СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ВЕЩЕСТВА
Для химиков-технологов необходимы количественные меры оценки количества, содержания, концентрации компонентов в растворах и смесях.
В настоящее время имеет место расхождение во мнении специалистов об однозначном определении количества вещества только числом молей (количество вещества пропорциональное одному молю вещества). Многие специалисты ссылаются на Международную Систему Единиц Измерений [13], где понятие количества вещества представлено только в виде киломоля в разделе молекулярная физика и термодинамика. Основные единицы - масса и метр представлены как фундаментальные, они позволяют вычислять такие производные единицы как объём и площадь, которые представлены в разделе механические величины. Однако, как показывает аналитическая практика целесообразно признать равноправными три способа измерения количества вещества: 1. Поштучное измерение одинаковых объектов - киломоль. 2. Измерение массы объекта - килограмм. 3. Измерение размеров объекта в пространстве - литр (кубический метр и две вырожденные единицы - квадратный метр и метр). Т.е. количество вещества (объекта) может быть измерено как поштучно, так и выражено через массу или объем, занимаемый в пространстве в определенных условиях. Признание равенства вышеуказанных способов измерения количества вещества позволяет определить концентрацию вещества как количество анализируемого (определяемого) вещества в стандартизованном количестве объекта, что позволяет считать равноправными три основных (и других) размерностей концентрации: моль/л, г/мл, % (массовые, мольные, объёмные доли) и равноправно их пересчитывать по соответствующим формулам. Иначе, правомерным следует признать только концентрацию представленную в мольных долях. При условии определения понятия содержание вещества как количества вещества в объекте в целом появляется возможность однозначно формализовать вышеуказанные понятия на языке математики и использовать их при экспертизе результатов анализа и оценке методов и методик анализа с помощью ЭВМ.
Таблица 1
Способы измерения количества вещества (компонентов смеси)
| №п/п | Способ измерения | Единицы измерения |
| Масса | кг ( г, мкг, нг... ) | |
| Объем (площадь, длина) | л ( мл, м3..., м2..., м...) | |
| Поштучное измерение(число одинаковых единиц) | штук (шт.). Моль - 6,02 *1023 шт. (атомов, молекул, фотонов и т .д.). Масса 1 моля вещества численно равна М ( А ) у.е. Количество вещества кратное 1 молю- число молей. |
*Содержание - количество анализируемого вещества в объекте анализа (объект анализа в целом)
*Количество анализируемого вещества в стандартизованном количестве объекта.
Способы выражения концентраций: массовая, объемная, молярная, титр раствора. Молярная масса эквивалента, фактор эквивалентности.
Т.к. не все элементы образуют химические соединения в отношении 1:1 приходится вводить (кроме моля) понятие молярной массы эквивалента М (1/Z) (по старому эквивалент - Э).
М ( 1/Z ) - количество вещества, в принципе , способное к взаимодействию с одним молем атомов водорода, т.к. атом водорода всегда одновалентен.
М ( 1/Z ) = М/Z ,
где Z - фактор эквивалентности, зависящий от конкретной реакции.
Таблица 2. Способы выражения концентрации веществ
| №п/п | Концентрация | Единицы измерения | Определение |
| Процентная ( С% ) % | г/100 г | Количество ( масса ) вещества g г в 100 г раствора | |
| Титр ( Ст ) | г/мл | g г в 1 мл раствора | |
| Молярная (См) | моль/л, g/л/М | Число молей (количество вещества кратное одному молю) вещества в 1 л раствора |
Необходимо отметить, что на производстве встречаются “применяемые на производстве” способы выражения концентрации веществ, как г/м2 (СAg в фотопленке ), г/м3 (СAg в сточных водах),
Информационная технология в метрологии основывается на программах по обработке результатов измерений и экспертных программах по сортировке, оценке результатов измерений. Проведение измерений включает обширную методическую, фактическую, теоретическую и справочную информацию. Проблема интенсивного применения необходимой для проведения измерений всесторонней информации может быть эффективно решена при использовании экспертных систем и электронных учебников, при этом проводится большое количество расчетов, оценок, отбора справочной, фактической и теоретической информации из базы данных.
