Extra tips voor werkblad 4.1: Zelf een absorptiefotometer maken (3/4)

Precisie van metingen

Bij alle natuurkundige metingen moeten toevallige meetfouten worden onderscheiden van systematische meetfouten.

Onopzettelijke fouten...

... kunnen verschillende oorzaken hebben;

  • onnauwkeurigheid van de optische uitlijning door handmatige ingrepen zoals het verwisselen van de lichtbron of het monster
  • verschuiving van de helderheid van de lichtbron door instabiele voeding of veroudering
  • verontreinigde monsters of kuvetten
  • luchtbellen op de vensters van de cuvetten
  • zwevende stoffen in het monster die de doorzichtigheid beïnvloeden door verstrooiing van het licht. Zwevende deeltjes moeten voor de analyse uitgefilterd worden als het de bedoeling is om alleen de absorptie van opgeloste stoffen te onderzoeken.

Er zijn nog andere bronnen voor meetfouten die zelfs met grote zorgvuldigheid niet voorkomen kunnen worden. Om de grootste fouten te vermijden, moeten enkele regels in acht worden genomen:

  • ongewenste zwevende deeltjes kunnen ontdekt worden door met een laserpointer door het monster te schijnen. De deeltjes verstrooien de gecollimeerde straal, wat gemakkelijk kan worden waargenomen.
  • Elke meting moet onmiddellijk herhaald worden met het referentieoplosmiddel.
  • De cuvetten worden alleen met schone handschoenen aangeraakt. Transparante wegwerphandschoenen van polyethyleen (PE) zijn geschikt. Handschoenen van weefsel of laboratoriumhandschoenen met talk erop zijn ongeschikt.
  • De verkregen gegevens moeten al tijdens het meten een plausibiliteitscontrole ondergaan. Voorbeelden:
    • als de waarden constant blijven bij het veranderen van de golflengten, is de elektronische signaalverwerking waarschijnlijk overbelast
    • Als de gegevens van het monster helderder zijn dan de referentiegegevens, is het referentieoplosmiddel vervuild, is de optische uitlijning onnauwkeurig of is de helderheid van de lichtbron veranderd.
Vergelijkingen ↓

Systematische fouten ...

... zijn toe te schrijven aan kenmerken van de exponentiële functie in de wet van Lambert en de daaruit voortvloeiende gevolgen voor de experimentele nauwkeurigheid. We geven dit weer aan de hand van de relaties van de referentie- en monstergegevens uit het hoofdstuk over de analyse van fotometergegevens:

I ref =G⋅ I o e − a ref x             I monster =G⋅ I o e − a monster x

De log van het quotiënt moet worden gevonden zodat na enige transformatie de absorptiecoëfficiënt wordt verkregen.

Als het monster slechts licht absorbeert en de verzwakking van het licht in de monsterkuvet daardoor verwaarloosbaar sterker is dan in de referentiekuvet, benadert het quotiënt 1 en ligt de log ervan dicht bij 0. In die gevallen kunnen zelfs kleine verschillen in de optische uitlijning veranderingen van de instrumentele functie G, oproepen, waardoor de effecten van de licht verschillende absorptie worden overschat.

Als het monster echter sterk absorberend is en de gemeten waarde Iprobe bijna 0 is, kan zelfs een kleine variatie van die waarde grote numerieke veranderingen van het quotiënt en de bijbehorende fout in de absorptiecoëfficiënt veroorzaken.

Welke waarde van a met gegeven x geeft de kleinste systematische fout? Of: Welke lengte van de cuvet moet gekozen worden om een monster met een gegeven absorptiecoëfficiënt te analyseren met de kleinste fout?

Dit lijkt een probleem van extrema calculus te zijn. De oceanograaf R.W. Austin beschreef deze berekening in zijn artikel Precision considerations in the measurement of volume attenuation coefficient gepubliceerd door J.E. Tyler in het boek Light in the Sea, p. 121-124, waarnaar hier wordt verwezen.