10/10/2010

1

ELEMENTE DE ANALIZ INSTRUMENTAL

CURSUL 2

PROF. DR. SILVIA IMRE

UNIVERSITATEA DE MEDICIN I FARMACIE DIN TRGU-MURESPECIALIZAREA NUTRIIE I

DIETETIC

1

CAPITOLUL I. FUNDAMENTE ALE ANALIZEI INSTRUMENTALE

I.3. Designul instrumental i natura rspunsului instrumental

I.4. Procesul de msurare instrumental i relaia semnal-proprietate

I.5. Elemente de prelucrare i interpretare a rezultatelor 2

10/10/2010

2

Fluxul procesuluide analiz

instrumental

Energie /Stimul

Analit(matrice)

Rspunsanalitic

Dateexperimentale

I.3. Designul instrumental i natura rspunsului instrumental

3

Factorii care influeneaz o msurtoare

proba

FACTORI DE INFLUEN

(Variabile independente)

RSPUNSURILE MSURATE

(Variabila dependent)

X1

X2Y3

Y2

Y1

Exemplu: Concentraia

analitului Solventul probei Temperatura Matricea probei etc.

Exemplu:Absorbia luminii absorbana AConducerea curentului electric conductana KFluorescena Intensitatea de fluorescen Ifl 4

10/10/2010

3

I.4. Procesul de msurare instrumental i relaia semnal-proprietate

Ce?

Cine?

Cum?Cnd?

Unde?

Procesul de

msurare

Problema

analitic

5

PROBAOperaii

preliminareOperaii

preliminareMsurarea

Achiziia datelor

Achiziia datelor

REZULTATE

6

10/10/2010

4

Pregtirea/prelucrarea probei n vederea analizei

A. Operaii preliminare

Verificarea calibrrii instrumentelor de msur

Calibrarea instrumentelor de msur etc.

7

Exemple de prelucrare a probei n vederea analizei

Tipul de prob Analit Starea de agregare

Metoda de prelucrare uzual

Sol Metale, pesticide S DezagregareExtracie cu solveni

Ser EnzimeMedicamente etc.

LL

DiluareExtracie cu solveni sau extracie n faz solid

Medicamente(Complex de vitamine)

Vitamine S(L) Extracie cu solveni

Alimente (suc) Acid ascorbic L Nu necesit

Aer Urme de metale G(S) Schimbtor de ioni

8S solid, G gaz, L - lichid

10/10/2010

5

B. Msurarea i

transformarea semnalului

Tipuri de semnale

Optic Electro-chimic Termic Magnetic Alte

9

Sim uman Refractometria clasic, polarimetria

clasic etc.

Senzori instrumentali Conductometrie Spectrometrie etc.

Moduri de detecie

Senzorul/traductorul instrumental transform stimulul recepionat (din prob) n semnal electric care apoi este tradus ntr-o valoare numeric corespunztoare unei proprieti fizico-chimice. 10

10/10/2010

6

C. Achiziia semnalelor i procesarea

datelor

DATEEXPERIMENTALE

Probe

Standarde

DATE TABELARE

Constantefizico-chimice

Factori de conversie(diluii, uniti de

msur etc.)

Date statistice

Procesarea datelor

(computerizat)

Rezultate

Rapoarte11

I.5. Elemente de prelucrare i interpretare a datelor experimentale

Jurnalizarea intrrii datelor (consemnarea scris a datelor experimentale primare): etap ce poate fi uurat cu ajutorul computerului, folosind

programe de baze de date (Microsoft Access, Microsoft Excel etc.)

caietul de laborator (tabele) Selectarea i eliminarea datelor aberante:

se face imediat dup colectarea datelor i nainte de prelucrarea datelor

Transformarea datelor: metode de transformare

transformare prin extragerea rdcinii ptrate transformare logaritmic log X transformare invers 1/X etc.

