|
Стр. 12
нейтральный красный (2 капли раствора в начале и 2 капли в конце
титрования). Титрование с тропеолином 00 ведут до перехода окраски
от красной к желтой, со смесью тропеолина 00 с метиленовым синим -
от красно - фиолетовой к голубой, с нейтральным красным - от
красно - фиолетовой к синей. Выдержку в конце титрования с
нейтральным красным увеличивают до 2 мин.
Титрование с йодкрахмальной бумагой ведут до тех пор, пока
капля титруемого раствора, взятая через 1 мин после прибавления
раствора нитрита натрия, не будет немедленно вызывать синее
окрашивание на бумаге. Параллельно проводят контрольный опыт. В
некоторых случаях выдержка может быть увеличена, о чем должно быть
указано в частной статье.
КИСЛОТНОЕ ЧИСЛО
Кислотным числом называют количество миллиграммов едкого кали,
необходимое для нейтрализации свободных кислот, содержащихся в 1 г
исследуемого вещества.
Определение кислотного числа. Около 10 г (точная навеска)
масла, жира, воска или около 1 г (точная навеска) смолы помещают в
колбу вместимостью 250 мл и растворяют в 50 мл смеси равных
объемов 95% спирта и эфира, предварительно нейтрализованной по
фенолфталеину раствором едкого натра (0,1 моль/л); если
необходимо, нагревают с обратным холодильником на водяной бане до
полного растворения. Прибавляют 1 мл раствора фенолфталеина и
титруют при постоянном помешивании раствором едкого натра (0,1
моль/л) до появления розового окрашивания, не исчезающего в
течение 30 с. Для вещества с небольшим кислотным числом (до 1)
титрование проводят из микробюретки.
Кислотное число (Кч) вычисляют по формуле:
а х 5,61
Кч = --------,
б
где а - количество миллилитров раствора едкого натра (0,1
моль/л), израсходованное на титрование; б - навеска вещества в
граммах; 5,61 - количество миллиграммов едкого кали,
соответствующее 1 мл раствора едкого натра (0,1 моль/л).
ЧИСЛО ОМЫЛЕНИЯ
Числом омыления называют количество миллиграммов едкого кали,
необходимое для нейтрализации свободных кислот и кислот,
образующихся при полном гидролизе сложных эфиров, содержащихся в 1
г исследуемого вещества.
Определение числа омыления. Около 2 г вещества (точная навеска)
помещают в колбу вместимостью 200 мл, прибавляют 25 мл спиртового
раствора едкого кали (0,5 моль/л), присоединяют к колбе обратный
холодильник, погружают ее в кипящую водяную баню и нагревают в
течение 1 ч, регулярно перемешивая путем вращения.
При исследовании трудно омыляющихся веществ прибавляют 5-10 мл
ксилола и нагревают более продолжительное время, согласно
указаниям в частных статьях.
Параллельно нагревают 25 мл спиртового раствора едкого кали
(0,5 моль/л). Оба раствора тотчас же после прекращения нагревания
разбавляют 25 мл свежепрокипяченной горячей воды, прибавляют по 1
мл раствора фенолфталеина и титруют раствором хлористоводородной
кислоты (0,5 моль/л) до обесцвечивания.
Из количества миллилитров раствора хлористоводородной кислоты
(0,5 моль/л), израсходованного в контрольном опыте, вычитают
количество миллилитров раствора хлористоводородной кислоты (0,5
моль/л), израсходованное на титрование исследуемого вещества.
Полученная разность представляет собой количество миллилитров
раствора едкого кали (0,5 моль/л), израсходованное на
нейтрализацию свободных кислот и кислот, образовавшихся при полном
гидролизе сложных эфиров во взятой навеске.
Число омыления (Ч) вычисляют по формуле:
(а - б) 28,05
Ч = ---------------,
в
где а - количество миллилитров раствора хлористоводородной
кислоты (0,5 моль/л), израсходованное на титрование в контрольном
опыте; б - количество миллилитров раствора хлористоводородной
кислоты (0,5 моль/л), израсходованное на титрование исследуемого
вещества; в - навеска вещества в граммах; 28,05 - количество
миллиграммов едкого кали, соответствующее 1 мл раствора едкого
кали (0,5 моль/л).
ЭФИРНОЕ ЧИСЛО
Эфирным числом называют количество миллиграммов едкого кали,
необходимое для нейтрализации кислот, образующихся при гидролизе
сложных эфиров, содержащихся в 1 г исследуемого вещества.
Эфирное число определяют по разности между числом омыления и
кислотным числом.