Таблица 3 Виды использования ЭВМ
| Оценкарезультатов измерений, методик, методов анализа и обоснование выбора критериев оценок. 1. Метрологическая (оценка погрешностей). Анализ выборки и выборок. 2. Квалиметрическая (оценка сортности). 3. Экономическая. 4. Планирования и исследований. 4. Педагогическая (этапный и заключительный контроль, коррекция знаний). |
| Расчеты.Стандартные возможности: 1. Прямой эксперимент. 2. Линейный регрессионный анализ. 3. Апрокcимация. Сглаживание функций 4. Расчет равновесий. 5. Разложение составных функций на компоненты (например, разложение спектров на гауссовы компоненты). 6. МНСП (численное решение уравнений методом наибольшего статистического правдоподобия) ручной вариант. 7. МНСП автоматический вариант. 8. Пакет прикладных программ (расчет кривых титрования, структуры молекул, взаимного влияния веществ и матрицы в анализируемых образцах, кинетических и термодинамических параметров, ионной силы, вязкости и др.). 9. Стандартные программы обработки данных. |
| Управлениеприборами, манипуляторами, логистика. Диалоговые системы обмена информацией. |
| Архив знаний1. Содержание и обзор разделов. 2. Основные понятия. 3. Цели измерений. 4. Объекты измерений. 5. Классификация знаний. 6. Фундаментальные закономерности и основные расчетные формулы. 7. Мерная и вспомогательная посуда и оборудование. 8. Реакции и процессы, способы их проведения. Измерительные операции (пробоотбор, пробоподготовка, разделение, концентрирование). 9. Аналитические реагенты. 10. Стандартные образцы и способы их использования. 11. Ошибки и погрешности измерений и их учет. 12. Квалиметрия. Стандартизация. Сертификация. 13. Методики, методы (явления и процессы, целевые уравнения, устройство приборов, область применения), способы измерений. 14. Этапы измерений. 15. Ведение отчетности. Феноменологическая информация. Справочная информация. Решение задач. Модели процессов. Профессиональные игры. Информация из других разделов наук и технологий. |
| Архив документовнаучно-технических, бухгалтерских, учетно-контрольных, маркетинговых. |
| Примеры улучшения качества работ в результате использования программы СТ5: 1. Расчет анаморфоз кривых потенциометрического титрования по методу Грана уменьшает нижний предел определяемых концентраций веществ на 2 – 4 порядка, позволяет учитывать присутствие растворенного углекислого газа и проводить титрование более слабых кислот и оснований, также проводить титрование при совместном присутствии близких по свойствам веществ. 2. Расчет полноты осаждения проводится с учетом возможности образования осадков нейтральных, полимерных, депротонированных, смешанных форм комплексных соединений, при этом ведется учет более 30 форм комплексных соединений в растворе. 3. Экспериментальные работы в аналитическом практикуме ведутся с метрологической оценкой результатов и эффективным использованием времени и средств. |
Дополнительная литература
Дёрфель К. Статистика в аналитической химии. Пер. С нем. - М.: - Мир, 1994. 268 с.
Чертов. А.Г. Международная система единиц измерений. М.: Выс. Школа, 1967. 287 с.
Шаевич А.Б. Аналитическая служба как система. М.: Химия, 1981. 261 с.
Булатов М.И., Калинкин И.П. Практическое руководство по фотометрическим методам анализа. Л.: Химия, 1986. 432 с.
Сабадвари Ф., Робинсон А. История аналитической химии: Пер. С англ. - М.: - Мир, 1984. - 304 с.
Основы аналитической химии. В 2 кн. Учеб. для вузов / Ю.А. Золотов, Е.Н. Дорохова, В.И. Фадеева и др.; Под ред. Ю.А. Золотова. - М.: Высш. шк., 1996. - 383 с. 461 с.
Посыпайко В.И. и др. Химические методы анализа: Учеб. пособие для хим.-технол. вузов. М.: Высш. шк., 1989. 448 с.
Методическое пособие. Расчет ошибок анализа. Составитель Юсупов Р.А. КХТИ. 1988.
Методическое пособие. Использование ЭВМ в анализе Составитель Юсупов Р.А. КХТИ. 1982.
Методическое пособие. Разложение спектров на компоненты. Составитель Юсупов Р.А. КХТИ. 1984.
Горский В.Г. Современные статистические методы обработки и планироввания экспериментов в химической технологии. Труды Третьей сессии международной школы повышения квалификации «Инженерно-химическая наука для передовых технологий. 26-30 мая 1997 г, Казань, Россия.- С. 261-292.
П. Буйташ, Н.М. Кузьмин, Л. Лейстер. Обеспечение качества результатов хим. Анализа. Под ред. Неймана. М.: Наука, 1993. 167 с.
Дата добавления: 2015-08-21; просмотров: 1445;