Introductie periode 2b. Onderdeel Foutenleer 1

Transcriptie

1 Introductie periode 2b Onderdeel Foutenleer 1

2 Assistenten: Lai Mei Tang / Vera Kaats Susan Kersjes Maurice Mourad Sandra Veen

3 Marieke Bode Piter Miedema

4 Inhoud: Wat is foutenleer, en wat heeft Excel daar mee te maken? De foutenleeropdracht De 3 soorten fouten Weergeven van resultaten Significante cijfers en eenheden 95% Betrouwbaarheidsintervallen Powerfit

5 Wat is foutenleer? Foutenleer houdt zich bezig met fouten in analyseresultaten. Dit is een vorm van statistiek. Excel heeft ingebouwde statistische functies. Die zijn handig! Basishandleiding Excel op practicum.chem.uu.nl

6 Waarom foutenleer? Het is belangrijk dat een meetresultaat correct wordt weergegeven. De notatie laat zien hoe nauwkeurig het resultaat is. Dit zegt ook iets over de betrouwbaarheid.

7 Voorbeelden uit het dagelijks leven: Er liggen 8 appels op de fruitschaal. Mijn zusje is 8 jaar oud. Ik heb een 8 voor de toets. Ik heb een 8,0 voor het tentamen.

8 Voorbeelden uit het practicum: Voeg toe: 5 ml zoutzuur (bij synthese) 4,5 5,5 ml Meet 5 ml af met een verdeelpipet 4,9 5,1 ml Meet 5 ml af met een Finn-pipet 4,95 5,05 ml Er wordt drie keer een andere nauwkeurigheid bedoeld!!

9 Ander glas werk: multipet verdeelpipet volpipet

10 Bij synthese komt het (bijna) nooit aan op de exacte hoeveelheid van de uitgangsstof. De praktijk: veel tijdverlies door toch te proberen exact het getal uit het voorschrift te reproduceren. Bij analytische en fysische chemie is het vaak belangrijk zo nauwkeurig mogelijk de hoeveelheden te weten. Gebruik dus het juiste glaswerk. Wees duidelijk in je labjournaal!

11 Voorschrift: Los in circa 50 ml demiwater 4,50 ml acetonitril op. Weeg ongeveer 3,5 g CuSO 4.5H 2 O nauwkeurig af en los dit op in het water/acetonitril mengsel. Breng de oplossing over in een maatkolf van 100 ml en vul aan met demiwater.

12 Voorschrift: Los in circa 50 ml demiwater 4,50 ml acetonitril op. Weeg ongeveer 3,5 g CuSO 4.5H 2 O nauwkeurig af en los dit op in het water/acetonitril mengsel. Breng de oplossing over in een maatkolf van 100 ml en vul aan met demiwater. Circa 50 ml: tussen 40 en 60 ml is in orde. Ongeveer 3,5 g nauwkeurig afwegen: Tussen 3,4xxx en 3,6xxx g

13 Nauwkeurig afwegen: analytische balans. Nooit scheppen IN de balans Na gebruik tarreren op 0 Wat je knoeit ruim je op Neem je labjournaal mee naar de balans De balans NIET verplaatsen!!!! Neem het juiste weegbakje!

14 Snelle methode van nauwkeurig afwegen: Tarreer de analytische balans MET het weegbakje Zet het bakje op de bovenweger en tarreer. De analytische balans geeft nu een negatieve massa aan Weeg ongeveer de gewenste hoeveelheid af. Hier mag je dus wel scheppen boven de balans. Plaats het bakje terug in de analytische balans en schrijf de massa die je afleest op in je labjournaal. Deurtjes dicht! Na afloop: balans schoon, deurtjes dicht, tarreren.

15 En hoe zet je het in je labjournaal? Het experiment moet door een ander aan de hand van je labjournaal te begrijpen en uit te voeren zijn. Schrijf echter ook geen overbodige dingen op: Een 100,00 ml maatkolf met een volpipet werd nauwkeurig...

