niepewno ŤÂŚç extrakcja Cd


Obliczanie niepewności
metody:
 Oznaczanie kadmu wydzielanego z
wyrobów ceramicznych metodą
spektrometrii absorpcji atomowej
(AAS) 
Przykład zaczerpnięty z przewodnika
EUROCHEM/CITAC
Grudzień 2002
Wprowadzenie
Przykład ilustruje oszacowanie niepewności metody
empirycznej , oznaczania metalu wydzielonego z
wyrobów ceramicznych, szklanych, szklano-
ceramicznych oraz wyrobów z emalią szklistą. Metoda
jest stosowana do oznaczania metodÄ… spektroskopii
absorpcji atomowej (AAS) ilości ołowiu lub kadmu
ługowanego z powierzchni wyrobów ceramicznych za
pomocÄ… 4% (v/v) wodnego roztworu kwasu octowego.
Wyniki otrzymane tą metodą analityczną powinny być
porównywalne z innymi wynikami otrzymanymi ta sama
metodÄ….
Procedura oznaczania metalu
ulegajÄ…cego ekstrakcji
przygotowanie
Kondycjonowanie powierzchni
Napełnianie
4% v/v kwasem octowym
Augowanie
Homogenizacja Å‚ugu
Oznaczenie metodÄ… AAS
WYNIK Kaibracja AAS
Przygotowanie wzorców do kalibracji
Wielkość mierzona
co VL
r d fkwas fczas ftemp mg
dm2
V
Gdzie:
r  masa wymytego kadmu wyrażanego na jednostkę
powierzchni naczynia
co - zawartość kadmu w roztworze ekstraktu
d  współczynnik rozcieńczenia
VL  objętość wyługowanego roztworu
fkwas, fczas, ftemp  wpływ stężenia kwasu czasu,
temperatury
Czynniki wpływające na
uzyskany wynik
zð PróbkÄ™ kondycjonuje siÄ™ w (22 Ä… 2) oC. OkreÅ›la siÄ™ powierzchnie wyrobu. W
niniejszym przykładzie zmierzona powierzchnia wynosi 2,37 dm2
zð Kondycjonowana próbkÄ™ napeÅ‚nia siÄ™ 4 % (v/v) roztworem kwasu w
temperaturze (22 ą 2) oC do poziomu 1 mm poniżej punktu przelania,
mierzonego od górnego brzegu próbki, albo w granicach do 6 mm od najwyższej
krawędzi próbki o płaskim lub nachylonym brzegu
zð UżytÄ… ilość 4% (v/v) kwasu octowego zapisuje siÄ™ z dokÅ‚adnoÅ›ciÄ… Ä… 2% (w tym
przypadku zużyto 332 ml kwasu)
zð PróbkÄ™ pozostawia siÄ™ w temperaturze (22 Ä… 2) oC w ciÄ…gu 24 godzin chroniÄ…c w
odpowiedni sposób przed stratami w wyniku odparowania
zð Po ostaniu roztwór miesza siÄ™, żeby go ujednorodnić, pobiera siÄ™ próbkÄ™
analityczną i w razie potrzeby rozcieńcza d  krotnie, a następnie analizuje
metodą AAS przy odpowiedniej długości fali z wykorzystaniem krzywej
kalibracyjnej wyznaczonej metodą najmniejszych kwadratów.
zð Oblicza siÄ™ wynik i przedstawia jako ilość kadmu w caÅ‚ej objÄ™toÅ›ci roztworu
ekstrahującego i wyraża w miligramach kadmu na centymetr kwadratowy
powierzchni.
Identyfikacja i analiza zródeł
niepewności
Diagram Ishikawy, schemat przyczyn i skutków.
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Czynniki jakie należy uwzględnić przy obliczaniu
niepewności to:
zð Współczynnik rozcieÅ„czenia d
zð ObjÄ™tość VL
zð Stężenie kadmu c0
zð Pole powierzchni av
zð WpÅ‚yw temperatury ftemp
zð WpÅ‚yw czasu fczas
zð Stężenie kwasu fkwas
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Współczynnik rozcieńczenia
W niniejszym przykładzie rozcieńczanie roztworu ługu
poekstrakcyjnego nie było konieczne, dlatego tego udziału
niepewności nie brano pod uwagę
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Objętość VL
Na niepewność objętości mają wpływ:
zð NapeÅ‚nianie
zð Temperatura
zð Odczyt
zð Kalibracja
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Objętość VL
zð NapeÅ‚nianie - metoda ta
wymaga napełnienia naczynia
0,005 332
do 1 mm od brzegu. W
0,6676 ml
przypadku typowych naczyń
6
stołowych lub kuchennych 1
mm stanowi około 1 %
wysokości naczynia. Naczynie
jest zatem wypełniane w
99,5% ą 0,5% objetości
(tzn. VL będzie wynosić w
przybliżeniu 0,995 ą 0,005
objętości naczynia)
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Objętość VL
zð Temperatura  zakres
dopuszczalnych temperatur
kwasu octowego mieści się
V T
H2O
u(T )
od 20 do 24 0C. Zmienność
3
temperatury może
spowodować niepewność
oznaczenia objętości.
