Uzorak i uzorkovanjeSvrha veine hemijskih merenja je procena svojstva ispitivanog materijala, to pomae u donoenju odluke o njegovom kvalitetu i podobnosti za eljenu upotrebu.

Kako se obino analizira vrlo mali deo ukupnog materijala, koji nazivamo analitikim ili ispitivanim uzorkom, jasno je da je odabir tog dela iz celine najkritiniji deo analitikog procesa, jer loe uzorkovanje unosi u analitiki proces najveu greku.

Uzorak i uzorkovanjeUzorak se definie kao jedan ili vie delova uzetih iz populacije da bi se o njoj dobila potrebna informacija i kako bi se na osnovu te informacije mogle donositi odluke o populaciji ili o procesu kojim je ona proizvedena.

Postupak koji se sprovodi radi dobijanja uzorka naziva se uzorkovanje.

Uzorak i uzorkovanjeKako uzorak predstavlja celinu iz koje je uzet, potrebno je tu celinu, statistiki nazvanu populacija, identifikovati i definisati. Pri emu se misli na definisanje hemijskih i fizikih parametara uzorkovanog materijala.

Ako elimo da analizirani uzorak zaista predstavlja celinu, odnosno da bude reprezentativan, onda on mora posedovati sve bitne karakteristike celine.

Faze analitikog procesa:

Identifikacija problema

Izbor metode

Uzimanje uzorka

Obrada uzorka

Odreivanje

Obrada i prikazivanje rezultata

Osnovni principi uzimanja uzorakaInferencijalna statistika zakljuivanje od posebnog ka optemPopulacija = veliki skup jedinki koje imaju neku zajedniku karakteristikuUzorak = podskup populacije reprezentativan za veliku populaciju Reprezentativnost = priblino ista raspodela vrednosti obeleja posmatranja kao populacija

Zato uzorak?

Krae vreme prouavanja Nia cena Destruktivne metode analize nemogua analiza populacije esto rezultati analize uzorka taniji i precizniji u odnosu na analizu populacije (nii trokovi analize skuplje ali tanije metode) Neki uzorci mogu da smanjuju heterogenost obeleja posmatranja

Analitiki Proces okolada : 33% masti , 47% eer, teobromin, kofein, ... Merenje sadraja kofeina i teobromina u okoladi?Koliko ima kofeina u okoladi?Uporedi tu koliinu sa koliinom u bezalkoholnim piima merenjem HPLC?

uzorkovanje

priprema uzorka

Analit; - merenje - rastvaranje (masti: ugljovodonini rastvara / teobromin, kofein: voda) - ekstrakciija (petroleum etar + voda centrifugiranje) - filtracija (vodenog rastvora)

Analitiki proces

Analitiki procesHemijska analiza - hromatografija (ODS kolona, UV 254 nm detekcija, mobilna faza)

Kalibraciona kriva - metoda najmanjih kvadrata

Interpretacija rezultata - srednja vrednost standardna devijacija

Teobromin Kofein

M

n =

Uzorak i uzorkovanjeU hemijskoj analizi bitna obeleja su hemijski sastav i veliina estica uzorka.

Jedan od bitnih preduslova dobijanja reprezentativnog uzorka jeste homogenost populacije, koji se definie kao stupanj jednoline rasporeenosti svojstva supstance u materijalu.

Ona zavisi od vrste i agregatnog stanja materijala kao i od veliine ispitivanog uzorka.

Uzorak i uzorkovanjeStabilnost uzorka takoe je jedan od preduslova njegove reprezentativnosti.

Materijal se moe menjati zbog interakcije sa zidovima spremnika ili zbog izlaganja uticajima okoline poput vlage, suneve svetlosti, kiseonika, ugljen-dioksida i temperature.

Uzorak i uzorkovanjeTrei vean preduslov dobrog uzorkovanja je sigurnost. Uzorci mogu sadrati opasne i nepoeljne sastojke, pa osoblje koje rukuje takvim uzorcima treba biti upoznato sa opasnou i nainom spreavanja moguih nezgoda, opremiti ga posebnom opremom i periodino kontrolisati njegovo zdravlje.

Varijabilnost pri uzorkovanju vodeVremenska varijabilnostProstorna heterogenostVertikalna stratifikacija (veliki uzorak)estice vs. voda (mali uzorak)Koncentracija i teenjeObe veliine varirajuTeenje utie na koncentraciju

Prostorna heterogenost: sedimenti

Rain watermg L-1River watermg L-1Sea waterg l-1similarCa2+/Cl- Cl-/SO42-Gibbs, 1970

Prostorna heterogenost: zemljite

Osiguravanje kvaliteta uzorkovanjaKako bi se dobila korisna informacija o ispitivanom materijalu, potrebno je osigurati kvalitet svakog koraka u lancu analitikog postupka.Operacije uzorkovanja mogu ukljuivati sistemske i sluajne grekeUkupna varijansa analitkog postupka koja odreuje nesigurnost informacije jednaka je zbiru pojedinanih varijansi svakog pojedinanog koraka.

