Sie sind im Labor und müssen eine Probe vorbereiten. Verwenden Sie einen Messkolben oder einen Erlenmeyerkolben? Die Analysenwaage oder ein Toplader? Was ist mit Pipetten? Die Wahl der richtigen Ausrüstung ist der erste Schritt für ein erfolgreiches Experiment. Sie benötigen bei jedem Schritt genaue Messungen, da sich kleine Fehler schnell summieren können accuracy. Aber manchmal benötigt man gar nicht die genauesten Werte und es bringt möglicherweise keinen Nutzen, viel Zeit mit der Verwendung präziserer Optionen zu verbringen.
Wie können Sie entscheiden, ob (und wann) accuracy und Präzision den zusätzlichen Aufwand wert sind? Wie wählt man das richtige Messgerät aus? Lesen Sie weiter, um es herauszufinden.
Verständnis Accuracy und Präzision
Beim Experimentieren ist es wichtig, sich daran zu erinnern, was wir unter accuracy und Präzision verstehen. Accuracy gibt an, wie nahe Ihr Wert am wahren Wert liegt. Das Problem ist, dass man nicht immer wissen kann, wie hoch der tatsächliche Wert ist. Wenn Sie sich für einen Chemiekurs in einem Labor befinden, weiß der Dozent oder TA wahrscheinlich, welchen Wert Sie erhalten sollten, und kann Ihnen sagen, wie genau Sie sind. Aber bei Forschungsprojekten weiß man oft nicht, welchen Wert sie haben. Tatsächlich versucht man normalerweise, es zu finden.
Hier kommt Präzision ins Spiel. Präzision bedeutet, wie reproduzierbar Ihre Ergebnisse sind oder wie nahe eine Reihe von Messungen beieinander liegt. Wenn Sie das Volumen einer Flüssigkeit mehrmals mit demselben Glasgefäß messen, erhalten Sie dann jedes Mal den gleichen Wert? Wenn Sie dies tun, wissen Sie, dass Sie präzise sind, auch wenn Sie Ihr accuracy nicht bestimmen können.
Das Streben nach hoher Präzision stellt sicher, dass Sie Ihr Bestes tun, um Fehler bei Messungen und Berechnungen zu vermeiden. Je genauer Sie sind, desto besser sind Ihre Chancen, ein genaues Ergebnis zu erhalten, da hochpräzise Geräte normalerweise auf ein hohes Maß an accuracy kalibriert sind. Wenn Sie Schwierigkeiten mit der Präzision haben, ist das meist ein Zeichen dafür, dass Sie das Instrument falsch verwenden oder dass ein Problem mit der Ausrüstung selbst vorliegt.
Es ist möglich, präzise Messungen durchzuführen und dennoch ein falsches Ergebnis zu erhalten. Möglicherweise sind Ihre Hypothesen oder Berechnungen falsch, Ihre Ausrüstung muss möglicherweise neu kalibriert werden oder Ihre Reagenzien sind möglicherweise kontaminiert. Aber konzentrieren wir uns zunächst nur auf die Präzision.
Eine weitere Möglichkeit, eine höhere Präzision (und damit hoffentlich eine hohe accuracy) zu erreichen, besteht darin, Ihre Werte einer größeren Anzahl signifikanter Zahlen zuzuordnen. Signifikante Zahlen sind alle Ziffern eines gemessenen oder berechneten Werts, die Sie sicher kennen, sowie eine letzte Ziffer, die eine gewisse Unsicherheit enthält. Alle Messungen weisen eine inhärente Unsicherheit auf, die sich in der Anzahl der Stellen widerspiegelt, die Sie in einem gemessenen oder berechneten Wert angeben können.
Beispielsweise sind bei 800-ml-Bechern jeweils 100 ml markiert. Sie können die Hunderterstelle mit hoher Sicherheit kennen, aber bei der Zehnerstelle müssen Sie Ihre beste Schätzung abgeben. In ähnlicher Weise ist ein 100-ml-Messzylinder alle 1 ml markiert. Daher können Sie die Einerstelle und höhere Werte mit Sicherheit kennen, bei der Zehnerstelle müssen Sie jedoch die beste Schätzung abgeben.