16 Voorschrift: Los in circa 50 ml demiwater 4,50 ml acetonitril op. Weeg ongeveer 3,5 g CuSO 4.5H 2 O nauwkeurig af en los dit op in het water/acetonitril mengsel. Breng de oplossing over in een maatkolf van 100 ml en vul aan met demiwater. Labjournaal: In een 250 ml bekerglas werd met een Finn-pipet 4,50 ml acetonitril gebracht. Hieraan werd 45 ml demiwater toegevoegd. In dit mengsel werd 3,7563 g blauw kopersulfaat (CuSO 4.5H 2 O ) opgelost. De oplossing werd kwantitatief overgebracht in een 100 ml maatkolf, welke werd aangevuld tot de streep met demiwater.

17 Verzoek: Maak geen kopie van het voorschrift om in je labjournaal te plakken. Geef in je eigen woorden overzichtelijk en volledig aan wat je gedaan hebt, en verwijs voor het oorspronkelijke voorschrift naar je handleiding. De kopieerapparaten op de labzalen zijn voor practicum doeleinden, niet voor het kopiëren van eigen materiaal zoals werkcolleges.

18 Eenheden ml milliliter ml. ml ccm cm 3

19 Eenheden ml milliliter ml. ml ccm cm 3 gram g g. gr gr. grm

20 Eenheden ml milliliter ml. ml ccm cm 3 gram g g. gr gr. grm Wanneer je eenheden voluit schrijft, is dat zonder een hoofdletter: 1 V = 1 volt 1 N = 1 newton 1 A = 1 ampère

21 Geen enkele analyse methode heeft een oneindige nauwkeurigheid. De ware waarde is dus niet te bepalen. Door het kiezen van de juiste meetomstandigheden is wel een zo nauwkeurig mogelijke schatting te maken.

22 De drie soorten fouten Toevallige fouten Systematische fouten Blunders

23 Toevallige fouten (random errors) Indien er voldoende nauwkeurig gemeten wordt, zal er bij dezelfde meting niet elke keer dezelfde meetuitkomst gevonden worden. Voldoende nauwkeurig: 2,4692 g 2,4687 g 2,4689 g 2,4693 g 2,4692 g Onvoldoende nauwkeurig: 2,47 g 2,47 g 2,47 g 2,47 g 2,47 g

24 Systematische fouten (systematic errors) Systematische fouten zorgen voor dezelfde fout in iedere meting Voorbeelden: - volume van het glaswerk is onjuist - concentratie in buret is anders dan gedacht - je vult verkeerd aan tot de streep - afwijking in kleurwaarneming

25 Blunders (mistakes) Systematische fouten vallen niet op bij het herhalen van metingen, want de afwijking is telkens dezelfde. Blunders vallen meestal wel op en zorgen voor uitschieters en vreemde meetuitkomsten.

26 Ware waarde toevallige fouten a systematische fouten b c d

27 Terminologie versus precisie, reproduceerbaarheid (precision, reproducability) juistheid (accuracy) bias

28 Statistiek aantal metingen gemiddelde standaarddeviatie st.dev in gemiddelde n x g s s g ook: x op rekenmachine: σ n-1 = s / n Modus : meest voorkomende waarde Mediaan : middelste waarde

29 alle metingen die je kan doen meetverwachting μ standaarddeviatie σ populatie steekproef de n metingen die je doet gemiddelde x g standaarddeviatie s

30 Significante cijfers (VWO) Het getal met het minst aantal significante cijfers bepaalt het aantal significante cijfers in het eindantwoord. ph = 4,311 : [H + ] = 4, mol L -1 ph = 4,312 : [H + ] = 4, mol L -1 Nieuw: We proberen het eindantwoord zo te noteren dat het laatste cijfer, en niet meer en niet minder dan dat, onzeker is.

