THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT MÔI TRƯỜNG NGÀNH NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI

27 tháng 4, 2011

Cách rút gọn số liệu-xử lý số liệu

Trong các bài viết trước chúng ta đã tìm hiểu về phương pháp xác định độ chuẩn xác, độ chính xác, các phương pháp lấy mẫu và biểu đồ kiểm soát để theo dõi độ chuẩn xác/chính xác trong công việc phân tích. Đề tài này sẽ đề cập đến vấn đề đơn giản hóa số liệu. Sau khi có được giá trị thô của việc phân tích, chúng ta sẽ cần phải đơn giản dữ liệu trước khi sử dụng nó để đánh giá, diễn dịch kết quả, xác định các nhu cầu thiết kế hay dùng số liệu để báo cáo cho cơ quan quản lý. Các giá trị thô có thể thu thập được từ máy phân tích cầm tay/để bàn hoặc được xuất ra từ các máy phân tích liên tục lắp đặt trên hệ thống để quan trắc tự động. Mục đích của việc rút gọn số liệu thô để dễ xử lý đồng thời đảm bảo thông tin không bị sai lệch, thay đổi.

Chữ số có nghĩa

Mỗi phép phân tích có các giới hạn độ chuẩn xác do đặc điệm tự nhiên hóa học của quy trình sản xuất, thiết bị đo đạc và phương pháp luận. Số chữ số có nghĩa được trình bày cho biết độ chuẩn xác của phép đo đã thực hiện. Mục đích là để cho biết mức độ chuẩn xác tăng theo số chữ số có nghĩa trình bày nhằm tránh việc sử dụng các chữ số không được biết. Khi hoàn tất việc này, ý nghĩa của thông tin sẽ được bảo đảm và dữ liệu không chỉ thị vượt quá độ chuẩn xác có thể đạt được theo thông tin cung cấp của nhà sản xuất. Chữ số có nghĩa trình bày tất cả chữ số được biết là đúng trừ chữ số cuối cùng là không tin cậy. Trình bày số 14.72 có nghĩa là phép đo có độ chuẩn xác đến 1 con số sau dấu thập phân (14.72) và 2 con số sau dấu thập phân (14.72) là không tin cậy. Con số 14.72 có 4 chữ số có nghĩa.

Các nguyên tắc cơ bản để xác định chữ số có nghĩa

Các nhà toán học gọi bất kì con số âm hay dương hoặc 0 là số nguyên. Tất cả chữ số nguyên không là 0 đều có nghĩa. Số 4 có 1 chữ số có nghĩa, số 16 có 2 chữ số có nghĩa và số 18.3 có 3 chữ số có nghĩa.

Các chữ số 0 xung quang các số nguyên không là 0 đều có nghĩa. Số 2001 có 4 chữ số có nghĩa, 607,402 có 6 chữ số có nghĩa.

Các chữ số 0 sau dấu chấm thập phân được đi trước bởi một số nguyên không là 0 đều có nghĩa. Số 4.30 có 3 chữ số có nghĩa, số 6.100 có 4 chữ số có nghĩa.

Các chữ số 0 sau dấu chấm thập phân không đi trước bởi một số nguyên không là 0 thì không có nghĩa. Ví dụ, số 0.004 chỉ có 1 chữ số có nghĩa, trường hợp này các chữ số 0 chỉ đánh dấu vị trí thập phân. Số 0.0040 có 2 chữ số có nghĩa, 3 chữ số 0 đầu tiên đánh dấu vị trí thập phân và không có nghĩa, chữ số 0 cuối cùng chỉ thị độ chuẩn xác của phép đo đạt đến 3 con số sau dấu thập phân và không tin cậy ở con số thập phân thứ tư do đó chữ số 4 và 0 đều xem là chữ số có nghĩa.

