Средства измерения. 
Геоэкология. 
Методы оценки загрязнения окружающей среды

Средства измерения подразделяются на меры, контрольноизмерительные приборы и измерительные приспособления.

Мерами называют тела, вещества и устройства, предназначенные для конкретного воспроизведения единицы измерения или определенного, заранее установленного размера.

Контрольно-измерительные приборы — это устройства, которые служат для прямого или косвенного сравнения измеряемой величины с мерой.

Измерительные приспособления обеспечивают сравнение измеряемой величины с контрольной.

Контрольно-измерительные приборы классифицируются по способу получения результатов измерения и способу отсчета показаний и характеру применения.

По способу получения результатов измерения различают приборы сравнения, показывающие и суммирующие.

Приборы сравнения (компарирующие) предназначены для непосредственного сравнения измеряемой величины с мерой. К ним относятся рычажные весы с гирями, лабораторные потенциометры и др.

Показывающие приборы служат для определения значения измеряемой величины (например, давления, температуры) по отсчетным приспособлениям (шкале, цифровому указателю и др.), предварительно проградуированным путем прямого или косвенного сравнения с мерами. Показывающие приборы являются наиболее многочисленными.

Суммирующие приборы показывают суммарное значение измеряемой величины за время действия прибора (например, радонометры, где по сути измеряют в течение минут или часов не концентрацию радона, у которого период полураспада составляет более 3,8 суток, а сумму его дочерних продуктов распада — Ро-218 (Т½ = 3,05 min); Bi-214 (Т½ = 19,7 min) и других.

По способу отсчета показаний различают приборы с непосредственным отсчетом и с управляемым отсчетом.

Приборы с непосредственным отсчетом дают показания автоматически, без участия наблюдателя (амперметры, термометры, автоматические потенциометры и др.). Приборы с управляемым отсчетом требуют для получения отсчета некоторых операций по наладке и регулировке их отсчетных устройств (неавтоматические мосты, оптические пирометры и др.).

По характеру применения измерительные приборы подразделяются на указывающие, самопишущие (регистрирующие), сигнализирующие и регулирующие.

Указывающие приборы позволяют наблюдателю производить отсчет измеряемой величины только в данный момент. Самопишущие приборы снабжены устройствами для автоматической записи измеряемых величин. Сигнализирующие приборы имеют специальные приспособления для включения звуковой или световой сигнализации, когда измеряемая величина достигает заданного значения. Регулирующие приборы предназначены для поддержания значения измеряемой величины — параметра — на заданном уровне или по заданной программе в соответствии с требованиями технологического процесса (например, регуляторы уровня, температуры и др.).

По метрологической классификации меры и измерительные приборы разделяются на образцовые и рабочие.

Образцовые меры и измерительные приборы предназначены для воспроизведения единиц измерения, поверки и градуировки рабочих измерительных приборов. Рабочие меры и измерительные приборы служат для измерений в производственных условиях.

Различают три основных вида абсолютных погрешностей: случайные, систематические, промахи.

Случайные погрешности вызываются случайными, неконтролируемыми причинами, действие которых неодинаково при параллельных измерениях. Значения случайных погрешностей могут быть различными даже тогда, когда параллельные измерения производятся в одинаковых условиях, в один и тот же день, одним аналитиком, с одними и теми же реактивами, посудой, приборами и т. д. Например, взвешивая одну и ту же навеску несколько раз на одних весах, пользуясь при этом одними гирями, можно получить разные результаты. Причиной случайных погрешностей в этом случае может оказаться колебание воздуха, неодинаково влияющее на чашки весов, или нагревание одной половины коромысла от руки взвешивающего.

Абсолютные погрешности случайным образом изменяются от одного единичного измерения к другому. Они могут быть в одних измерениях очень маленькими, в других — достаточно большими, в одних — отрицательными, а в других — положительными. Какова погрешность данного единичного измерения, сказать нельзя, но можно оценить возможную случайную погрешность данной методики. Для этого при разработке методики производят большое число (десятки и даже сотни) определений концентрации в стандартном образце с точно известной концентрацией в соответствии с данной методикой.

Систематические погрешности — это погрешности, значение которых остается неизменным во всех параллельных измерениях. Из-за систематических погрешностей результат анализа оказывается неправильным. Например, при проведении химического количественного анализа источником систематической погрешности может оказаться неточная калибровка посуды или неточно определенный титр рабочего раствора. Сколько бы раз мы ни повторяли определение концентрации раствора, используя эту мерную посуду или рабочий раствор, результат определения будет иметь одну и ту же погрешность.

Промахи — это грубые погрешности, возникающие в результате недоброкачественной работы аналитика. Например, изза невнимательности он может записать неверные результаты взвешивания, неправильно снять показания прибора и т. д.

О промахе говорят в тех случаях, когда какой-то результат единичного определения сильно отличается от всех остальных. Отбросить такой результат без дополнительной проверки нельзя, так как он может оказаться следствием большой случайной погрешности. Существует несколько способов отбраковки промахов, о которых будет сказано позже.

Основными метрологическими характеристиками методики анализа являются сходимость, воспроизводимость, правильность, точность, чувствительность и предел обнаружения.

Сходимость — это степень близости друг к другу результатов параллельных единичных измерений, выполненных в одинаковых условиях одним и тем же человеком, в один день при использовании одних и тех же материалов и аппаратуры.

Воспроизводимость — это степень близости друг к другу результатов единичных измерений, выполненных в различных условиях (например, разными людьми или на разных приборах, в разные дни и т. д.). Воспроизводимость в 1,5−2 раза ниже сходимости.

Чем выше сходимость и воспроизводимость методики (т. е. меньше стандартное отклонение), тем реже в единичных измерениях встречаются большие погрешности и тем ближе результаты параллельных измерений.

Правильность характеризует близость результатов анализа к истинному содержанию компонента в образце. Правильность обусловлена наличием и значением систематических погрешностей.

Точность отражает близость к нулю погрешностей всех видов (как систематических, так и случайных).

Чувствительность отражает способность метода обнаружить разницу между близкими концентрациями (количествами) определяемого вещества. Если определение концентрации производится по градуировочной кривой, построенной по стандартным образцам, то чувствительность метода равна тангенсу угла наклона этой кривой при данной концентрации. Если градуировочный график прямолинеен, то чувствительность метода определяется отношением х / с, где х — разность аналитических сигналов; с — соответствующая им разность концентраций.

Предел обнаружения характеризует наименьшее содержание определяемого вещества в соответствии с данной доверительной вероятностью. Предел обнаружения определяется с помощью градуировочной кривой по величине минимального обнаруживаемого аналитического сигнала.

Различают абсолютный и относительный пределы обнаружения. Абсолютный предел обнаружения — это наименьшее количество вещества, которое может быть обнаружено данным методом. Он выражается в единицах массы — граммах, миллиграммах, микрограммах и т. п. Относительный предел обнаружения — это наименьшая обнаруживаемая данным методом концентрация, выражается в %, мг/мл, мкг/мл и т. д.