, 1956.

    4. B. Kratochvil and J. K. Taylor, Sampling for Chemical Analysis, Analytical Chemistry, 53, 954A-938A, 1981.

    5. H. A. Laitinen and W. E. Harris, Sampling in Chemical Analysis, 2nd Ed., Chap. 27, pp 565-582, McGraw-Hill, New York, 1975.

    6. R. Smith and G. V. James, The Sampling of Bulk Materials, Royal Society of Che-mistry, London, 1987.

    7. J. K. Taylor, Quality Assurance of Chemical Measurements, pp 55-74, Lewis, Michigan, 1987.

    8. R. Q. Yu, Analytical Sampling Theory in Introduction to Chemometrics, chap. 3, pp 26-48, Hunan Education Publishing House, Changsha, 1991.

    9. R. Q. Yu, Sampling: Overview and Theory in Encyclopedia of Analytical Science, 4518-4525, Academic Press Limited, 1995.