ЙОДНОЕ ЧИСЛО
Йодным числом называют количество граммов йода, связываемое 100
г исследуемого вещества.
Определение йодного числа. Точную навеску исследуемого вещества
(см. примечание) помещают в сухую колбу с притертой пробкой
вместимостью 250-300 мл, растворяют в 3 мл эфира или хлороформа,
прибавляют 20 мл раствора йода монохлорида (0,1 моль/л), закрывают
колбу пробкой, смоченной раствором йодида калия, осторожно
взбалтывают вращательным движением и выдерживают в темном месте в
течение 1 ч. Затем прибавляют последовательно 10 мл раствора
йодида калия, 50 мл воды и титруют раствором тиосульфата натрия
(0,1 моль/л) при постоянном энергичном взбалтывании до светло -
желтой окраски, после чего прибавляют 3 мл хлороформа, сильно
взбалтывают, затем прибавляют 1 мл раствора крахмала и титруют до
обесцвечивания.
Параллельно проводят контрольный опыт.
При анализе твердых жиров навеску растворяют в 6 мл эфира,
прибавляют 20 мл раствора йода монохлорида (0,1 моль/л) и 25 мл
воды. Дальнейшее определение проводят, как указано выше.
Из количества миллилитров раствора тиосульфата натрия (0,1
моль/л), израсходованного в контрольном опыте, вычитают количество
миллилитров раствора тиосульфата натрия (0,1 моль/л),
израсходованное на титрование исследуемого вещества. Полученная
разность соответствует количеству миллилитров раствора йода (0,1
моль/л), связанному навеской исследуемого вещества.
Йодное число (I) вычисляют по формуле:
(а - б) х 0,01269 х 100
I = -----------------------,
в
где а - количество миллилитров раствора тиосульфата натрия (0,1
моль/л), израсходованное на титрование в контрольном опыте; б -
количество миллилитров раствора тиосульфата натрия (0,1 моль/л),
израсходованное на титрование исследуемого вещества; в - навеска
вещества в граммах.
Приготовление раствора йода монохлорида (0,1 моль/л). 11,06 г
йодида калия и 7,10 г йодата калия помещают в склянку с притертой
пробкой, прибавляют 50 мл воды и 50 мл концентрированной
хлористоводородной кислоты, закрывают пробкой и встряхивают до
полного растворения образующегося при реакции йода. Раствор
переносят в делительную воронку и взбалтывают с 10 мл хлороформа.
Если хлороформный слой окрашивается в фиолетовый цвет, то
прибавляют при сильном взбалтывании по каплям 1% раствор йодата
калия до обесцвечивания хлороформного слоя. Если же хлороформный
слой остается бесцветным, то прибавляют по каплям 1% раствор
йодида калия до появления бледно - розовой окраски. После
отстаивания водный слой сливают в мерную колбу и доводят объем
раствора водой до 1 л. Приготовленный раствор должен иметь лимонно
- желтый цвет.
Примечание. Величина навески вещества в граммах в зависимости
от ожидаемого йодного числа приведена в нижеследующей таблице.
---------------------------------T-------------------------------¬
¦ Йодное число ¦ Навеска, г ¦
+--------------------------------+-------------------------------+
¦ От 0 до 30 ¦ 1,1 - 0,7 ¦
¦ >> 31 >> 50 ¦ 0,7 - 0,5 ¦
¦ >> 51 >> 100 ¦ 0,5 - 0,25 ¦
¦ >> 101 >> 150 ¦ 0,25 - 0,15 ¦
¦ Свыше 150 ¦ Менее 0,15 ¦
L--------------------------------+--------------------------------
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОКРАСКИ ЖИДКОСТЕЙ
Окраску жидкостей определяют визуально путем сравнения с
соответствующими эталонами. Исследуемые жидкости и эталоны берут
для сравнения в равных количествах. Сравнение производят в
пробирках одинакового стекла и диаметра при дневном отраженном
свете на матово - белом фоне.
Окраска исследуемого образца должна быть вполне идентична
эталону или только приближаться к отмеченной окраске, не превышая
ее по интенсивности, но несколько отличаясь от нее по тону.
Жидкость, которая должна быть бесцветной, рассматривают сверху
через весь слой жидкости на матово - белом фоне. Бесцветными
считают жидкости, которые по цвету не отличаются от воды, а в
случае растворов - от соответствующего растворителя.
Приготовление исходных растворов
Раствор А. Около 6,00 г (точная навеска) растертого хлорида
кобальта (CoCl2 х 6Н2О; М.м. 237,93) растворяют в растворе серной
кислоты (0,1 моль/л) в мерной колбе вместимостью 100 мл,
перемешивают и доводят объем раствора раствором серной кислоты
(0,1 моль/л) до метки.