Digitale Anzeigen sind einfacher: Je mehr Werte angegeben werden, desto genauer ist Ihre Messung. Eine Toplader-Waage liefert möglicherweise nur zwei Dezimalstellen in Ihrem Massenablesungswert, wohingegen eine Analysenwaage drei oder vier Dezimalstellen liefern kann. Wenn Ihre Probe mehr als 10 g wiegt, liefert Ihnen eine Top-Loading-Waage mindestens vier signifikante Ziffern. Allerdings müssen Proben, die kleiner als 1 g sind, auf einer Analysenwaage gemessen werden, um die gleiche Präzision zu erreichen.
Größere Zahlen bedeuten eine höhere Präzision, aber müssen wir immer sehr präzise sein? Manchmal brauchen wir einen sehr präzisen und genauen Wert, manchmal reicht es aus, nah genug dran zu sein.
Sie müssen überlegen, warum Sie die Probe vorbereiten. Analytische Arbeit erfordert typischerweise Präzision. Eine Lösung zur Verwendung in einer Titration erfordert wahrscheinlich eine hohe accuracy, da Sie diese zur Bestimmung einer Unbekannten verwenden. Wenn Sie eine Lösung herstellen, die Sie später standardisieren möchten, müssen Sie möglicherweise nur die ungefähre Konzentration der Lösung kennen, da Sie den genauen Wert später ermitteln.
Sie können auch in Ihrem Verfahren nachsehen, wie genau Sie vorgehen müssen. Erfordert Ihr Verfahren beispielsweise, dass Sie eine 1-M-Lösung oder eine 1,00-M-Lösung erstellen? Eine 1-M-Lösung muss nur etwa 1 M enthalten, wohingegen eine 1,00-M-Lösung viel mehr Präzision bei der Herstellung erfordern würde, damit Sie ihre Konzentration genauer kennen können.
Waagen: Top Loading versus Analytical
Wenn Sie mit Waagen arbeiten, haben Sie möglicherweise die Wahl zwischen einer Topladerwaage oder einer Analysenwaage. Waagen mit Toplader eignen sich gut für größere Proben, liefern jedoch nicht so viele Dezimalwerte bei Ihren Massenmessungen, sodass Sie möglicherweise nicht so viele aussagekräftige Ziffern in Ihren Messwerten erhalten. Sie sind nützlich für Massenmessungen, die nicht präzise sein müssen und eher ungefähre Werte liefern können. Ein Beispiel wäre, wenn Sie einen Puffer oder eine gesättigte Lösung herstellen und eine Masse innerhalb eines weiten Bereichs hinzufügen müssen.
Analysenwaagen werden am besten zum Wiegen kleiner Probenmengen verwendet, bei denen Sie die Masse mit einem höheren accuracy kennen müssen. Diese Arten von Bilanzen geben tendenziell mehr Dezimalstellen an, können jedoch bei größeren Stichprobengrößen überlastet sein. Auch Analysenwaagen verfügen in der Regel über einen Windschutz, da selbst ein Luftzug die Masseanzeige beeinflussen kann.
Wenn Sie eine kleine Masse (normalerweise weniger als ein Gramm) auf 0,0001 g genau wissen müssen, verwenden Sie im Allgemeinen eine Analysenwaage. Wenn Sie eine weniger genaue Masse benötigen oder eine große Materialmenge (> 10 g) haben, verwenden Sie die Topladerwaage.
Glaswaren
Die Auswahl von Glaswaren zur Herstellung einer Lösung kann entmutigender sein als die Auswahl einer Waage. Es gibt so viele Arten, und sie alle haben unterschiedliche Zwecke. Bechergläser und Erlenmeyerkolben haben Volumenmarkierungen als Referenz, sind aber nicht wirklich zum Messen gedacht. Sie eignen sich hervorragend zum Vorbereiten oder Aufbewahren einer Lösung, während Sie eine genauere Menge abmessen. Wenn Sie beispielsweise mehrmals eine Titration durchführen, bereiten Sie möglicherweise eine große Menge Stammlösung vor, gießen etwas davon in ein Becherglas und gießen dann die Lösung aus dem Becherglas in die Bürette, um eine genaue Messung zu erhalten. Die genaue Menge im Becherglas spielt keine Rolle, da Sie aus Präzisionsgründen die Bürette verwenden.