12

10/10/2010

7

Tabelele baz de date conin valorile numerice ale datelor experimentale sunt matrici n care valorile variabilelor independente sunt trecute n prima

coloan, iar valorile interdependenelor momentane ntre variabile sunt trecute pe rnduri

elementele caracteristice titlul tabelului clar, complet, concis capul de tabel denumirea variabilelor, simbolurile i unitile lor de msur

tabelele prezint interdependene discrete ntre variabile, iar datele introduse n tabele:

pot fi folosite ca atare n calcule statistice pot fi prelucrate ulterior prin grafice i ecuaii

Diagramele prezint n sistem cartezian relaia dintre dou sau mai multe variabile sub

forma unei linii, curbe sau suprafee de rspuns permit aprecierea calitativ a unei dependene matematice ntre mrimile

reprezentate i, n unele cazuri, se poate deduce forma relaiei matematice corespunztoare

13

Concentraia[% m/V]

A pH n K [S]

1 0,234 1,23 1,3324 4,23

4 0,456 2,67 1,3398 6,78

5 0,678 5,90 1,3467 8,92

Valorilevariabilei

independente

Valorile interdependenelor momentane ntre variabile

Explicarea simbolurilor:A absorbanapHn indice de refracieK conductana, S unitatea de msur, Siemens

14

10/10/2010

8

Variabila indepenent

Va

ria

bila

de

pe

nd

en

t

15

16

10/10/2010

9

Prelucrarea i interpretarea datelor experimentale

Prelucrare primar a datelor vezi laboratoarele 3-4

Prelucrare statistic vezi disciplinele de Informatic Medical, Biostatistic, Metodologia Cercetrii tiinifice

Interpretare fa de limite de acceptan sau de referin n conformitate cu domeniul de aplicare

17

Modele matematice = funcii matematice

Y = f(X1,X2,L,XN)

Statistica verificarea modelelor matematice

REPREZENTAREA DATELOR EXPERIMENTALE PRIN ECUAII (FUNCII) MATEMATICE

Ecuaiile (funciile) matematice reprezint forma cea mai compact i mai uor de utilizat pentru exprimarea datelor experimentale.

18

10/10/2010

10

Evaluarea formei ecuaiilor care descriu evoluia perechilor de date Y X necesit o analiz calitativ a datelor

experimentale

forma ecuaiilor poate rezulta: prin analogie cu fenomene asemntoare

prin compararea curbelor obinute prin reprezentarea datelor experimentale cu grafice ale unor funcii matematice tipice

valabilitatea formei alese rezult din precizia cu care ecuaia obinut reprezint datele experimentale (fitarea - potrivirea datelor experimentale pe curba care descrie funcia aleas apreciere vizual sau prin calcule matematice calcularea unor mrimi statistice, coeficient de corelare r sau coeficient de determinare r2, notat i R2) 19

y = 7x - 9,3333R = 0,9583

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 4 5 6 7

Model linear Y = aX + bNu corespunde, R2 < 0,99

y = x2 + 4 10-14x - 510-14

R = 0,999

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8

Model exponenial Y = aX2 + bX + cCorespunde, R2 1

Curba fiteaz punctele experimentale

20

R sau R2 trebuie s fie cel puin 0,99, n valori absolute, pentru a aprecia c funcia matematic aleas se potrivete punctelor experimentale.

10/10/2010

11

De ce se lucreaz cu modele matematice? Cunoscnd modul n care o mrime Y

depinde de X, din ecuaia matematic care leag Y de X se poate afla care este valoarea X1 ce corespunde unei mrimi Y1 msurate:

De exemplu, dac ecuaia este Y = a X + b, atunci X = (Y b) / a, de unde X1=(Y1 b) / a

Grafic, problema poate fi rezolvat prin interpolare

21

22

Interpolarea grafic n cazul unei funcii liniare Y = a X + b. Permite aflarea valorii X1 ce corespunde variabilei Y1

10/10/2010

12

Cum se obine ecuaia y = f(x)? Se folosesc sisteme de referin crora li se

cunoate caracteristica X, ex. soluii standard de analit cu concentraiile X cunoscute.

Se determin pentru fiecare soluie standard proprietatea Y corespunztoare, ex. cu ajutorul unor instrumente de msur li se msoar pH-ul.

23

Cum se obine ecuaia y = f(x)? (cont.) Se reprezint grafic punctele corespunztoare

perechilor Y X

Se apreciaz ce funcie matematic se potrivete cel mai bine punctelor i cu ajutorul aplicaiilor soft se calculeaz ecuaia care leag Y de X, de exemplu poate fi o ecuaie liniar Y = a X + b.

Modelul se verific prin calcularea coeficientului r sau r2 care trebuie s fie > 0,99

24