Содержание хлорида кобальта в растворе определяют следующим
образом: 5 мл раствора хлорида кобальта помещают в коническую
колбу вместимостью 250 мл с притертой пробкой, прибавляют 5 мл 3%
раствора перекиси водорода и 30 мл раствора едкого натра, смесь
кипятят с обратным холодильником в течение 10 мин, затем охлаждают
до комнатной температуры, прибавляют 2 г йодида калия и 15 мл 50%
раствора серной кислоты. Выделившийся йод титруют раствором
тиосульфата натрия (0,1 моль/л) (индикатор - крахмал).
Параллельно проводят контрольный опыт.
1 мл раствора тиосульфата натрия (0,1 моль/л) соответствует
0,02379 г хлорида кобальта (II).
Объем раствора хлорида кобальта (CoCl2 х 6Н2О) разбавляют таким
образом, чтобы содержание хлорида кобальта в 1 мл составляло 0,060
г.
Раствор Б. 0,4900 г растертого бихромата калия (K2Cr2O7; М.м.
294,18) растворяют в растворе серной кислоты (0,1 моль/л) в мерной
колбе вместимостью 100 мл и доводят объем раствора раствором
серной кислоты (0,1 моль/л) до метки. 1 мл полученного раствора
должен содержать 0,0049 г бихромата калия (K2Cr2O7).
Содержание бихромата калия в растворе определяют следующим
образом: 20 мл раствора бихромата калия помещают в коническую
колбу вместимостью 250 мл с притертой пробкой, прибавляют 30 мл
разведенной хлористоводородной кислоты, 1 г йодида калия,
оставляют на 5 мин в темном месте, затем прибавляют 80 мл воды и
титруют выделившийся йод раствором тиосульфата натрия (0,1 моль/л)
(индикатор - крахмал) до изменения окраски в зеленый цвет.
Параллельно проводят контрольный опыт.
1 мл раствора тиосульфата натрия (0,1 моль/л) соответствует
0,004903 г бихромата калия.
Раствор В. Около 6,00 г (точная навеска) растертого сульфата
меди (II) (CuSO4 х 5Н2О; М.м. 249,68) растворяют в растворе серной
кислоты (0,1 моль/л) в мерной колбе вместимостью 100 мл и доводят
объем раствора раствором серной кислоты (0,1 моль/л) до метки.
Содержание сульфата меди в растворе определяют следующим
образом: 10 мл раствора сульфата меди помещают в коническую колбу
вместимостью 250 мл с притертой пробкой, прибавляют 40 мл воды, 4
мл разведенной уксусной кислоты, 3 г йодида калия, смесь
перемешивают и выделившийся йод титруют раствором тиосульфата
натрия (0,1 моль/л) (индикатор - крахмал).
Параллельно проводят контрольный опыт.
1 мл раствора тиосульфата натрия (0,1 моль/л) соответствует
0,02497 г сульфата меди (II). Объем раствора сульфата меди (CuSO4
х 5H2O) разбавляют таким образом, чтобы содержание сульфата меди в
1 мл составляло 0,060 г.
Раствор Г. Около 4,50 г (точная навеска) хлорида железа (III)
(FeCl3 х 6Н2О; М.м. 270,30) растворяют в мерной колбе вместимостью
100 мл в растворе серной кислоты (0,1 моль/л) и доводят объем
раствора раствором серной кислоты (0,1 моль/л) до метки.
Содержание хлорида железа (III) в растворе определяют следующим
образом: 10 мл раствора хлорида железа помещают в коническую колбу
вместимостью 250 мл с притертой пробкой, прибавляют 15 мл
разведенной хлористоводородной кислоты, 4 г йодида калия и
оставляют на 15 мин в темном месте. После прибавления 100 мл воды
выделившийся йод титруют раствором тиосульфата натрия (0,1 моль/л)
(индикатор - крахмал).
1 мл раствора тиосульфата натрия (0,1 моль/л) соответствует
0,02703 г хлорида железа (III).
Объем раствора хлорида железа (FeCl3 х 6Н2О) разбавляют таким
образом, чтобы содержание хлорида железа в 1 мл составляло 0,045
г.
Срок годности исходных растворов 1 год.
Приготовление основных растворов
Основные растворы получают смешением исходных растворов хлорида
кобальта (А), бихромата калия (Б), сульфата меди (В) и хлорида
железа (Г) с раствором серной кислоты (0,1 моль/л) в следующих
соотношениях.
