книги / Химия воды и основы очистки природных и сточных вод физико-химическими методами

нием измеряемой величины. Действительно, пусть погрешность, полученная при измерении линейных размеров, равна 0,5 см или при этом идет речь о длине, например, спичечной коробки, тогда точность будет очень плохой, а если с такой же погрешностью измерена длина заводского корпуса, то точность измерения следует считать даже излишне высокой.

Поэтому помимо абсолютной погрешности часто используется так называемая относительная погрешность измерения Е, равная отношению абсолютной погрешности измерения к среднему значению измеряемой величины:

Относительнуюпогрешностьиногдавыражаютвпроцентах. Тогда

EX 10 %.

Xср

Обработка результатов измерений

Все экспериментальные данные, получаемые в результате прямых измерений, должны быть занесены в специальную таблицу (или таблицы). Для величин, значения которых измерялись по нескольку раз, необходимо подсчитать среднее арифметическое серии измерений. При этом следует помнить, что точность обработки числового материала должна быть согласована с точностью самих измерений. Обычно при вычислении средних значений рекомендуется оставлять на одну значащую цифру больше, чем содержится в непосредственно измеренных значениях.

Затем необходимо произвести оценку случайной погрешности. Используемые для расчетов средней квадратичной ошибки значения Xi и ( Хi)2 удобно поместить в ту же таблицу, где находятся результаты опытов (т.е. значения Xi). Для сравнения там же обычно указывают и погрешности использовавшихся приборов.

Расчет конечного результата измерений, которые являются

вбольшинстве случаев косвенными, производится один раз. При этом

врасчетную формулу подставляются средние значения измеренных

81

параметров. Дальнейшая обработка сводится к вычислению относительной и абсолютной погрешностей по изложенной методике.

Для правильной записи конечного результата в виде

X X

необходимо округлить значение абсолютной погрешности и сам результат измерений. Как правило, точность оценки погрешности оказывается очень небольшой, особенно в тех случаях, когда число входящих в расчетную формулу параметров велико. Поэтому абсолютная погрешность округляется, как правило, до одной значащей цифры. Если, однако, эта цифра оказалась единицей, следует оставить две значащие цифры.

Округление самой измеренной величины следует проводить, учитывая ее абсолютную погрешность. При этом последняя значащая цифра в приводимом результате должна быть того же порядка величины (находиться в той же десятичной позиции), что и погрешность. Все более мелкие разряды не несут никакой информации и должны быть отброшены (или заменены нулями). Особенно строго следует придерживаться этого правила в тех случаях, когда погрешность не указывается в явном виде, так как именно последний разряд числа, дающего значение физической величины, показывает точность ее определения. Или, например, в результате расчетов получено, что X = 0,1428 м2, X = 0,00791 м2, тогда правильная запись конечного результата будет выглядеть так:

X= 0,014 ± 0,008 м2.

В некоторых случаях при обработке результатов измерений удобно пользоваться графическим методом. Этот метод позволяет проследить зависимость одной величины от другой. Иногда построение графиков необходимо для определения усредненных значений тех или иных параметров.

При построении графиков обычно используется прямоугольная система координат с равномерным масштабом по осям Х и Y. Масштаб может быть произвольным, но при его выборе рекомендуем руководствоваться следующими указаниями. Проводимая кривая

82

должна занимать весь лист используемой миллиметровой бумаги. При этом следует иметь в виду, что пересечение координатных осей совсем необязательно должно совпадать с нулевыми значениями аргумента и функции. Важно построить такой график, чтобы им удобно было пользоваться. Поэтому надо выбирать такой масштаб, чтобы координаты любой точки графика можно было быстро и легко определить. Это условие всегда выполняется, если в единице масштаба (например, в 1 см) заключается 10n, 2·10n или 5·10n единиц измерения величин, откладываемых по осям координат (n – любое целое число).

Полученные экспериментальные данные наносятся в виде графика Y = Y(Х), где точки имеют координаты Хn, Yn. Затем строится кривая, демонстрирующая вид изучаемой функции. Кривая должна быть плавной и может проходить как через экспериментальные точки, так и в непосредственной близости от них. Желательно, чтобы указанные точки оказались по обе стороны кривой, приблизительно на одинаковых от нее расстояниях.

Как правило, отклонение точек от кривой не должно превышать абсолютную погрешность проведенных измерений. Эти погрешности могут быть указаны на графике в виде эллипсов или отрезков, отложенных от каждой точки. Сильное отклонение отдельных точек от аппроксимирующей кривой связано в основном с ошибками, допущенными при выполнении опытов.

Построение графика в ходе эксперимента позволяет осуществить наиболее рациональное количество измерений. В тех областях, где ход кривой монотонный, можно ограничиться небольшим числом измерений. Вблизи максимумов, минимумов и точек перегибов кривой измерения надо производить значительно чаще.

83

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Порядок работы на электрофотоколориметре

Фотоколориметрический метод определения концентрации вещества в растворе основан на способности окрашенного вещества избирательно поглощать монохроматический поток света. Для выделения монохроматического потока света используют светофильтры: фиолетовый, синий, зеленый, желтый, красный, оранжевый и др.

