Τέλος οι αναφορές πρέπει να είναι καλογραμμένες, και καλά δακτυλογραφημένες. Tα διαγράμματα να είναι φτιαγμένα με την χρήση ενός spread-sheet

Transcript

1 ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΛHPOΦOPIEΣ Tα εργαστηριακά πειράματα σκοπεύουν στο να αναπτύξουν την ικανότητα των σπουδαστών στην ποσοτική ανάλυση δειγμάτων από διάφορες πηγές, στη λύση συνηθισμένων προβλημάτων που υπάρχουν στις φυσικοχημικές αναλύσεις, και στο να δώσουν από πρώτο χέρι πρακτική εμπειρία στην διδασκόμενη αναλυτική θεωρία. Είναι σπουδαίο να αναπτυχθεί η δυνατότητα στη σχεδίαση και αποπεράτωση των πειραμάτων με προσοχή και αποτελεσματικότητα. Οι σπουδαστές μπορούν να εργάζονται στα εργαστήρια μόνον κατά τις ώρες λειτουργίας των εργαστηρίων. Για ειδικές περιπτώσεις διακανονισμοί πρέπει να γίνονται από πριν με τον υπεύθυνο του εργαστηρίου. Λόγω έλλειψης οργάνων, τα πειράματα θα γίνονται "κυκλικά" και γι αυτό θα πρέπει να τηρείται η σειρά και η ημερομηνία που θα καθοριστεί. Οι πειραματικές τιμές θα γράφονται σε δυο αντίγραφα.στην κορυφή θα γράφεται ο τίτλος της άσκησης, τα ονόματα των σπουδαστών, ο αριθμός της ομάδας καθώς και η ημερομηνία διεξαγωγής του πειράματος. Μετά το τέλος του πειράματος, το ένα αντίγραφο θα δίνεται στον υπεύθυνο. Για όλα τα πειράματα είναι υποχρεωτική η προσκόμιση επίσημης αναφοράς, η οποία θα παραδίνεται μια εβδομάδα μετά την αποπεράτωση του πειράματος. Οι αναφορές δεν θα λαμβάνονται υπόψιν εάν παραδοθούν μετά την λήξη της παραπάνω προθεσμίας.

2 Εμφάνιση Αναφοράς H αναφορά πρέπει να γίνεται όπως οι δημοσιεύσεις στο περιοδικό Journal of Analytical Chemistry. Tο περιοδικό αυτό υπάρχει στην βιβλιοθήκη. Με λίγα λόγια η αναφορά πρέπει να περιέχει: 1: Στην κορυφή τον τίτλο του πειράματος. Κάτω από αυτόν τα ονόματα των αναλυτών και την ημερομηνία διεξαγωγής του πειράματος. 2: Tην περίληψη ( Abstract) η οποία είναι μια η το πολύ δυο παράγραφοι. 3: Tην εισαγωγή (Introduction) στην οποία πρέπει να δίνονται οι βασικές έννοιες της τεχνικής που θα χρησιμοποιηθεί. Εδώ θα εξηγούνται οι όροι και οι συντομογραφίες καθώς επίσης και η σημασία του πειράματος, γιατί χρησιμοποιείται, και ποιες οι παρόμοιες τεχνικές με σύντομη σύγκριση. 4: Tην Θεωρία ( Theory) η οποία περιέχει τις θεωρητικές βάσεις της μεθόδου, μηχανισμούς αντίδρασης, τύπους, υπολογισμούς, κ.λ.π. 5: Tο πειραματικό μέρος (Experimental Section) το οποίο περιέχει όλα τα αντιδραστήρια με τις συγκεντρώσεις που χρησιμοποιήθηκαν, όργανα, παραμέτρους οργάνων, φίλτρα, σύριγγες, ηλεκτρόδια, υλικά, και γενικά τα πάντα που χρησιμοποιήθηκαν από τον αναλυτή για το πείραμα. 6: Tα Αποτελέσματα και Ανάλυση (Results and Discussion) που θα περιέχουν όλα τα αποτελέσματα σε πίνακες, τα στατιστικά στοιχεία, τα διαγράμματα, και την σύγκριση των αποτελεσμάτων και των στατιστικών με βάσει την αληθινή-θεωρητική τιμή, η άλλα θεωρητικά δεδομένα. H χρήση της μεθόδου των ελαχίστων τετραγώνων καθώς επίσης καλή χρήση σημαντικών ψηφίων είναι σημαντική. 7: Tα Συμπεράσματα ( Conclusion) όπου θα δίνεται σύντομα μια εξήγηση της τεχνικής, εάν δούλεψε καλά, και συστάσεις για την ποιότητα των αποτελεσμάτων 8: Βιβλιογραφία που θα περιέχει τα συγγράμματα και βιβλία που χρησιμοποιήθηκαν για τις πληροφορίες που αναφέρθηκαν στην αναφορά σας. 9: Ερωτήσεις - Προβλήματα, που θα περιέχουν τις απαντήσεις στις ερωτήσεις των σημειώσεων και τυχόν άλλων ερωτήσεων που δόθηκαν κατά την ώρα του εργαστηρίου.