---------T-------T-------T-------T-------T-----------------------¬
¦Основной¦Раствор¦Раствор¦Раствор¦Раствор¦Раствор серной кислоты ¦
¦раствор ¦А, мл ¦Б, мл ¦В, мл ¦Г, мл ¦ (0,1 моль /л), мл ¦
+--------+-------+-------+-------+-------+-----------------------+
¦I ¦35,00 ¦ 8,00 ¦17,00 ¦40,00 ¦ - ¦
¦II ¦ 9,50 ¦10,70 ¦ 1,90 ¦ 4,00 ¦ 73,90 ¦
¦III ¦40,50 ¦ 6,30 ¦ 6,10 ¦12,00 ¦ 35,10 ¦
¦IV ¦ 3,50 ¦10,40 ¦20,10 ¦ 4,00 ¦ 62,00 ¦
L--------+-------+-------+-------+-------+------------------------
Срок годности основных растворов 1 год.
Приготовление эталонов
Эталоны для сравнения приготавливают из основных растворов
путем разбавления их раствором серной кислоты (0,1 моль/л).
Эталоны следует хранить по 5 мл в бесцветных, герметически
укупоренных пробирках или запаянных ампулах вместимостью 5 мл в
защищенном от света месте.
Срок годности эталонов N 1, 2, 3, 4 - 4 дня. Эталоны N 5, 6, 7
следует применять свежеприготовленными.
----T----------------T----------------T----------------T----------------¬
¦Н э¦Эталоны коричне-¦ Эталоны желтых ¦Эталоны розовых ¦Эталоны зеленых ¦
¦о т¦вых оттенков ¦ оттенков ¦ оттенков ¦ оттенков ¦
¦м а+----------------+----------------+----------------+----------------+
¦е л¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦р о¦ шкала а ¦ шкала б ¦ шкала в ¦ шкала г ¦
¦ н¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ а¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ +--------T-------+--------T-------+--------T-------+--------T-------+
¦ ¦основной¦раствор¦основной¦раствор¦основной¦раствор¦основной¦раствор¦
¦ ¦раствор ¦серной ¦раствор ¦серной ¦раствор ¦серной ¦раствор ¦серной ¦
¦ ¦ I, мл ¦кислоты¦II, мл ¦кислоты¦III, мл ¦кислоты¦IV, мл ¦кислоты¦
¦ ¦ ¦(0,1 ¦ ¦(0,1 ¦ ¦(0,1 ¦ ¦(0,1 ¦
¦ ¦ ¦моль/ ¦ ¦моль/ ¦ ¦моль/ ¦ ¦моль/ ¦
¦ ¦ ¦л), мл ¦ ¦л), мл ¦ ¦л), мл ¦ ¦л), мл ¦
+---+--------+-------+--------+-------+--------+-------+--------+-------+
¦1. ¦100,00 ¦ - ¦100,00 ¦ - ¦ 100,00 ¦ - ¦100,00 ¦ - ¦
¦2 ¦ 50,00 ¦ 50,00 ¦ 50,00 ¦ 50,00 ¦ 50,00 ¦ 50,00 ¦ 50,00 ¦ 50,00 ¦
¦3. ¦ 25,00 ¦ 75,00 ¦ 25,00 ¦ 75,00 ¦ 25,00 ¦ 75,00 ¦ 25,00 ¦ 75,00 ¦
¦4. ¦ 12,50 ¦ 87,50 ¦ 12,50 ¦ 87,50 ¦ 12,50 ¦ 87,50 ¦ 12,50 ¦ 87,50 ¦
¦5. ¦ 6,30 ¦ 93,70 ¦ 6,30 ¦ 93,70 ¦ 6,30 ¦ 93,70 ¦ 6,30 ¦ 93,70 ¦
¦6. ¦ 3,10 ¦ 96,90 ¦ 3,10 ¦ 96,90 ¦ 3,10 ¦ 96,90 ¦ 3,10 ¦ 96,90 ¦
¦7. ¦ 1,60 ¦ 98,40 ¦ 1,60 ¦ 98,40 ¦ 1,60 ¦ 98,40 ¦ 1,60 ¦ 98,40 ¦
L---+--------+-------+--------+-------+--------+-------+--------+--------
При сравнении окраски испытуемого раствора с эталонами
указывают, кроме номера эталона, букву шкалы. Например, окраска
раствора не должна превышать эталон N 5б.