Xác định các chữ số có nghĩa cho số 0 đi sau một số nguyên không là số 0 thì khó hơn các ví dụ trên. Các chữ số có thể có nghĩa hoặc không có nghĩa. Ví dụ, số 100 có thể có từ 1 đến 3 chữ số có nghĩa tùy thuộc vào độ chuẩn xác của phép đo. Nếu phép đo có độ chuẩn xác đến hàng chục (100) với độ không tin cậy ở hàng đơn vị (100) thì số 100 này sẽ có 3 chữ số có nghĩa. Nhưng nếu phép đo có độ chuẩn xác chỉ ở hàng trăm ( 100) với độ không tin cậy ở hàng chục (100) thì chỉ có 2 chữ số có nghĩa. Nếu số được trình bày là 100.0 thì có 4 chữ số có nghĩa vì phép đo có độ chuẩn xác ở hàng đơn vị (100) và độ không tin cậy là số 0 sau dấu thập phân (100.0).

Khi nào làm tròn số

Một khi số chữ số có nghĩa của một phép đo đã được xác định thì có thể cần làm tròn số thích hợp. Nếu một dãy các số liệu của các phép đo có số chữ số có nghĩa khác nhau thì cần phải làm tròn số trước khi được xử lý.

Các phép tính (cộng/ trừ/ nhân /chia) mà được dùng để xử lý số liệu giúp xác định khi nào các phép đo được làm tròn số. Nếu phép tính là công, nhân hay chia, thì làm tròn sau khi thực hiện phép tính. Nếu phép tính là trừ thì làm tròn trước khi thực hiện phép trừ. Nếu một loạt các phép tính được sử dụng thì làm tròn sau khi thực hiện các tính toán.

Làm tròn số như thế nào

Nếu một số có chữ số theo sau để làm tròn lớn hơn 5 thì tăng lên thành số kế tiếp. Ví dụ, số 4.352 được làm tròn thành số có 2 chữ số có nghĩa sẽ là 4.4 vì 52 lớn hơn 50.

Nếu một số có chữ số theo sau để làm tròn nhỏ hơn 5 thì để nguyên không đổi. Ví dụ, số 4.342 làm tròn thành số có 2 chữ số có nghĩa là 4.3 vì 42 nhỏ hơn 50.

Nếu một số có chữ số theo sau làm tròn bằng 5 thì sẽ tăng lên thành số kế tiếp nếu số đó là số lẻ, nếu là số chẵn thì giữ nguyên. Ví dụ số 6.275 được làm tròn thành số có 3 chữ số có nghĩa sẽ là 6.28 vì 7 là số lẻ. Số 6.265 được làm tròn thành số có 3 chữ số có nghĩa sẽ là 6.26 vì 6 là số chẵn. Lý do là vì để hạn chế sự sai lệch trong phép đo, luôn luôn làm tròn khi chữ số bằng 5 sinh ra phép đo cao giả tạo. Làm tròn chữ số lẻ lên và giữ nguyên chữ số chẵn cũng giúp hạn chế vấn đề sai lệch khi được sử dụng một cách nhất quán.









20 tháng 4, 2011

Xác định khoảng tin cậy – Confidence intervals

Khi chúng ta thực hiện các phân tích trên một mẫu và tính giá trị trung bình của các kết quả thu được, chúng ta đang ước lượng giá trị thực của mẫu. Mặc dù giá trị trung bình này đại diện tốt nhất cho ước lượng giá trị thực nhưng nó vẫn chỉ là ước lượng. Chúng ta có thể tính khoảng tin cậy của các phân tích này để biểu diễn độ chính xác của phân tích.

Định nghĩa khoảng tin cậy

Khoảng tin cậy được xác định bằng cách giới hạn tin cậy mức trên và dưới. Các giới hạn này được tính từ phân phối t Student. Cách tính phân phối t Student như sau:

Mẫu số của công thức là hoặc đôi khi được trình bày là    
, chính là sai số chuẩn.


