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».

Internet-ресурсы

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)

Задания:

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:

1. Назовите анализируемое вещество и определяемый компонент (компоненты). Назовите метод анализа, применяемый в данной методике количественного химического анализа.

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

3. Определите физическую природу аналитического сигнала определяемого компонента в данном методе химического анализа.

4. Какое измерительное преобразование используется в средстве измерения для измерения концентрации?

5. Скажите, что представляет собой вещество сравнения в данной методике анализа, и опишите, как готовят эталон числа частиц определяемого компонента или его эквивалента?

6. Опишите способ приготовления градуировочных смесей определяемого компонента или его эквивалента.

7. Постройте схематично градуировочный график для применяемого средства измерения содержания определяемого компонента.

8. Покажите, как можно найти содержание определяемого компонента по градуировочному графику?

9. Опишите, как получают результат измерения концентрации определяемого компонента (обратное преобразование)?

10. Вычлените из текста методики метрологические и аналитические операции.

11. Составьте перечень заданий для метролога, ответственного за обеспечение единства измерений в аналитической лаборатории при использовании данной методики химического анализа.

Теоретическая часть

1. Измерение содержания определяемого компонента в пробе анализируемого вещества – специфический вид измерений в метрологии

Содержание компонента в пробе анализируемого вещества может быть отражено как часть вещества или как его концентрация.

Концентрация компонента как физическая величина по своей природе в метрологии относится, согласно ГОСТ 8.417-2003 «ГСИ. Единицы величин», к области физической химии и молекулярной физики.

Концентрация компонента относится к производным физическим величинам Международной системы единиц и характеризует, как следует из её определения, относительное содержание любого конкретного компонента, находящегося в веществе исследуемого объекта. Следует обратить внимание и на то, что, хотя концентрация компонента и характеризует относительное содержание данного компонента в веществе, это не означает, что концентрация компонента является относительной величиной.

Измерение содержания какого-либо компонента в пробе анализируемого вещества относится, с одной стороны, к области метрологии, с другой, сложившейся исторически, к области аналитической химии и количественного химического анализа.

Количественный химический анализ, с позиции метрологии, представляет собой весьма специфический вид измерений. Это область косвенных измерений, в которых существенную роль играют аналитические, не измерительные операции. Для обеспечения единства таких измерений используются методы и приемы, не применяемые вовсе или применяемые крайне редко при измерении других физических величин.

Концентрация компонента как физическая величина имеет существенные особенности, отличающие её от других физических величин:

1. Концентрация имеет целый ряд единиц и все они относится к производным единицам системы СИ, в то время как у остальных физических величин только одна является единицей системы СИ, а остальные относятся к внесистемным. Например, для длины только метр является единицей системы СИ, дюйм, фут, миля – неметрические единицы, а ангстрем, световой год, парсек – внесистемные.

Концентрация может быть как размерной, так и безразмерной величиной, что не противоречит правилам метрологии. Отличие концентрации компонента от других безразмерных физических величин состоит только в том, что у нее есть ряд подобных отношений. Например, отношения масс, объемов, числа частиц. Известны и применяются следующие единицы концентрации компонента:

• молярная концентрация компонента, моль/дм³, ммоль/дм³;

• массовая концентрация компонента, мг/дм³, мг/л, г/м³ и т. д.;

• молярная доля компонента; б/р

• массовая доля компонента, %.

• объёмная доля компонента, %.

2. Концентрация всегда является именованной величиной, она имеет смысл для конкретного компонента. Указанная особенность имеет важные последствия для решения проблемы обеспечения единства измерений концентрации компонента: в отличие от других физических величин для концентрации компонента не представляется возможным создание эталона ни для одной из ее единиц.

Признаки отнесения средства измерения к эталону:

-- метрологическая сущность – это средство измерения, от которого возможно передать размер единицы практически всем рабочим средствам измерений данной физической величины;

-- метрологическая функция – это средство измерения, воспроизводящее и хранящее единицу физической величины;

-- метрологические характеристики – это средство измерения, характеризующееся наивысшей точностью по сравнению со всеми рабочими средствами измерений данной физической величины;

-- юридический статус – это средство измерения, официально утвержденное в установленном порядке в качестве эталона.

При создании эталона концентрации, даже если будут выполнены первые два требования, он будет воспроизводить не единицу абстрактной концентрации, а единицу концентрации какого-то конкретного компонента в совершенно конкретном веществе.

Возможность передачи размера единицы концентрации от данного компонента к другому будет ограничена не только диапазоном ее значений, хотя и это имеет существенное значение, но и влиянием качественного и количественного химического состава матрицы. Учитывая самый разнообразный характер анализируемых веществ не только по агрегатному состоянию, но и по основным химическим свойствам (органические, неорганические вещества), легко понять, что такой эталон не обеспечит передачу размера единиц концентрации всем рабочим средствам измерений, охватывающим все многообразие химических веществ.

Рассчитать минимальное число эталонов компонентов не представляется возможным, да в этом и нет необходимости, так как при значительном их количестве нарушается сам принцип централизованного воспроизведения и передачи размера единиц, основанный на единственном эталоне, возглавляющем соответствующую поверочную схему.

3. Экспериментально недостижимо состояние вещества, обозначаемое как абсолютно чистое. Следствием этого является тот факт, что все вещества, как природные, так и синтезированные, несмотря на глубокую их очистку, всегда будут содержать некоторое количество примесей. Степень чистоты вещества, определяемая долей основного компонента в нем, по мере очистки будет стремиться к единице, но никогда не сможет стать ей равной. Это обстоятельство также накладывает свои ограничения на выбор способов воспроизведения и передачи размеров единиц концентрации от эталона рабочему средству измерения.

4. Измерение концентрации компонента. Возможности методов измерения концентрации определяемого компонента в многокомпонентном анализируемом веществе (матрице) сильно зависят от общего химического состава вещества, его агрегатного состояния, внешний условий, что, в свою очередь, формирует скрытые систематические погрешности. Поэтому процедура химического анализа – это сложный и многостадийный процесс, в котором многие аналитические процедуры выполняются вручную до выполнения измерений на выбранном средстве измерения.