Примечание. Раствор серной кислоты (0,1 моль/л): медленно и
осторожно, при постоянном перемешивании, вливают 6 мл
концентрированной серной кислоты в 1020 мл воды.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЗРАЧНОСТИ И СТЕПЕНИ
МУТНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ
Прозрачность и степень мутности жидкостей определяют путем
сравнения испытуемой жидкости с растворителем или эталонами.
Испытание проводят при освещении электрической лампой матового
стекла мощностью 40 Вт на черном фоне при вертикальном
расположении пробирок (рис. 21) <*>.
--------------------------------
<*> Рис. 21. Схема просмотра прозрачности и степени мутности
жидкостей: 1 - источник света; 2 - экран; 3 - зона контроля; 4 -
глаза. (Рисунок не приводится).
Жидкость считают прозрачной, если при ее рассмотрении
невооруженным глазом не наблюдается присутствие нерастворенных
частиц, кроме единичных волокон. Сравнение проводят с
растворителем, взятым для приготовления жидкостей.
Эталонами для определения степени мутности служат взвеси из
гидразина сульфата и гексаметилентетрамина.
I. Приготовление раствора гидразина сульфата. 0,50 г гидразина
сульфата (ГОСТ 5841-74, ч.д.а.) помещают в мерную колбу
вместимостью 50 мл, растворяют в 40 мл воды, перемешивают, доводят
объем раствора водой до метки и оставляют на 6 ч.
II. Приготовление раствора гексаметилентетрамина. 3,00 г
гексаметилентетрамина растворяют в 30 мл воды, взятых пипеткой или
бюреткой.
III. Приготовление исходного эталона. К 25 мл раствора
гидразина сульфата прибавляют 25 мл раствора
гексаметилентетрамина, тщательно перемешивают и оставляют на 24 ч.
Растворы гидразина сульфата и гексаметилентетрамина берут пипеткой
или бюреткой.
Срок годности исходного эталона 2 мес в склянках с притертыми
пробками.
Примечание. Перед применением исходный эталон, основной эталон
и эталонные растворы следует тщательно перемешать в течение 3 мин.
IV. Приготовление основного эталона. 15 мл исходного эталона,
взятого пипеткой, помещают в мерную колбу вместимостью 1 л,
доводят объем жидкости водой до метки и перемешивают.
Срок годности основного эталона 24 ч.
V. Приготовление эталонных растворов. Для приготовления
эталонных растворов I, II, III, IV основной эталон берут пипеткой
или бюреткой в мерную колбу вместимостью 100 мл и доводят объем
жидкости водой до метки.
--------------------T--------------------------------------------¬
¦ ¦ Эталонные растворы ¦
+-------------------+---------T----------T-----------T-----------+
¦ ¦ I ¦ II ¦ III ¦ IV ¦
¦ +---------+----------+-----------+-----------+
¦Основной эталон, мл¦ 5 ¦ 10 ¦ 30 ¦ 50 ¦
¦Вода, мл ¦ 95 ¦ 90 ¦ 70 ¦ 50 ¦
L-------------------+---------+----------+-----------+------------
Эталонные растворы I, II, III, IV должны быть
свежеприготовленными.
Для сравнения берут равные объемы эталонного раствора и
испытуемой жидкости (5 или 10 мл). Сравнение проводят в пробирках
бесцветного стекла или стекла одинакового оттенка, одного и того
же диаметра с притертыми пробками.
Определение степени мутности окрашенных жидкостей производят в
компараторе. Часть испытуемой жидкости фильтруют через бумажный
фильтр; в компараторе помещают рядом пробирки с фильтрованной и
нефильтрованной жидкостями; позади пробирки с нефильтрованной
жидкостью ставят пробирку с растворителем, позади пробирки с
фильтрованной жидкостью помещают последовательно пробирки с
соответствующими эталонами мутности до появления мути, сходной с
мутью нефильтрованной жидкости. Пробирки просматривают при
подсвечивании электрической лампой 40 Вт.
СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ХИМИЧЕСКОГО
ЭКСПЕРИМЕНТА И БИОЛОГИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
В настоящей статье для предпочтительного использования приняты
следующие обозначения:
А - измеряемая величина;
а - свободный член линейной зависимости;
b - угловой коэффициент линейной зависимости;
0
D , D - доза стандартного и испытуемого препаратов;
F - критерий Фишера;
f - число степеней свободы;
i - порядковый номер варианты;
L - фактор, используемый при оценке сходимости
результатов параллельных определений;
m, n - объемы выборки;
_
Р, Р - доверительная вероятность соответственно при
дву- и односторонней постановке задачи;
Q1, Qn - контрольные критерии для идентификации грубых
ошибок;
R - размах варьирования;
r - коэффициент корреляции;
s - стандартное отклонение;
2
s - дисперсия;
s_ - стандартное отклонение среднего результата;
х
s - логарифмическое стандартное отклонение;
lg
2
s - логарифмическая дисперсия;
lg
s _ - логарифмическое стандартное отклонение среднего
lg x результата;
g
2 2 2
s , s , s - общая дисперсия и дисперсия коэффициентов
0 b а линейной зависимости;
t - критерий Стьюдента;
U - коэффициент для расчета границ среднего
результата гарантии качества анализируемого
продукта;
W - весовой коэффициент пробита;
х, y - текущий координаты в уравнении линейной
зависимости;
_
Y - активность препарата;
Xi, Yi - вычисленные, исходя из уравнения линейной
зависимости значения переменных х и у;
Y - пробит;
_ _
х, y - средние выборки (координаты центра линейной
зависимости);
х , y - i-тая варианта (i-тая пара экспериментальных
i i значений х и у);
_ _
х +/-"ДЕЛЬТА"х - граничные значения доверительного интервала
среднего результата;
х +/-"ДЕЛЬТА"х - граничные значения доверительного интервала
i результата отдельного определения;
"ДЕЛЬТА" - разность некоторых величин;
"альфа" - уровень значимости, степень надежности;
"ДЕЛЬТА"х - полуширина доверительного интервала величины;
"дельта" - относительная величина систематической ошибки;
"эпсилон", - относительные ошибки соответственно результата
_______ отдельного определения и среднего результата;
"эпсилон"
"ми" - истинное значение измеряемой величины;
SUM - знак суммирования (сумма);
2
"хи" - критерий хи - квадрат.
I. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
РЕЗУЛЬТАТОВ ХИМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
Метрологические характеристики методов и результатов,
получаемых при статистической обработке данных эксперимента,
позволяют проводить оценку и сравнение как экспериментальных
методик, так и изучаемых объектов и на этой основе решать ряд
прикладных задач, связанных с определением статистической
достоверности результатов исследования.
I.1. ОСНОВНЫЕ СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ОДНОРОДНОЙ ВЫБОРКИ И ИХ ВЫЧИСЛЕНИЕ
Проверка однородности выборки. Исключение выпадающих значений
вариант. Термином "выборка" обозначают совокупность статистически
эквивалентных результатов (вариант). В качестве такой совокупности
можно, например, рассматривать ряд результатов, полученных при
параллельных определениях содержания какого-либо вещества в
однородной по составу пробе.
Допустим, что отдельные значения вариант выборки объема n
обозначены через х (1 <= i <= n) и расположены в порядке
возрастания: i
х ; х ; ... х ; ... х ; х , (I.1.1)
1 2 i n - 1 n
Результаты, полученные при статистической обработке выборки,
будут достоверны лишь в том случае, если эта выборка однородна,
т.е. если варианты, входящие в нее, не отягощены грубыми ошибками,
допущенными при измерении или расчете. Такие варианты должны быть
исключены из выборки перед окончательным вычислением ее
статистических характеристик. Для выборки небольшого объема (n <
10) идентификация вариант, отягощенных грубыми ошибками, может
быть выполнена, исходя из величины размаха варьирования R (см.
уравнения I.1.12, I.1.13 а, б). Для идентификации таких вариант в
выборке большого объема (n >= 10) целесообразно проводить
предварительную статистическую обработку всей выборки, полагая ее
однородной, и уже затем на основании найденных статистических
характеристик решать вопрос о справедливости сделанного
предположения об однородности (см. выражение I.1.14).
_
В большинстве случаев среднее выборки х является наилучшей
оценкой истинного значения измеряемой величины "ми", если его
вычисляют как среднее арифметическое всех вариант:
n
SUM х
_ 1 i
х = --------- (I.1.2)
n
_
При этом разброс вариант х , вокруг среднего х характеризуется
i
величиной стандартного отклонения s. В количественном химическом
анализе величина s часто рассматривается как оценка случайной
ошибки, свойственной данному методу анализа. Квадрат этой величины
2
s называют дисперсией. Величина дисперсии может рассматриваться
как мера воспроизводимости результатов, представленных в данной
2
выборке. Вычисление величин s и s проводят по уравнениям I.1.5 и
I.1.6. Иногда для этого предварительно определяют значения
отклонений d и число степеней свободы (число независимых
i
вариант) f:
_
d = х - х; (I.1.3.)
i i
f = n - l; (I.1.4.)
n 2 n 2 - 2
SUM d SUM х - nх
2 1 i 1 i
s = --------- = ---------------; (I.1.5.)
f f
----
/ 2
s = \/ s . (I.1.6.)