Tính các giới hạn tin cậy

Nếu ta biếtvà  v (độ tự do,v= n-1), ta có thể tính giới hạn tin cậy trên và dưới và xác định khoảng tin cậy.

Ví dụ: Kết quả phân tích COD 20 lần cho một mẫu cho giá trị nồng độ lần lượt như sau: 120, 102, 94, 129, 111, 91, 139, 146, 136, 96, 125, 131, 121, 113, 143, 132, 138, 143, 123 và 138 mg/L.


Đầu tiên ta tính giá trị trung bình của tất cả kết quả thu được bằng cách cộng tất cả giá trị và chia cho 20.

 = 123.6 mg/L


Kế tiếp ta tính sai số chuẩn . Lấy độ lệch chuẩn chia cho căn bình phương của số lần phân tích




Cách tính độ lệch chuẩn có thể tham khảo ở bài viết “So sánh SD và SRD”. SD trong ví dụ này sẽ là 17.3 mg/L và cỡ mẫu n=20. Do đó, sai số chuẩn là:







Độ tự do của ví dụ này là:







Xác định giá trị phân phối t Student

Đầu tiên xem giá trị t cho giới hạn tin cậy là 95% có giá trị tới hạn 2 đuôi, t-alpha=0.05 với bậc tự do là 19 trong ví dụ này thì

= 2.093 (giá trị tra từ bảng phân phối t có trong bất kì sách nào về thống kê)


Tính toán giới hạn tin cậy

Bây giờ ta có thể tính khoảng tin cậy 95% cho 20 kết quả COD phân tích trong ví dụ. Sử dụng = 123.6 mg/L, = 3.87 mg/L và = 19, ta tính giới hạn tin cậy như sau:







Như vậy ở 95% độ tin cậy cho phép đo COD của mẫu này thì giá trị trung bình COD sẽ rơi trong khoảng 115.5mg/L đến 131.7 mg/L.
Lưu ý quan trọng là khoảng tin cậy thì nhỏ hơn khi tương quan trực tiếp với sai số chuẩn nhỏ. Và bởi vì sai số chuẩn được tính từ , cỡ mẫu lớn (n lớn) sẽ sinh ra sai số chuẩn nhỏ. Do đó, ước lượng phép đo từ việc thực hiện nhiều lần phân tích thì sẽ cho độ chính xác hơn so với thực hiện ít số lần phân tích trên cùng một mẫu nhất định.

19 tháng 4, 2011

Kiểm soát và đánh giá việc phân tích-so sánh SD và SRD

Độ chính xác của phép đo

Độ chính xác (precision) cho biết kết quả phân tích có độ lặp lại cao hay không. Các kết quả đo lường trên cùng một mẫu với cùng một thông số được so sánh với giá trị trung bình của các kết quả thu được. Trong đo lường, một thiết bị có thể cho kết quả phân tích có độ chính xác cao nhưng độ chuẩn xác (accuracy) lại thấp.


Chỉ số thống kê được sử dụng thông thường nhất để ước lượng độ chính xác chính là độ lệch chuẩn (standard deviation-SD) và độ lệch chuẩn tương đối (relative standard deviation-RSD) .RSD cũng được biết đến như là hệ số biến thiên (coefficient of variation – CV):

Tính toán độ lệch chuẩn
Các máy tính điện tử, như Casio Fx-570es chẳng hạn, đều có chương trình thống kê để tính giá trị SD một cách đơn giản, chỉ cần nhập giá trị và nhấn các phím tương thích theo hướng dẫn. Công thức để tính SD được biểu diễn như sau:

Trong đó:

SD = độ lệch chuẩn

ΣXi2 = tổng bình phương của các giá trị đo được

ΣXi = tổng các giá trị đo được

n = số lượng các lần đo


Ví dụ 1: các kết quả thu được khi lặp lại phân tích đối với dòng ra nước thải có giá trị tổng chất rắn lơ lửng-TSS lần lượt như sau 10.5, 11.7, 12.6, 9.8 và 11.4 mg/L TSS











Tổng của Xi = 56

Tổng của Xi2= 631.90

n = 5









SD = 1.08 mg/L

Độ lệch chuẩn của phép đo có cỡ hoặc độ lớn phụ thuộc vào cỡ hoặc độ lớn của dữ liệu. Ví dụ, kết quả phân tích TSS của nước thải đầu vào phải cao hơn kết quả phân tích của nước thải đầu ra. Do đó, giá trị SD của các kết quả cho đầu vào sẽ lớn hơn so với SD của đầu ra.