Wenn Sie ein sehr genaues Volumen wünschen und es mit variablen Mengen zu tun hat, sind Büretten eine gute Wahl. Sie sind bis auf jede zehnte Stelle markiert, sodass Sie bei Ihren Volumenmessungen zwei Dezimalstellen erhalten. Büretten werden häufig bei Titrationen verwendet, da sie sehr genaue Messungen liefern.
Auch kleinere Volumina können Sie mit einer Vollpipette oder winzige Volumina mit einer Mikropipette präzise und genau abmessen. Pipetten werden manchmal auch „Transferpipetten“ genannt, da sie zum Übertragen einer genauen Flüssigkeitsmenge von einem Behälter in einen anderen verwendet werden. Bei korrekter Verwendung neigen Pipetten zu Fehlern von +/- 0,1 % des gemessenen Volumens. Sie sind sogar so kalibriert, dass sie die winzigen Flüssigkeitsmengen berücksichtigen, die beim Entleeren zurückbleiben.
Messkolben eignen sich gut für die Zubereitung eines bestimmten Lösungsvolumens. Normalerweise geben Sie eine genaue Menge des gelösten Stoffes in einen Messkolben und verdünnen ihn dann mit Ihrem Lösungsmittel bis zur eingeätzten Markierung, um ein sehr genaues Gesamtvolumen zu erhalten. Beachten Sie, dass Messkolben im Gegensatz zu Messpipetten die Flüssigkeit, die nach dem Ausgießen des Inhalts zurückbleibt, nicht berücksichtigen. Wenn Sie 10,00 ml einer Lösung für eine Reaktion abmessen müssen, sollten Sie eine 10,00-ml-Pipette verwenden, anstatt einfach den Inhalt eines 10,00-ml-Messkolbens auszuschütten.
Andere Ausrüstung
Ein pH-Meter ist ein kniffliges Instrument. Die meisten pH-Messgeräte geben in ihren Messwerten nur 1–2 Dezimalstellen an, und da pH-Werte logarithmische Funktionen sind, sind die Dezimalstellen die einzigen signifikanten Ziffern des Werts. (Siehe Auffrischungsbox zu signifikanten Zahlen.) Dies ist in Ordnung, wenn Sie eine ungefähre Vorstellung vom pH-Wert haben möchten. Wenn Sie jedoch die genaue H+-Konzentration oder den pKa-Wert einer schwachen Säure bestimmen müssen, müssen Sie eine Titration mit volumetrischen Glasgeräten durchführen.
Wenn es um Temperaturmessungen geht, kann auch die Art des von Ihnen verwendeten Thermometers die accuracy und Genauigkeit Ihrer Messung bestimmen. Analoge Thermometer, die Sie manuell ablesen müssen, verfügen möglicherweise nicht über viele Ziffern, je nachdem, wie viele Markierungen sie haben (jedes Grad gegenüber einem Zehntel Grad), während ein digitales Thermometer möglicherweise zusätzliche signifikante Zahlen liefert. Dies würde eine höhere Präzision und accuracy Ihrer Temperaturmessung ermöglichen simplyaweeb.
Wenn Sie die Absorption einer Probe messen, wird die Anzahl der signifikanten Stellen vom Spektrophotometer bestimmt. Diese Extinktion kann dann verwendet werden, um die Konzentration eines Analyten in Lösung mit dem Beerschen Gesetz zu berechnen, aber die Anzahl der signifikanten Stellen in Ihrer Konzentration ist durch die signifikanten Stellen des Absorptionswerts begrenzt.
Abschluss
Jetzt verfügen Sie über das Wissen und die Werkzeuge, die Sie benötigen, um festzustellen, wann accuracy und Präzision wichtig sind und welche Ausrüstung Ihnen am besten die benötigten Informationen liefert. Ihre Zeit ist wertvoll und manchmal müssen Sie zusätzliche Anstrengungen unternehmen, um die präzisesten Messungen durchzuführen, um die genauesten Werte zu erhalten, aber manchmal ist es auch gut genug, nah genug dran zu sein.