Planiranje uzorkovanjaU sklopu ukupnog planiranja analitikog postupka planiranje uzorkovanja jedno je od najvanijih.Protokol uzimanja uzorka sadri i podatke:o odreivanom sastojkuo potrebnoj meri preciznosti, odnosno dozvoljenoj grecio vremenu analize, laboratoriji i metodi kojom e se uzorci ispitivati

Planiranje uzorkovanjao merama zatite u skladu sa zakonskim propisimao kriterijumima odbacivanja ili prihvatanja pojedinog uzorkao izboru spremnikao nainu konzerviranja i uvanja uzorkao nainu beleenja i oznaavanja podataka uzorkovanja

Planiranje uzorkovanjao veliini i broju uzorka kao i o mestu uzorkovanjao nainima obrade uzorkao postupcima poduzorkovanja i pripreme laboratorijskog uzorkao normi koja e se primenjivatio nadzoru nad postupkom uzorkovanja

Planiranje uzorkovanjaS obzirom na celinu materijala i eljenu informaciju navodimo nekoliko naina uzorkovanja:

Reprezentetivno uzorkovanje moe se sprovesti ako je materijal homogen, pa sastav uzorka s obzirom na mereni parametar odgovara sastavu ukupnog materijala

TIPOVI UZORKOVANJA

Sluajno uzorkovanje

Uzorkovanje heterogenog materijala

Prema verovatnoi izbora i prema nainu formiranja razlikuje se vie vrsta uzoraka.

Najee:

Sluajni Sistematski Stratifikovani

Sluajni = najpoznatiji; Svaka jedinka populacije ima jednakuverovatnou da bude izabrana u uzorak

Tablice sluajnih brojeva

Primer: Priprema sluajnog uzorkaNa osnovu tablice sluajnih brojeva:

Uzorak RedKolona12312245803811246617546169383791178451391292109752

Sistematski esto se primenjuje umesto sluajnog;jednako reprezentativni;Bira se po izvesnom sistemu razliita verovatnoa izbora

Faze formiranje sistematskog uzorka: 1. sastavljanje spiska jedinica posmatranja osnovnog skupa; 2. izraunavanje koraka izbora odnos veliine osnovnog skupa i veliine uzorka (K = N / n); 3. odreivanje sluajnog poetka odabiranja K-tih jedinica;4. izvlaenje svake K-te jedinice osnovnog skupa iz spiska, poevi od sluajnog poetka.

Stratifikovani (slojeviti) uzorak:Populacija se podeli u podpopulacije prema nekojkarakteristici iz svakog sloja sluajni uzorak(homogenost unutar, a heterogenost izmedju stratuma)

esto bolja reprezentativnost Veliina uzorka?esto je jako teko dati precizan odgovor!

Zavisi od: varijabilnosti merene pojave eljene preciznosti

Tipovi uzorkovanjaSistemsko uzorkovanje se temelji na planu uzorkovanja, a uzorak se uzima u odreenim vremenskim razmacima radi ispitivanja sistemskih varijabilnosti ukupnog materijala.Sluajno uzorkovanje se temelji na prikupljanju uzoraka prema planu pripravljenom na principima verovatnoe i statistike, tako da svaki potencijalni uzorak ima jednaku verovatnou uzorkovanja.Uzorkovanje na temelju line procene skupljaa uzorka podlono je sistemskoj greci.

Sluajan izbor uzorkaXXXXXXXXXXXX

SISTEMATSKO uzorkovanjeXXXXXXXXXXXvXXXXXXXX

Uzorkovanje na osnovu proceneXXXXXX

Metode uzorkovanjaManualna, zgrabiAutomatsko, kompozitnot1t2t3t1 t3

Statistika uzorkovanjaStatistiko uzorkovanje temelji se na naelu da mora postojati jednaka verovatnoa da e se sve estice ili delovi materijala, odnosno populacije, nai u uzetom uzorku.

Za izvoenje statistike procene potrebno je da uzorak bude sluajno odabran iz populacije, koju je nemogue celu ispitati, te da bude nezavisan od ostalih uzoraka u poiljci.