Ví dụ 2: Các phân tích lặp lại để xác định TSS của đầu vào nước thải như sau: 245, 230, 255, 247 và 253 mg/L TSS









Tổng của Xi = 1230

Tổng của Xi2= 302968

n = 5









SD = 9.85 mg/L

Sự khác biệt giữa các giá trị đo được tùy thuộc vào độ lớn và cỡ của giá trị cần xác định, thông qua 2 ví dụ trên cho thấy SD của đầu ra và đầu vào không thể so sánh để đánh giá độ chính xác với nhau (1.08 mg/L với 9.85 mg/L). Tính giá trị RSD (hoặc CV) sẽ giải quyết được vấn đề này do RSD hoặc CV sẽ cho ta biết tính biến thiên của mẫu đó theo phần trăm đối với giá trị trung bình.

Tính độ lệch chuẩn tương đối

Công thức của RSD (hoặc CV) là





Trong đó:

RSD= độ lệch chuẩn tương đối

SD= độ lệch chuẩn

= giá trị trung bình của các kết quả đo được



Sử dụng các giá trị từ ví dụ 1 ta có
= (56mg/L) /5 = 11.2 mg/L


RSD = (1.08 mg/L x 100% )/11.2 mg/L = 9.6%

Tương tự sử dụng các giá trị từ ví dụ 2 ta có

= (1230mg/L) /5 = 246 mg/L


RSD = (9.85 mg/L x 100% )/246 mg/L = 4.0 %

So sánh độ chính xác của phép đo
RSD cho giá trị theo % không có đơn vị đo (mg/L đã bị loại trừ trong công thức tính). Giá trị RSD càng nhỏ thì độ chính xác của phép đo càng cao. Các giá trị của SD được biểu diễn dưới dạng liên quan đến cỡ trung bình của các giá trị TSS đo được. Khi độ chính xác của việc phân tích TSS đầu ra (9.6%) được so sánh với độ chính xác của việc phân tích TSS đầu vào (4.0%), có thể thấy rằng độ chính xác của việc đo TSS đầu ra thấp hơn gần 2 lần so với đầu vào.


6 tháng 4, 2011

Giới thiệu bộ dụng cụ, hóa chất cần dùng cho phân tích BOD theo phương pháp pha loãng

Để phân tích BOD theo phương pháp pha loãng (Hach method, 8043), Hach có cung cấp đầy đủ các dụng cụ và hóa chất phục vụ cho việc phân tích bao gồm:


Máy đo oxy hòa tan (DO) model HQ40d và điện cực đo oxy hòa tan model LBOD IntelliCAL

Hóa chất dùng kèm: Dung dịch đệm chất dinh dưỡng, chất mồi cung cấp nguồn vi sinh, dung dịch BOD chuẩn và dung dịch ức chế vi khuẩn nitrosomonat và nitrobactor nếu chỉ cần xác định CBOD.

