Аналитический сигнал

В метрологии – науки об измерениях, есть понятие измерительного сигнала. Это сигнал, содержащий количественную информацию об измеряемой физической величине.

Концентрация компонента как физическая величина по своей природе в метрологии относится, согласно ГОСТ 8.417-2003 «ГСИ. Единицы величин», к области физической химии и молекулярной физики. Измерения концентрации относят к специфическим (сложным) измерениям. Поэтому в аналитической химии вместо понятияизмерительного сигнала используют понятие аналитического сигнала, как более сложного по происхождению, по сравнению с измерительными сигналами, отражающими пространственно-временные, механические, электрические, магнитные, теплофизические, радиационные и т.д. физические величины. Все методы химического анализа веществ основаны на регистрации наличия и измерении интенсивности аналитического сигнала определяемого компонента.

На пробу анализируемого вещества оказывает некоторое химическое или физическое воздействие, в ответ на которое появляется аналитический сигнал (отклик), т.е. проявление свойства определяемого компонента, несущее информацию об его химической природе и о содержании в пробе анализируемого вещества.

Воздействие на пробу анализируемого вещества может быть осуществлено в виде разнообразных химических реакций, нагреванием до температур выше 2000 ⁰С, воздействием магнитным полем или электромагнитным излучением определённых длин волн, бомбардировкой тепловыми нейтронами и т. д.. Как правило, при любом воздействии проявляются одновременно многие разнообразные свойства анализируемого вещества, но измеряется в виде аналитического сигнала определённое индивидуальное свойство определяемого коомпонента.

Аналитический сигнал –измерительный сигнал, регистрируемый в ходе анализа пробы вещества объекта анализа, содержащий количественную информацию о величине, функционально связанной с содержанием определяемого компонента (конкретных атомов, изотопов, ионов, молекул).

Интенсивность многих свойств веществ зависит от состава и концентрации (содержания) конкретных компонентов. Аналитическим сигналом служит специфическое физическое, физико-химическое или химическое свойство определяемого компонента, в минимальной степени зависящее от содержания других компонентов и всевозможных мешающих факторов, обусловленных внешней средой, применяемым средством измерения, условиями измерений.

Интенсивность аналитического сигнала – это численное значение свойства, связанного с содержанием анализируемого компонента в веществе объекта анализа.

Аналитический сигнал несет информацию как качественного, так и количественного характера. Например, в методе гравиметрии с образованием малорастворимых соединений качественную информацию получают по наличию аналитического сигнала – по появлению осадка, количественную же информацию получают из интенсивности аналитического сигнала – величине массы выделенного и прокаленного осадка. В методах титриметрии качественную информацию получают по наличию аналитического сигнала – изменению цвета раствора при проведении химической реакции титрованием, количественную же информацию получают из интенсивности аналитического сигнала – эквивалентного объёма титранта, израсходованного на химическую реакцию с определяемым компонентом. В фотометриии качественную информацию получают по наличию аналитического сигнала – поглощению света конкретных длин волн пробой вещества, а количественную информацию получают из интенсивности поглощения света конкретных длин волн веществом, преобразованной в величину оптической плотности раствора, содержащего определяемый компонент.

В физических методах средства измерения представляют собой технические устройства, содержащие иногда множество электрических и электронных блоков. Для таких средств измерения измерительный (аналитический) сигнал подразделяют на три – входной, промежуточный и выходной сигналы.

Входной сигнал формируется в первичном измерительном преобразователе средства измерения. Например, в атомно-эмиссионном спектрометре первичный измерительный преобразователь представляет собой атомизатор – устройство, в котором твёрдое или жидкое анализируемое вещество переходит в состояние атомного пара, излучающего свет определённых длин волн и интенсивности. Интенсивность излучения для конкретных длин волн пропорциональна числу конкретных атомов.

Промежуточный сигнал формируется в промежуточных измерительных преобразователях средства измерения. Например, в атомно-эмиссионном спектрометре промежуточные преобразователи преобразуют световой сигнал в электрический с помощью фотоэлемента или фотодиода или прибора с зарядовой связью в зависимости от конструкции прибора.

Выходной сигнал формируется в выходном измерительном преобразователе средства измерения. Задача выходного измерительного преобразователя визуализировать измерительный сигнал. Выходной аналитический сигнал определяемого компонента может быть зарегистрирован:

· визуально;

· как показание цифрового табло;

· как показание стрелки на шкале с делениями;

· как распечатанный в виде числовых данных на бланке;

· как изображение зависимости интенсивности измеряемого физического свойства от времени (хроматография, вольтамперометрия) или частоты (спектрометрия) на диаграммной ленте самописца или на экране компьютера в форме пика.

Временная координата в зависимости от применяемого средства измерения может быть преобразована в значение потенциала (как в методе вольтамперометрии) или расстояния (как в методе аналитической хроматографии).

Результат измерения физической величины в виде выходного аналитического сигнала является прямым измерением. Результат обнаружения, идентификации и измерения содержания определяемого компонента относится к косвенным измерениям, так как содержание компонента либо рассчитывается по формулам, в которые входят результаты прямых измерений (методы гравиметрии и методы титриметрии), либо содержание компонента находят из градуировочного графика, построенного во всех физических методах по результатам прямых измерений величины выходного аналитического сигнала.