3 Τέλος οι αναφορές πρέπει να είναι καλογραμμένες, και καλά δακτυλογραφημένες. Tα διαγράμματα να είναι φτιαγμένα με την χρήση ενός spread-sheet (συνίσταται η χρήση του Origin). Όλα τα φύλλα της αναφοράς να είναι δεμένα καλά έτσι ώστε να μην χάνονται.

4 ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΣ EPΓAΣTHPIΩN Γενικοί κανόνες: H είσοδος στο Εργαστήριο με περιττά προσωπικά αντικείμενα δημιουργεί πρόβλημα στην ελευθερία των κινήσεων σας. Απαγορεύεται το κάπνισμα και το φαγητό η ποτό στα εργαστήρια. Να χρησιμοποιούνται πάντα προστατευτικά γυαλιά και μπλούζα. Οι φακοί επαφής απαγορεύονται στο εργαστήριο. Να υπάρχει συνεργασία στην καθαριότητα του εργαστηρίου αν ένα αντιδραστήριο χυθεί, πρέπει να καθαρίζεται αμέσως, τα σκουπίδια να μπαίνουν στο δοχείο για τα ακάθαρτα αντιδραστήρια. Να διατηρείτε τον πάγκο εργασίας και τα σκεύη, όργανα που χρησιμοποιείτε καθαρά, όλη την διάρκεια της εργασίας σας. κ.τ.λ. Πριν την αναχώρηση σας να ελέγχετε τις παροχές νερού, αερίων Πρέπει να γνωρίζετε που βρίσκονται το κουτί πρώτων βοηθειών, οι πυροσβεστήρες καθώς και τα ντους έκτακτης ανάγκης. Απαγορεύεται η είσοδος στο Εργαστήριο, σε άτομα που δεν έχουν σχέση με την εργασία. Χρήση οργάνων/σκευών/αντιδραστηρίων.: H χρήση των οργάνων του Εργαστηρίου απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή. Αν υπάρχει οποιαδήποτε αμφιβολία στην λειτουργία, απευθυνθείτε στον υπεύθυνο του Εργαστηρίου. Ελέγχετε τις ηλεκτρικές συσκευές αν βρίσκονται σε ασφαλή κατάσταση και τα καλώδια αν εφάπτονται με πηγές θερμότητας. Tο απιονισμένο νερό πρέπει να τοποθετείται σε προσωπικές φιάλες. Απαγορεύεται το πλύσιμο δοχείων κατευθείαν από το κεντρικό δοχείο αποθήκευσης. Οι απαγωγοί πρέπει να παραμένουν καθαροί και να χρησιμοποιούνται μόνο για τον βρασμό διαλυμάτων και τη χρήση επικίνδυνων και εύφλεκτων υλικών.

5 Οι ξηραντήρες πρέπει να σκεπάζονται μόνον με τα πώματα τους, και με τον κατάλληλο τρόπο. Στο φούρνο του Εργαστηρίου δεν πρέπει να τοποθετούνται κλειστά σκεύη, τα δε γυαλικά για ξήρανση θα πρέπει να πλένονται με απιονισμένο νερό ή ακετόνη. Απαγορεύεται η χρήση σιφονιών με το στόμα. Χρησιμοποιείτε τα πουάρ ή τα pi-pump. Ποτέ δεν επιστρέφονται αντιδραστήρια στις αρχικές τους φιάλες. Προσέχετε ώστε να παίρνετε τις απαιτούμενες ποσότητες που χρειάζεστε. Αποφεύγετε την επαφή με κάθε χημική ένωση ή διάλυμα. Πολλές τοξικές ουσίες απορροφούνται από το δέρμα γι αυτό χρησιμοποιείτε γάντια σε ανάλογες περιπτώσεις. Όταν ένα αντιδραστήριο τελειώνει, να ενημερώνετε τον υπεύθυνο του εργαστηρίου.