Thông số kĩ thuật máy

Nguồn điện
4 pin AA; tuổi thọ pin > 200 giờ
Có dây cắm AC/DC đi kèm

Màn hình
Đọc đồng thời 2 điện cực
Điện cực pH : hiển thị giá trị pH, mV, nhiệt độ
Điện cực đo độ dẫn điện: theo thông số được chọn, nhiệt độ đã điều chỉnh và nhiệt độ
Điện cực đo oxy hòa tan: hiền thị oxy hòa tan, áp suất, nhiệt độ

Bộ nhớ
500 điểm

Lưu trữ dữ liệu
Dữ liệu được lưu chuẩn theo chuẩn GLP/ISO gồm thông tin chi tiết của việc hiệu chuẩn. Các giá trị hiệu chuẩn và kiểm chuẩn lưu trong bộ nhớ events log. Tự động lưu dữ liệu khi nhấn nút READ để đọc khi ở chế độ cài đặt khoảng thời gian đọc. Ở chế độ đọc liên tục thì phải thực hiện lưu số liệu thủ công.

Xuất dữ liệu
Tải dữ liệu thông qua USB kết nối với PC. Tự động chuyển toàn bộ dữ liệu ghi trong data log sang máy

Bù trừ nhiệt độ
Có các chế độ TẮT, TỰ ĐỘNG, THỦ CÔNG (việc điều chỉnh tùy thuộc thông số đo)

Chức năng khóa màn hình
Đo liên tục hoặc đo khi nhấn nút READ với khả năng lấy giá trị trung bình khi đo DO.
Tự động nhận biết dung dịch đệm pH
Chọn từ 3 loại sau:
Theo màu dung dịch: 4, 7 và 10 pH
IUPAC: 1.679, 4.005, 7.000, 10.012
DIN: 1.09, 4.65, 9.23

Bàn phím
Có thể kết nối với bàn phím ngoài của PC

Thông số chi tiết của máy và điện cực LBOD (đo oxy hòa tan trong phân tích BOD)




































Hóa chất:
BOD Seed Inoculum, POLYSEED, 50 capsules/pk
Product #: 2918700

BOD Seed Inoculum dùng trong trường hợp mẫu phân tích BOD5 không đảm bảo đủ vi sinh cho quá trình oxy hóa chất hữu cơ, hoặc mẫu có chứa chất độc hại, chất ức chế sự phát triển của vi sinh vật, không có sẵn nước thải để làm chất mồi.
Được tạo sẵn để chứa một số thành phần sinh vật làm chất mồi trong phân tích BOD5. Mỗi gói chứa 50 ống.
Sản xuất bởi International Laboratory Supply (InterLab), LTD

Các ống chứa dung dịch đệm chất dinh dưỡng bổ sung vào nước dùng pha loãng
BOD Nutrient Buffer Pillows, 300 mL, 50/pk, Product #: 1416066
BOD Nutrient Buffer Pillows, 3 liter, 50/pk, Product #: 1486166
BOD Nutrient Buffer Pillows, 6 liter, 50/pk, Product #: 1486266
BOD Nutrient Buffer Pillows, 19 liter, 25/pk, Product #: 1486398


Dung dịch BOD chuẩn dùng để kiểm tra độ chính xác
BOD Standard Solutions, 300 mg/L, pk/16 - 10-mL Voluette® Ampule, Product #: 1486510
Chứa 300 mg/L Glucose plus Glutamic Acid

Chất ức chế vi khuẩn nitrat hóa
Nitrification Inhibitor for BOD, Formula 2533(TM), TCMP, 35 g, Product #: 253335
Dùng dụng cụ lấy hóa chất chuyên biệt (tên gọi Dispenser Cap, P/N 45901) để cho 2 phần vào trong mỗi chai BOD 300-mL để ngăn ngừa sự oxy hóa nitơ trong mẫu, một lọ 35g có thể dùng cho 200 mẫu phân tích.

Xem thêm thông tin tại trang web: http://www.boddoctor.com/


Mã đặt hàng trọn bộ dụng cụ và máy: Product #: 8505700
 

Gồm: HQ40d Meter với A/C Power và USB Adapters; LBOD Probe; HQd Meter Stand, chai BOD 300mL (117/case); nút chặn Acrylic (25); nắp đậy bên ngoài chai BOD Bottle (2 packages of 6).

Mã đặt hàng không có chai và nắp đi kèm : Product number: HQDBOD01