Statistika uzorkovanjaVeliine m i s osnovnog skupa su fiksne vrednosti, karakteristine veliine uzorka, a njegov prosek i varijansa sluajne su veliine, sa raspodelom verovatnoe.

Statistika uzorkovanjaAko je prethodno na temelju barem 30 odreivanja za traeni sastojak odreeno eksperimentalno standardno odstupanje, s i pretpostavljena doputena greka A, broj uzoraka n moe se izraunati pomou izraza za interval pouzdanosti:

Ako je

Statistika uzorkovanjaTada je broj uzoraka

Gde je t statistika veliina kojom se smanjuje greka zbog upotrebe procene standardnog odstupanja pri malom broju merenja

Za 30 i vie odreivanja uz 95%-tnu verovatnou t(z)=1,96 2

Statistika uzorkovanjaRazmotrimo smeu sastavljenu od nA delova vrste A i nB delova vrste B. Verovatnoa p da e biti uzorkovana vrsta A je:

Verovatnoa q da e biti uzorkovana vrsta B je:

Statistika uzorkovanjaAko se ukupno uzorkuje n estica, oekivani broj estica vrste A jeste np, a standardno odstupanje izraunava se iz binomne raspodele prema izrazu:

Veliina uzorkaVeliina uzorka statistiaru znai broj odvojenih jedinica uzetih iz poiljke, a analitiaru obino masu ili zapreminu uzorka.Ako je materijal koji se uzorkuje homogen ili se moe homogenizovati, tada se cela poiljka moe posmatrati kao jedinini uzorak koji je dovoljno velik za izvoenje ponovljenih analiza ispitnog uzorka.Heterogeni materijal moe biti podeljen u vie jedininih uzoraka, koje treba dalje poduzorkovati.

Veliina uzorkaVeliina uzorka koji se uzima iz ukupnog materijala zavisi od:

veliine, broja i oblika granuleprosenog udela vrste koja se odreujerazlike u gustini sastojakadoputenoj greci odreivanja

Veliina uzorkaZbirni uzorak se dobiva meanjem delova jedininih uzoraka. Rezultati analize zbirnog uzorka daju prosean sastav ispitivanog materijala, to vredi ako je uzorak homogen.

Prednost je skraeno vreme analize, a time i nia cena.

Nedostatak zbirnog uzorka je prikrivenost varijabilnosti izmeu pojedinih delova poiljke

Prikupljanje uzorakaUzimanje delova jedininog uzorka moe biti samo prvi korak u postupku pripreme laboratorijskog uzorka.

Ako je zbirni uzorak prevelik za izvoenje analize, sprovodi se poduzorkovanje.

Kako bi se onemoguila promena uzorka, ureaji za uzorkovanje i spremnici moraju biti izraeni od inertnog materijala i moraju se redovno istiti.

Prikupljanje uzorakaUzorak je, po pravilu , dobro analizirati odmah posle uzorkovanja, a ako to nije mogue, potrebno je preduzeti korake da ne dodje do njegove promene.Uzorke treba uvati u metalnim, staklenim ili plastinim spremnicima, bez prisustva vazduha kako ne bi dolo do:isparavanja sastojka ili uzorkareakcije uzorka sa kisenikom ili ugljen-dioksidom iz vazduharaspada zbog UV zraenja ili promene temperaturepromene zbog katalitike aktvnosti

Uzorkovanje vrstog materijalavrsti uzorak moe biti kompaktan ili rastresit, tj. Sastavljen od estica razliite veliine.

Ako materijal sadri estice razliitih veliina, bitno je da jednokratni uzorak bude dovoljno velik kako bi svaka estica imala jednaku mogunost da bude uzorkovana.

Uzorkovanje vrstog materijalaAko se materijal (ruda) prenosi pokretnom trakom, uzorak se moe uzeti zaustavljanjem trake u odreenim vremenskim intervalima i uzimati materijal izmeu dve utvrene take.Uzorak se s pokretne trake moe uzimati runo ili automatski.

Uzorkovanje vrstog materijalaPogodnije je uzorak uzimati s kraja trake slobodnim padom, automatski ili runo

Uzorkovanje vrstog materijalaPostoje razliite naprave za uzorkovanje rastresitog materijala u mirovanju, na slici je prikazan kradljivac, koji se sastoji od dve cevi koje tesno prijanjaju jedna uz drugu. Spoljanja cev zaotrena je sa obe strane, a obe cevi imaju otvore koji se otvaraju i zatvaraju rotacijom unutranje cevi.