6 ΣTATIΣTIKH ANAΛYΣH ΔEΔOMENΩN Σημαντικά Ψηφία Οι υπολογισμοί στις πρακτικές επιστήμες (όπως στη χημεία, φυσική κ.λ.π) γίνονται με τιμές που έχουν τις ρίζες τους σε πειραματικές μετρήσεις. Όλες οι πειραματικές μετρήσεις περιέχουν ένα ποσοστό λάθους. Πάντα, και ιδιαίτερα στην αναλυτική χημεία, πρέπει να είμαστε σίγουροι ότι οι υπολογισμοί μας γίνονται με τον μεγαλύτερο αριθμό σημαντικών ψηφίων (αλλά όχι περισσότερα) που μας επιτ ρέπει η πειραματική ακρίβεια. O επιστήμονας δείχνει πόσο καλή είναι η τιμή που παρουσιάζει με το να αναφέρει όλα τα ψηφία που γνωρίζονται συν ένα. Tα γνωστά συν το υπό ερώτηση τελευταίο ψηφίο, είναι τα σημαντικά ψηφία. Παραδείγματος χάριν, ένας όγκος 35,26 ml περιέχει τέσσερα σημαντικά ψηφία, εκ των οποίων τα τρία (3,5, και 2) είναι γνωστά με σιγουριά 100% ενώ το τέταρτο (6) όχι. Tο λάθος στον όγκο που μετρήθηκε είναι το αποτέλεσμα της ακρίβειας (accuracy) και της ακριβούς μέτρησης (precision). H ακρίβεια καταπιάνεται με την απόλυτη αλήθεια της μέτρησης, ενώ η ακριβής μέτρηση με τις λεπτομέρειες με τις οποίες έγινε η μέτρηση. Παραδείγματος χάριν η μέτρηση με μια προχοϊδα των 35,26 ml εννοεί ότι ο αναλυτής έκανε αυτήν τη μέτρηση και μπορεί να την αναπαράγει με όρια λάθους 0,01 ml. H ακριβής μέτρηση του (μέτρημα των 35,26 ) πρέπει να δοθεί σαν 35,26 +/- 0,03% ml επειδή (0,01 X35,26)X100 = 0,03. Υπάρχει όμως η πιθανότητα να είναι η προχοιδα μη ακριβής, δηλαδή οι γραμμές μέτρησης στα τοιχώματα να έχουν κάποιο λάθος, ή μια ποσότητα από το υγρό να παρέμεινε στα τοιχώματα κατά την διάρκεια της μέτρησης. Σε αυτές τις περιπτώσεις ο όγκος μπορεί να μετρήθηκε ακριβώς, αλλά όχι με ακρίβεια. Πάντα πρέπει να χρησιμοποιούμε όργανα καλώς διαβαθμισμένα που μπορούμε να εμπιστευτούμε (με ελάχιστο σταθερό λάθος). Με αυτόν τον τρόπο τα σημαντικά ψηφία θα εξαρτώνται από τις μετρήσεις και όχι από τα όργανα. Πρόσθεση και Αφαίρεση Tο αποτέλεσμα πρέπει να έχει απόλυτη αβεβαιότητα της ίδιας τάξης με τον πλέον αβέβαιο αριθμό, ή να έχει τα ίδια δεκαδικά ψηφία με αυτά του αριθμού που έχει τα λιγότερα:

7 Σημ.ψηφ Σημ.ψηφ. Σημ.ψηφ Σημ.ψηφ 111, ,362x , ,26x , ,111x , ,69x ,22 5 4,473x , ,57x Tα μηδενικά μερικές φορές κάνουν τα πράγματα λίγο μπερδεμένα. H γραφή του αριθμού σύμφωνα με την επιστημονική ορολογία λύνει αυτό το πρόβλημα. π.χ: Αριθμός Σημαντικά ψηφία Επιστημονική ορολογία 0, x10-4 0, ,0x10-3 0, ,00x10-2 0, ,000x10-1 Πολλαπλασιασμός και Διαίρεση Κανονικά πρέπει να υπολογιστή η αβεβαιότητα σε κάθε ένα αριθμό και να προστεθούν. Αυτή θα είναι η αβεβαιότητα στην απάντηση. H απάντηση δίνεται με τόσα σημαντικά ψηφία έτσι ώστε η αβεβαιότητα να εμφανίζεται στο τελευταίο ψηφίο. Αυτό είναι λίγο πολύπλοκο και παίρνει χρόνο. Πρακτικά πρέπει να ακολουθείται ο εξής τρόπος: H απάντηση πρέπει να δίνεται με τον ίδιο αριθμό σημαντικών ψηφίων που περιέχει ο αριθμός με τα λιγότερα σημαντικά ψηφία. Tο αποτέλεσμα όμως πρέπει να έχει την ακρίβεια του λιγότερο ακριβούς αριθμού. Πρέπει να σημειωθεί ότι το βάρος πέφτει στον αριθμό των σημαντικών ψηφίων και όχι στον αριθμό των θέσεων μετά το κόμμα όπως στην πρόσθεση και την αφαίρεση. π.χ. 1,2345 x 6,78 = 8,37 και όχι 8,3699

8 Απαλοιφή ψηφίων: Όταν οι αριθμοί: 1,2,3,4 βρίσκονται στο τέλος αριθμού, τότε η απαλοιφή τους δεν επηρεάζει το προηγούμενο ψηφίο. Όταν οι αριθμοί : 6,7,8,9 βρίσκονται τέλος του αριθμού, τότε η απαλοιφή τους αυξάνει τον προηγούμενο αριθμό κατά μια μονάδα Στην περίπτωση του 5 έχουμε δύο περιπτώσεις: 1) Aν δεν έχει απαλειφθεί άλλος αριθμός τότε επηρεάζει τον επόμενο αριθμό με στρογγυλοποίηση στον πλησιέστερο άρτιο > > ) Αν ο αριθμός προς απαλοιφή είναι πάνω από τη μέση τότε ο προηγούμενος αυξάνεται, ενώ αν είναι κάτω από τη μέση τότε ο προηγούμενος μειώνεται. 121, > 121,79 121, > 121,80 EΠEΞEPΓAΣIA ΔEΔOMENΩN Είναι αδύνατον να γίνουν χημικές αναλύσεις με τέτοιο τρόπο ούτως ώστε τα αποτελέσματα να είναι χωρίς αβεβαιότητα. Tο καλύτερο που μπορούμε να κάνουμε είναι να κρατήσουμε την αβεβαιότητα σε ανεκτά επίπεδα, και να μπορούμε να αναφέρουμε το μέγεθος αυτής της αβεβαιότητας. O υπολογισμός της αξιοπιστίας των πειραματικών δεδομένων είναι πάντα δύσκολη υπόθεση. Παρ όλα αυτά, αυτοί οι υπολογισμοί πρέπει να γίνονται κάθε φορά που μαζεύονται πειραματικά αποτελέσματα. Αποτελέσματα των οποίων η αξιοπιστία δεν γνωρίζεται είναι άχρηστα.

9 Παράδειγμα Υπολογισμού Ακρίβειας των Πειραματικών Δεδομένων Για N πειραματικές τιμές, υπολογίζεται πρώτα η μέση τιμή : x = Σ xi N Από αυτή μπορεί να υπολογιστή η μέση απόκλιση από την μέση τιμή: d = xi - x N Κατόπιν υπολογίζεται η σταθερή (τυπική ) απόκλιση: S x Σ x i x 2 Ó N 1 (1) η από την: S x Σx 2 i N 1 Σx i 2 NN 1 (2) η από την: S x Σx 2 i N 1 Nx 2 N 1 (3)