Niepewność standardowa
4
332 2 2,1 10
objętości 332 ml przy
0,08 ml
założeniu rozkładu
3
prostokÄ…tnego temperatury
wynosi:
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Objętość VL
zð Odczyt  objÄ™tość zapisuje siÄ™
0,01 332
w praktyce z dokładnością
1,36 ml
2%, gdyż cylinder miarowy
6
daje błąd około 1% (tj. 0,01
VL). Niepewność standardową
oblicza się przy założeniu
rozkładu trójkątnego
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Objętość VL
zð kalibracja  zgodnie ze
2,5
specyfikacja producenta błąd
1,02 ml
wynikajÄ…cy z kalibracji cylindra
6
o pojemności 500 ml mieści
siÄ™ w przedziale 500 2,5 ml.
Niepewność standardową oblicza
się przy założeniu rozkładu
trójkątnego
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Objętość VL
zð PoÅ‚Ä…czenie skÅ‚adowych, zgodnie z prawem propagacji
błędu, daje niepewność standardową u(Vl) objętości V:
u(V ) 0,672 0,082 1,362 1,022 1,83 ml
zð WiÄ™c wzglÄ™dna niepewność standardowa objÄ™toÅ›ci
wynosi:
u(V ) 1,83ml
0,0055
V 332 ml
Wyrażenie liczbowe zródeł niepewności
Stężenie kadmu co
Tabela Wyniki kalibracji
Powtórzenie Wartość absorbancji zintegrowanej.
Wzorzec 1 Wzorzec 2 Wzorzec 3 Wzorzec 4 Wzorzec 4
0,1 mg/l 0,3 mg/l 0,5 mg/l 0,7 mg/l 0,9 mg/l
1 0,028 0,084 0,135 0,180 0,215
2 0,029 0,083 0,131 0,181 0,230
3 0,029 0,081 0,133 0,183 0,216
SD 0,0006 0,0015 0,0020 0,0015 0,0084
Åšrednia 0,0287 0,0827 0,1330 0,1813 0,2203
Wyrażenie liczbowe zródeł niepewności
Stężenie kadmu co
Krzywa kalibracyjna wyrażona jest równaniem:
Aj B1 ci Bo
Gdzie:
Aj  j-ty pomiar absorbancji i-tego wzorcowego roztworu kalibracyjnego.
Ci  stężenie i  tego wzorcowego roztworu kalibracyjnego
B1  nachylenie krzywej kalibracyjnej
Bo  przecięcie krzywej kalibracyjnej z osią x
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Stężenie kadmu co
Wyniki dopasowania krzywej kalibracyjnej są następujące:
Współczynnik korelacji
Odchylenie
Wartość r
standardowe
B1
0,2410 0,0050
B0 0,997
0,0087 0,0029
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Stężenie kadmu co
Niepewność związana z krzywa kalibracyjną określa zależność:
2
S 1 1 c0 c
u(c0)
B1 p n Sxx
Gdzie:
S  resztkowe odchylenie standardowe
p  liczba pomiarów do oznaczenia c0
n  liczba pomiarów do kalibracji
- średnia wartość stężenia różnych roztworów kalibracyjnych (liczby n
c
pomiarów)
co  stężenie oznaczanego składnika
i  wskaznik numeru wzorcowego roztworu kalibracyjnego,
j  wskaznik numeru pomiarów do wyznaczenia krzywej kalibracji
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Stężenie kadmu co
Resztkowe odchylenie standardowe S, należy obliczyć z
zależności:
n
Aj B0 B1 cj 2
j 1
S
n 2
Po podstawieniu danych otrzymujemy wartość
resztkowego odchylenia standardowego:
S 0,005486
n
Natomiast Sxx wynosi:
2
Sxx cj c 1,2
j 1
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Stężenie kadmu co
Roztwór po ługowaniu mierzono dwukrotnie.
