Т. Горбунова - Измерения, испытания и контроль. Методы и средства

Реальная роль химических измерений в различных областях экономической и социальной деятельности не поддается точной оценке. Неправильные измерения приносят ежегодно убытки в несколько миллиардов долларов США. Сотрудники американского Национального бюро стандартов (ныне Национального института стандартов и технологий NIST) Уриано и Грават оценили значительный вклад химических измерений в валовой внутренний продукт (ВВП) США. По оценке Герца, в США ежедневно выполняется более 250 миллионов химических анализов. Порядка 10 % из них – низкого качества. На их повторное выполнение требуется более 5 млрд. долл. дополнительных затрат в год.

Все сказанное свидетельствует о важности химических измерений.

Характеристиками (показателями) качества химических измерений кроме основных являются:

– предел обнаружения;

– нижняя граница определяемых содержаний;

– рабочий диапазон (диапазон определяемых содержаний);

– селективность (избирательность);

– чувствительность;

– помехоустойчивость (робастность) и др.

Предел обнаружения – наименьшее содержание элемента, при котором по данной методике можно обнаружить присутствие компонента с заданной доверительной вероятностью. Если сигнал превышает предел обнаружения, то это свидетельствует о наличии обнаруживаемого вещества, а если ниже – о его отсутствии. Пределы обнаружения: высокий (pC min= 3-4); средний (pC min= 5-6); низкий (pC min= 7-8).

Диапазон определяемых содержаний – область значений определяемых содержаний, предусмотренная данной методикой и ограниченная нижней и верхней границами определяемых содержаний.

Верхняя граница определяемых содержаний – наибольшее значение количества или концентрации компонента, определяемое по данной методике (С В).

Нижняя граница определяемых содержаний (С Н) – наименьшее содержание компонента, определяемого по данной методике. Обычно за С Нпринимают то минимальное количество или концентрацию, которые можно определять при коэффициенте вариации ( V или S r ) ≤ 0,33.

Чувствительность (коэффициент чувствительности S ) – мера степени изменения измерительного ( аналитического ) сигнала при изменении концентрации ( S = dY/dC ).

Селективность характеризует то, насколько сильно посторонние компоненты пробы влияют на результат измерения ( анализа ). Специфичность характеризует то, что никакие компоненты пробы, кроме определяемого, не влияют на величину сигнала (на результат анализа).

Робастность (помехоустойчивость) характеризует отсутствие влияний основы (матрицы) и межкомпонентных влияний на результат анализа.

Химические измерения существенно отличаются от классических физических измерений.

Необходимо учесть, что единство измерений достигается через непрерывную цепочку сопоставлений результата измерений с некоторым опорным значением. В качестве опорных значений принято использовать эталоны единиц системы СИ. В физических измерениях давно сформирована система эталонных средств измерений практически для всех физических величин.

Практика химических измерений в значительной степени находится вне этого направления развития. Огромное количество химических веществ и материалов (более 3,5 млн.) делает почти невозможным создание иерархической системы эталонов – стандартных образцов (СО), как это было сделано для физических измерений.

Кроме того в химических измерениях (анализе) отсутствуют резервы точности или их трудно привести в действие. В физических измерениях приемлемой точности можно добиться выбором подходящего средства измерения из имеющихся. В химическом анализе (химических измерениях) даже при использовании прецизионных методик правильность реально получаемых результатов не всегда соответствует ожидаемой. Кроме того, применение подобных методик часто приводит к потере других важных качеств анализа, например, возможности получать его данные в приемлемые сроки.

Существуют различные виды измерений.

1. По характеру зависимости измеряемой величины от времени измерения выделяют:

– статические измерения – измерения, при которых измеряемая величина остается постоянной во времени; статическими измерениями являются, например, измерения геометрических параметров объекта, постоянной температуры, концентрации раствора постоянного состава;

– динамические измерения – измерения, в процессе которых измеряемая величина изменяется и является непостоянной во времени; это связано с инерционными (динамическими) свойствами средств измерений и с изменениями самой измеряемой величины.