10 Από αυτήν την τιμή υπολογίζεται το σταθερό λάθος της μέσης τιμής): (σταθερή απόκλιση S x S x N (4) Να δοθεί η +/- ακρίβεια σαν σταθερό λάθος στο 95% όριο εμπιστοσύνης: +/- = t. 95% S x, όπου t είναι το student-t: t = μ- x. N Sx t. Sx μ = x ± = x ± t. Sx N N t 95% 12,70 4,30 3,18 2,78 2,57 2,45 2,37 2,31 2, Κριτήρια για Απόρριψη Αμφίβολης Τιμής Όταν τα πειραματικά δεδομένα περιέχουν μια τιμή η οποία φαίνεται να διαφέρει πολύ από τις υπόλοιπες, η από τον μέσο όρο, πρέπει να υπάρξει η ερώτηση εάν η τιμή αυτή πρέπει να κρατηθεί η όχι. H τιμή αυτή μπορεί να υπολογιστεί μόνον αφού υπολογιστεί το σταθερό λάθος και όχι πριν. Tο Q-Test, είναι στατιστικό κριτήριο και μπορεί να μας βοηθήσει για να αποφασίσουμε αν κρατήσουμε η όχι την τιμή.

11 Αυτό το τεστ εφαρμόζεται ως ακολούθως : 1: Ας υποθέσουμε ότι Xαμφιβ. είναι η αμφίβολη τιμή. Όλα τα δεδομένα τοποθετούνται με αύξουσα σειρά, από άποψη τιμών 2: Υπολογίζεται το εύρος των τιμών 3: Q= x αμφισβ.-x πλησιεστ. x μεγ.-xελαχ. 4: Εάν το Q πειραματικό είναι μεγαλύτερο από το Q θεωρητικό, τότε η τιμή απορρίπτεται. 5: Tο Q-Test δεν πρέπει να χρησιμοποιείται περισσότερο από δυο φορές συνεχώς. 6: Συνήθως χρησιμοποιείται το 90% κριτήριο N 90% 95% ,941 0, ,765 0, ,642 0, ,560 0,62 7 0,507 0,568

12 Μέθοδος των ελαχίστων τετραγώνων H μέθοδος των ελαχίστων τετραγώνων εφαρμόζεται για την αντικειμενική χάραξη της καλύτερης καμπύλης (ευθείας) και βασίζεται στην αρχή, ότι η καλύτερη καμπύλη (ευθεία) είναι εκείνη όπου το άθροισμα των τετραγώνων των αποκλίσεων είναι ελάχιστο. H εξίσωση που εφαρμόζεται στην πράξη είναι γραμμική: y= ax+b όπου a είναι η κλίση της ευθείας, δηλ. η μεταβολή του y για μεταβολή του x κατά μια μονάδα, και b είναι η τομή της ευθείας με τον άξονα των y δηλ. η τιμή του y για x=0. Oι τιμές a και b προσδιορίζονται από τις σχέσεις: a = N Σxιyi - Σxi Σyi NΣxi (Σx i) b= Σ xi 2 Σyi - Σxi Σxiyi NΣxi 2 -(Σxi) ΣΣÓ 2 H καμπύλη που χαράζεται με βάσει τις τιμές a και b μας παρέχει την άριστη γραμμική προσαρμογή των σημείων. Tο μετρό της καλής προσαρμογής μεταξύ των δυο μεταβλητών, x και y δίνεται από το συντελεστή συσχέτισης r: r = Σxiyi - Nxy (Σxi 2 - Nx 2 )(Σyi 2 - Ny 2 ) = NΣxiyi - Σxi Σyi ΣΣΣ [NΣxi 2 - ( Σxi) 2 ] [ NΣyi 2 - ( Σyi) 2 ] H προσαρμογή είναι τόσο καλύτερη, όσο πλησιέστερα προς την μονάδα βρίσκεται η τιμή του r. Μία καμπύλη αναφοράς θεωρείται ικανοποιητική για τιμή 0,95 < r <0,99 ενώ για τιμή r > 0,99 η γραμμικότητα είναι πολύ καλή. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ: 1) «Γενική Χημεία» Ebbing Gammon κεφ. 1.5,1.6,1.7,1.8 2)«Ποσοτική χημική ανάλυση» Τόμος Α, Daniel C. Harris, κεφ. 3-1εως3-3 και 4-1εως 4-9.