31 Notatie van meetresultaten s g wordt genoteerd met slechts één significant cijfer. Is dit cijfer een 1 of een 2, dan voeg je ook het volgende cijfer toe. Vervolgens worden voor de gemiddelde uitkomst x g evenveel decimalen genoteerd als voor s g, de standaarddeviatie in het gemiddelde. Voorbeeld: x g is gemeten als 5,3753 mol als s g is bepaald als 1,2 mol, dan noteer je x g = 5,4 mol als s g is bepaald als 0,07 mol, dan noteer je x g = 5,38 mol Wat als s g = 0,00014 mol?

32 Wat noteer je altijd: In ieder geval: gemiddelde (x g ) standaarddeviatie (s) aantal metingen (n) Hieruit is dan te bepalen: De standaarddeviatie in het gemiddelde (s g ) 95% betrouwbaarheidsinterval. In de analytische chemie noteer je ook standaard het 95%BI

33 De normale verdeling σ μ

34 De werkelijkheid:

35 Wanneer je μ en σ weet (van een zeer groot aantal metingen) dan is er een kans van 95,4% dat een willekeurige meetuitkomst tussen μ -2σ en μ + 2σ ligt. In de praktijk weet je niet μ en σ maar x g en s! In het geval van een beperkt aantal metingen (<50) is er dan ook geen sprake van een standaard normale verdeling. Je geeft de meetuitkomsten weer in de vorm van een 95%-betrouwbaarheidsinterval. (Met behulp van de Student s t)

36 Je kent: gemiddelde (x g ) standaarddeviatie (s) aantal metingen (n) Het betrouwbaarheidsinterval wordt dan gegeven door: x g ±t ν,α s / n Student s t met ν vrijheidsgraden en betrouwbaarheid α. Let op: wanneer je een ijklijn interpoleert, moet het anders.

37 Voor waarden die niet in de tabel staan: Excel

38 De Foutenleeropdracht Je ontvangt binnenkort een handleiding Foutenleer1 met daarbij een set opgaven. Op de website zal komen te staan wat de deadline van inleveren is. Ook vind je daar extra informatie, zoals een uitgebreidere foutenleer handleiding en Excel informatie. Op inleveren na de deadline staat een sanctie.

39 Gebruik van Powerfit Maken van ijklijnen Lineaire kleinste kwadraten fit Interpolatie van meetwaarden berekenen 95% betrouwbaarheidsinterval

40

41

42 De correlatiecoëfficiënt zegt alleen maar hoe goed de punten op een rechte lijn passen. Dit zegt helaas NIETS over de kwaliteit van de ijklijn. Die is soms namelijk KROM

43

44 Een uitschieter, wat nu???

45 a) gewoon het punt weglaten, je houdt voldoende over, bovendien wordt r dan 0,9988 b) je meet het punt opnieuw c) niets doen, de ijklijn is nog steeds bruikbaar d) Je meet de hele ijkreeks opnieuw

46 a) gewoon het punt weglaten, je houdt voldoende over, bovendien wordt r dan 0,9988 b) je meet het punt opnieuw c) niets doen, de ijklijn is nog steeds bruikbaar d) Je meet de hele ijkreeks opnieuw

47 Na de tweede meting is er nog steeds dezelfde uitschieter. a) gewoon het punt weglaten, je houdt voldoende over, bovendien wordt r dan 0,9988 b) je meet het punt opnieuw c) niets doen, de ijklijn is nog steeds bruikbaar d) Je meet de hele ijkreeks opnieuw

48 Na de tweede meting is er nog steeds dezelfde uitschieter. a) gewoon het punt weglaten, je houdt voldoende over, bovendien wordt r dan 0,9988 b) je meet het punt opnieuw c) niets doen, de ijklijn is nog steeds bruikbaar d) Je maakt en meet de hele ijkreeks opnieuw

49

50 Vaak zijn ijklijnen helemaal niet recht!

51

52 GEBRUIK JE VERSTAND!!!

53 De experimenten staan min of meer klaar op de tafels. Zorg dat aan het eind van de dag alle spullen staan waar je ze s ochtends hebt aangetroffen. Gooi de (dure) oplossingen niet zomaar weg, vraag het aan je assistent. Succes!