Определение концентрации окрашенного вещества основано на измерении оптической плотности окрашенного раствора.

Под оптической плотностью (D) понимают ослабление интенсивности светого потока, прошедшего через окрашенный раствор. Оптическая плотность определяется по формуле

где Iвх и Iвых – интенсивность падающего светового потока и потока после прохождения окрашенного раствора.

Оптическая плотность представляет собой десятичный логарифм величины, обратной коэффициенту пропускания света через слой окрашенного вещества.

Зависимость оптической плотности от концентрации окрашенного вещества в раствореопределяетсязакономБугера-Ламберта-Беера:

где – молярный коэффициент светопоглощения (индивидуален для каждого вещества); l – толщина слоя раствора; С – молярная концентрация (моль/л).

Блок-схема фотоэлектроколориметра представлена на рис. П3.1. Луч света от источника 1 проходит через светофильтр 2, и затем полученный монохроматический световой поток проходит через кювету с раствором 3. Кюветы – сосуды, в которые помещают анализируемый раствор и раствор сравнения. Они представляют собой прямоугольные сосуды с определённым расстоянием между стенками. Для аналитических измерений важен не общий объём раствора,

84

помещённого в кювету, а толщина слоя раствора, которая определяется расстоянием между передней и задней стенками. Кюветы изготавливают из стекла, пропускающего все лучи видимого спектра.

Рис. П3.1. Блок-схема фотоэлектроколориметра: 1 – источник излучения; 2 – светофильтры; 3 – блок с измерительной и эталонной кюветами;

4 – приемник излучения; 5 – регистрирующий прибор

Прошедший через раствор свет, попадает на фотоприёмник 4 – фотодиод, который преобразует энергию световой волны в электрический ток. Сигнал усиливается усилителем и поступает на измерительный регистрирующий элемент (гальванометр) 5, где находятся две шкалы. На нижней шкале нанесены значения оптической плотности раствора, а на верхней – коэффициент пропускания в процентах.

Порядок работы на фотоэлектроколориметре КФК

Растворы для исследования должны быть прозрачными, без пузырьков воздуха, способствующих увеличению рассеяния света. Кюветы необходимо заполнять до такого уровня, чтобы поток излучения проходил полностью через заданный слой раствора. На стенках кювет не должно быть капель, грязи, царапин, которые рассеивают и поглощают свет, что может привести к искажению результатов. Касаться руками оптических стенок кювет нельзя.

1. Включить тумблер СЕТЬ, при этом должна загореться сигнальная лампа. Выдержать колориметр во включенном состоянии в течение 15 мин. Во время прогрева кюветное отделение должно быть открыто (при этом шторка перед фотоприемниками перекрывает световой пучок).

85

2.Установить необходимый светофильтр и длину волны (400– 440 нм – фиолетовый, 440–480 нм – синий, 500–560 нм – зеленый, 580–600 нм – желтый, 600–730 нм красный светофильтр). При переключении светофильтров ручка «чувствительность» должна находиться в положении «1», а ручка «УСТАНОВКА “Грубо”» в крайнем левом положении (это предохраняет прибор от перегрузки и порчи).

3.В световой поток поместить кювету с раствором сравнения, по отношению к которому производят измерения.

4.Во вторую ячейку кюветодержателя поместить кювету с исследуемым раствором.

5.Закрыть крышку кюветного отделения.

6.Поворотом ручки под кюветным отделением до упора ввести

всветовой поток кювету с раствором сравнения. Прибор имеет две шкалы. На нижней шкале нанесены значения оптической плотности

раствора, а на верхней – значения коэффициента пропускания

впроцентах. Перед началом измерения ручками прибора «ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ» и «УСТАНОВКА» вначале ГРУБО, затем ТОЧНО установить отсчет 100 по верхней шкале колориметра.

7.Поворотом ручки под кюветным отделением до упора ввести

всветовой поток кювету с исследуемым раствором.

8.Измерить оптическую плотность и коэффициент пропускания, записать показания прибора.

Определение концентрации анализируемого раствора проводят по построенной калибровочной кривой – зависимости оптической плотности от концентрации исследуемого окрашенного вещества.

Для построения калибровочной кривой готовятся не менее пяти растворов исследуемого вещества с известной концентрацией и определяется их оптическая плотность. На основании полученных данных строится калибровочная кривая на миллиметровой бумаге или в компьютерной программе Excel.

86

Учебное издание

Глушанкова Ирина Самуиловна, Рудакова Лариса Васильевна, Нурисламова Татьяна .Валентиновна

ХИМИЯ ВОДЫ И ОСНОВЫ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОД

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Учебно-методическое пособие

Редактор и корректор И.А. Мангасарова

Подписано в печать 04.12.2017. Формат 60 90/16. Усл. печ. л. 5,5. Тираж 10 экз. Заказ № 315/2017.

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета.

Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113.

Тел.: + 7 (342) 219-80-33.

87