Стандартное отклонение среднего результата S_ рассчитывают по
по уравнению: х
s
s_ = -------. (I.1.9.)
х ---
\/ n
Примечание I.1.1. При наличии ряда из g выборок с порядковыми
2
номерами k (l <= k <= g) расчет дисперсии s целесообразно
проводить по формуле:
i=n - i=n ¬
k=g k 2 k=g 2 k=g ¦ k 2 _2 ¦
SUM SUM d SUM [(n - 1) s ] SUM ¦ SUM х - n х ¦
2 k=1 i=1 ik k=1 k k k=1 L i=1 ik k k -
s = ------------- х ----------------- = ------------------------
f f f
(I.1.7.)
При этом число степеней свободы равно:
k=g
f = SUM (n - 1). (I.1.8.)
k=1 k
где х - среднее k - той выборки; n - число вариант в k-той
k k
2
выборке; х - i-тая варианта k-той выборки; s - дисперсия k-той
ik k
выборки; d - отклонение i-той варианты k-той выборки.
ik
Необходимым условием применения уравнений I.1.7 и I.1.8
является отсутствие статистически достоверной разницы между
2
отдельными значениями s . В простейшем случае сравнение крайних
k
2
значений s проводят, исходя из величины критерия F, которую
k
вычисляют по уравнению I.3.4 и интерпретируют, как указано в
разделе I.3.
Примечание I.1.2. Если при измерениях получают логарифмы
искомых вариант, среднее выборки вычисляют как среднее
геометрическое, используя логарифм вариант:
n
SUM lg х
_ 1 i
lg х = ------------, (I.1.10)
g n
откуда
_ ------------ _
х = n / х1х2... х = antilg (lg х ). (I.1.11)
g \/ n g
2
Значения s , s и s_ в этом случае также рассчитывают,
х
исходя из логарифмов вариант, и обозначают соответственно через
2 _
s , s и s х .
lg lg lg g
Пример I.1.1. При определении содержания стрептоцида в образце
линимента были получены следующие данные.
------------------T--------T--------T--------T--------T----------¬
¦ Номер опыта i ¦ 1 ¦ 2 ¦ 3 ¦ 4 ¦ 5 ¦
+-----------------+--------+--------+--------+--------+----------+
¦ х , % ¦ 9,52 ¦ 9,55 ¦ 9,83 ¦ 10,12 ¦ 10,33 ¦
¦ i ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
L-----------------+--------+--------+--------+--------+-----------
n = 5; f = n - 1 = 5 - 1 = 4
n
SUM х 9,52 + 9,55 + 9,83 + 10,12 + 10,33
1 i
х = ------- = ---------------------------------- = 9,87.
n 5
_
d = ¦x - x¦ = ¦x - 9,87¦, т.е. d1 = ¦9,52 - 9,87¦ = 0,35 и т.д.
i i i
n n 2 _2
SUM d SUM х - nх
2 1 i 1 i
s = ------- = ------------- =
f f
2 2 2 2 2 2
(9,52 + 9,55 + 9,83 + 10,12 + 10,33 ) - 5 х 9,87
= ----------------------------------------------------- = 0,1252;
4
---
/ 2 -------
s = \/ s = \/ 0,1252 = 0,3538;
s 0,3538
s_ = ------- = ------- = 0,1582.
х ---- ----
\/ n \/ 5
2
Как было указано выше, значения х, s , s и s_ могут быть
х
признаны достоверными, если ни одна из вариант выборки не
отягощена грубой ошибкой, т. е. если выборка однородна. Проверка
однородности выборок малого объема (n < 10) осуществляется без
предварительного вычисления статистических характеристик, с этой
целью после представления выборки в виде I.1.1 для крайних вариант
х1 и x рассчитывают значения контрольного критерия Q, исходя из
n
величины размаха варьирования R:
R = [х1 - х ]; (I.1.12)
n
[х1 - х2]
Q1 = ----------; (I.1.13a)
R
[х - х ]
n n - 1
Qn = -------------; (I.1.13б)
R
Выборка признается неоднородной, если хотя бы одно из
_
вычисленных значений Q превышает табличное значение Q (Р, n),
_
найденное для доверительной вероятности Р (см. табл. 1
приложения). Варианты х1 или х , для которых соответствующее
n
_
значение Q > Q (P, n), отбрасываются, и для полученной выборки
уменьшенного объема выполняют новый цикл вычислений по уравнениям
I.1.12 и I.1.13 с целью проверки ее однородности. Полученная в
конечном счете однородная выборка используется для вычисления х,
2
s , s и s_.