Uzyskano wyniki:
0, 26 mg/l
0,26 mg/l
Åšrednia c0=0,26 mg/l
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Stężenie kadmu co
Po podstawieniu danych niepewność związana z oznaczeniem stężenia
za pomocą krzywej kalibracyjnej (bez uwzględniania niepewności
wzorców) wynosi:
2
0,005486 1 1 0,26 0,5
mg
u(c0) 0,018
L
0,241 2 15 1,2
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Pole powierzchni av
zð Obliczone pole powierzchni naczynia: 2,37 dm2
zð Niepewność mierzenia dÅ‚ugoÅ›ci naczynia wynosi: Ä…2 mm, P=95 %
zð DÅ‚ugoÅ›ci typowych naczyÅ„ wachajÄ… siÄ™ w zakresie 1  2 dm, stÄ…d
szacowana niepewność ich pomiaru wynosi: 1 mm = 0,01 dm
zð Przybliżenie matematyczne podczas obliczania pola powierzchni
naczynia, wynikające z nieregularnych kształtów naczynia daje
szacunkowy udział niepewności 5%, przy P=95%
zð Po zastosowaniu prawa propagacji otrzymujemy:
2
0,05 2,37
u(aV ) 0,012 0,012 0,06 dm2
1,96
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Wpływ temperatury ftemp
Z informacji literaturowych i przeprowadzonych badań
wynika, że zmiana wymywania metalu ze wzrostem
temperatury jest w przybliżeniu liniowa, a jej gradient
0
wynosi: około 5% / C
W przypadku dopuszczalnego zakresu temperatur: Ä… 20C
dopuszczalnego w metodzie empirycznej prowadzi to do
określenie współczynnika ftemp = 1 ą0,1.
Przy założeniu rozkładu prostokątnego daje to wynik
niepewności:
0,1
u( ftemp) 0,06 ml
3
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Wpływ czasu fczas
W przypadku powolnych procesów takich jak wymywanie
(ługowanie), ilość wymywana jest w przybliżeniu porcjonalna do
czasu, gdy zmiany czasu są małe. Średnia zmiana stężenia w ciągu
ostatnich sześciu godzin ługowania wynosi około 1,8 mg/L przy
stężeniu 86 mg/l, co stanowi około 0,3 % / h.
W przypadku czasu (24 ą 0,5)h stężenie wymywanego kadmu
wymaga poprawki za pomocą współczynnika fczas, który wynosi:
1 Ä… (0,5·0,003)=1 Ä… 0,0015
Przy założeniu rozkładu prostokątnego daje to wynik niepewności:
0,015
u( fczas) 0,001 ml
3
Wyrażenie liczbowe zródeł
niepewności
Wpływ stężenia kwasu fkwas
zð Dane literaturowe: zmiana stężenia kwasu z 4 na 5 %
powoduje zmianę ilości wymywanego metalu z 92,2 do
101,2 mg/L,
zð To powoduje zmianÄ™ współczynnika fkwas
równą 101,9  92,2/92,2 = 0,097
zð Stężenie stosowanego w badaniu kwasu wynosi:
4 Ä… 0,008 %
zð Wiec niepewność współczynnika fkwas wynosi:
0,008 · 0,097 = 0,0008
Wartości pośrednie i ich
niepewności w analizie
wymywanego kadmu
opis Wartość Niepewność Względna
standardow niepewność
x
a standardowa
u (x) u (x)/x
co Zawartość kadmu w 0,26 ml/L 0,018 mg/l 0,069
roztworze ekstraktu
VL Objętość ekstraktu 0,3321 L 0,00181 0,0054
aV Powierzchnia naczynia 2,37 dm2 0,06 0,025
fkwas Wpływ stężenia kwasu 1,0 0,0008 0,0008
fczas Wpływ czasu 1,0 0,001 0,001
1,0 0,06 0,06
ftemp Wpływ temperatury
Obliczenie wyniku i niepewności
złożonej
Wynik otrzymujemy po podstawieniu danych do wzoru:
co VL
r d fkwas fczas ftemp mg
2
dm
V
Po podstawieniu danych otrzymujemy: r = 0,036 mg·dm-2
W celu obliczenia złożonej niepewności standardowej
korzystamy z wyrażenia:
2
2 2 2 2 2
u( ftemp )
uc (r) u(co ) u(VL ) u(aV ) u( fkwas ) u( fczas )
r co VL aV fkwas fczas ftemp
uc (r)
0,0692 0,00542 0,0252 0,00082 0,0012 0,062 0,095
r
2
uc(r) 0,095 r 0,0034 mg dm
Obliczenie niepewności
rozszerzonej U (r)
zð Wartość niepewnoÅ›ci rozszerzonej uzyskuje siÄ™ po przez
wprowadzenie współczynnika rozszerzenia równego
k= 2
zð Ur = 0,0034·2= 0,007 mg·dm-2
zð StÄ…d ilość wymywanego kadmu mierzona wedÅ‚ug BS
8748:1986 wynosi:
(0,036 Ä…0,007) mg·dm-2 (k=2, P = 0,95)


Wyszukiwarka