Uzorkovanje vrstog materijalaZbog velike koliine prvobitno uzetog uzorka, posebno kada je re o materijalu sa velikim rasponom veliine estica, potrebno je pre konane analize uzorak smanjiti i homogenizovati, to se ini na nekoliko naina:

drobljenjem ili mlevenjem (mehanikim drobilicama ili mlinovima) do zahtevane veliine esticahomogenizacijom kuglinim mlinomsmanjivanjem uzorka postupcima poduzorkovanja

Uzorkovanje vrstog materijalaUobiajena tehnika smanjivanja rastresitog uzorka jeste etvrtanje.

Uzorkovanje tenostiPremda tenosti pri uzorkovanju stvaraju manje problema, to se odnosi samo na relativno male zapremine onih tenosti koje sadre jednu fazu pa se pre uzorkovanja mogu homogenizovati.Sa aspekta uzorkovanja tenosti se dele:Na tenosti koje teku u otvorenim sistemima (reka, kanal)Na tenosti koje teku u zatvorenim sistemima (cevi)Na tenosti koje miruju u zatvorenim spremnicimaNa tenosti u otvorenim stajaim vodama, morima, jezerima ili rezervoarima

Uzorkovanje tenostiHemijski sastav tekue vode zavisi od brojnih parametara, pa je za potpunu informaciju potrebno analizirati veliki broj uzoraka.Uzorci se uzimaju pogodnim napravama u odreenim vremenskim intervalima i na odreenim dubinama.

Uzorkovanje tenostiPri uzorkovanju otpadnih voda veliina uzorka obino ne prelazi zapreminu od 2 litra.

Posude za uzorkovanje su staklene ili polietilenske boce irokog grla, koje pre uzorkovanja valja nekoliko puta isprati vodom koja e se uzorkovati, s tim to se moraju redovno istiti radi spreavanja razvijanja bakterija, koje bi mogle prouzrokovati promenu sastava vode.

Uzorkovanje tenostiZavisno od zahteva analize i sastava otpadne vode, uzorak se moe uzimati jednokratno, u odreeno vreme i na odreenom mestu, ili se uzorkovanje izvodi u razliitim vremenskim intervalima na istoj lokaciji, odnosno istovremeno na razliitim lokacijama.

Zbirni uzorak ne moe se koristiti za analizu sastojaka koji se znatno menjaju stajanjem, kao npr. Odreivanje rastvorenih gasova, hlora, rastvornih sulfida ili pak temperature i pH-vrednosti potrebno je izvesti odmah nakon uzorkovanja in situ.

Uzorkovanje tenostiKako bi se osigurala homogenost tenosti, neposredno pre mesta uzorkovanja treba izazvati turbulentno strujanje, to se postie suavanjem cevi ili zavojem.

Uzorkovanje tenostiSvaka tenost koja due stoji u zatvorenom spremniku podlona je raslojavanju zbog razliite gustine sastojaka. Kako je nemogue homogenizovati takvu tenost, uzorak se uzima s razliitih dubina pogodnim napravama s klipom.

Uzorkovanje gasovaUzorkovanje gasova zahteva poznavanje njihovih osobina. Kako masa gasa u nekoj zapremini zavisi od temperature i pritiska, sastav uzorka gasa moe zbog promene tih parametara varirati.S obzirom na brzinu strujanja, pri uzorkovanju gasova nema problema oko homogenizacije.Zaprenime posuda za uvanje uzoraka gasova, koji su obino staklene ili nainjene od inertnog metalnog materijala, iznose od 100 do 250 mL.

Uzorkovanje gasovaGasoviti uzorci koji se uzimaju specifinim pumpama i slinim napravama, pri duem skladitenju gube svoja svojstva jer se adsorbuju na zidove spremnika i jer lako difunduju kroz plastine spremnike pa menjaju sastav u zavisnosti od temperature i pritiska.

Pripremanje analitikog uzorkaKako uzorak koji pristigne u laboratoriju obino vei od koliine potrebne za pojedinanu analizu, treba ga redukovati, ali tako da zadri svoju reprezentativnost.

Postupak smanjivanja zavisi od agregatnog stanja kao i od fizikih i hemijskih svojstaja uzorka.

*****************While the absolute concentrations within rain and sea water are very different, the relative concentrations are often very similara clue to the origin of these ions.

Rain, especially when falling close to the sea, has sea water as a major constituent and can often be regarded as diluted sea water.

Source: Gibbs (1970) referenced in Reeve, R.N. (2002) Introduction to Environmental Analysis. Wiley.

***Figure: 19-07

Caption:A soil aggregate composed of mineral and organic components, showing the localization of soil microorganisms. Very few microorganisms are found free in the soil solution; most of them occur as microcolonies attached to the soil particles.

**