х
Примечание I.1.3. При ¦х1 - х2¦ < ¦х2 - х3¦ и ¦х - х ¦ <
¦ n n - 1¦
¦х - х ¦ уравнения I.1.13 а и I.1.13 б принимают
¦ n - 1 n - 2¦
соответственно вид:
¦х - х ¦
¦х2 - х3¦ ¦ n - 1 n - 2¦
Q1 = ------------; Qn = -----------------.
R R
Пример I.1.2. При проведении девяти (n = 9) определений
содержания общего азота в плазме крови крыс были получены
следующие данные (в порядке возрастания):
-------T------T------T------T------T------T-----T-----T-----T----¬
¦ i ¦ 1 ¦ 2 ¦ 3 ¦ 4 ¦ 5 ¦ 6 ¦ 7 ¦ 8 ¦ 9 ¦
+------+------+------+------+------+------+-----+-----+-----+----+
¦ х ,% ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
¦ i ¦ 0,62 ¦ 0,81 ¦ 0,83 ¦ 0,86 ¦ 0,87 ¦0,90 ¦0,94 ¦0,98 ¦0,99¦
L------+------+------+------+------+------+-----+-----+-----+-----
По уравнениям I.1.12 и I.1.13а находим:
R = ¦х1 - х ¦ = ¦0,62 - 0,99¦ = 0,37;
n
¦х1 - х2¦ ¦0,62 - 0,81¦
Q1 = --------------- = ------------- = 0,51.
R 0,37
По таблице 1 приложения находим:
Q(9; 95%) = 0,46 < Q1 = 0,51;
Q(9; 99%) = 0,55 > Q1 = 0,51.
Следовательно, гипотеза о том, что значение х1 = 0,62 должно
быть исключено из рассматриваемой совокупности результатов
измерений как отягощенное грубой ошибкой, может быть принята с
доверительной вероятностью 95%, но должна быть отвергнута, если
выбранное значение доверительной вероятности равно 99%.
Для выборок большого объема (n >= 10) проверку однородности
проводят после предварительного вычисления статистических
_ 2
характеристик х, s , s и s_. При этом выборка признается
х
однородной, если для всех вариант выполняется условие:
¦di¦ <= ¦3s¦. (I.1.14)
Если выборка признана неоднородной, то варианты, для которых ¦di¦ > 3s, отбрасываются, как отягощенные грубыми ошибками с доверительной вероятностью Р > 99,0%. В этом случае для полученной выборки сокращенного объема повторяют цикл вычислений статисти
ческих характеристик по уравнениям I.1.2, I.1.5, I.1.6, I.1.9 и снова проводят проверку однородности. Вычисление статистических характеристик считают законченным, когда выборка сокращенного объема оказывается однородной.
Примечание I.1.4. При решении вопроса об однородности
конкретной выборки небольшого объема также можно воспользоваться
выражением I.1.14, если известна оценка величины s, ранее
найденная для данного метода измерения (расчета) вариант.
I.2. ДОВЕРИТЕЛЬНЫЕ ИНТЕРВАЛЫ И ОЦЕНКА ИХ ВЕЛИЧИНЫ
Если случайная однородная выборка конечного объема n получена
в результате последовательных измерений некоторой величины А,
_
имеющей истинное значение "ми", то среднее этой выборки х следует
рассматривать лишь как приближенную оценку А. Достоверность этой
_
оценки характеризуется величиной доверительного интервала х
_
+/- "ЕЛЬТА" х, для которой с заданной доверительной вероятностью Р
выполняется условие:
_ _ _ _
(х - "ДЕЛЬТА"х) <= "ми" <= (х + "ДЕЛЬТА"х). (I.2.1)
Расчет граничных значений доверительного интервала проводят по
Стьюденту, предполагая, что варианты, входящие в выборку,
распределены нормально:
_ _ _ t(P,f)s
(х +/- "ДЕЛЬТА"х) = х +/- ----------- (I.2.2)
---
\/ n
Здесь t(P, f) - табличное значение критерия Стьюдента (см.
таблицу II приложения).
Если при измерении одним и тем же методом двух близких значений
А были получены две случайные однородные выборки с объемами n и m,
то при m < n для выборки объема m справедливо выражение:
_ _ _ t(P,f(n))S(n)
х +/- "ДЕЛЬТА"х = х +/- --------------- (I.2.3)
(m) (m) (m) ----
\/ m
(индекс указывает принадлежность величин к выборке объема m или
|
