Метрология: в 3 ч. Ч. 3. Методы, средства и методики аналитических измерений в пищевой и перерабатывающей промышленности
Покупка
Тематика:
Пищевые производства
Издательство:
ГИОРД
Год издания: 2019
Кол-во страниц: 640
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-98879-200-0
Артикул: 736728.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Книга является третьей частью цикла учебников по курсу «Метрология». В ней рассмотрены методы и средства измерений, представляющие интерес для оценки качества пищевого сырья и готовой продукции. Учебное пособие предназначено для учащихся вузов (бакалавры, специалисты, магистры и аспиранты) пищевой и перерабатывающей отрасли всех специальностей, обучающихся по направлениям «Автоматика и управление», «Химическая технология» (в том числе 18.03.01 и 18.04.01), 19.03.01 и 19.04.01 «Биотехнология», 27.03.01 и 27.04.01 «Стандартизация и метрология», а также «Технология продовольственных продуктов и потребительских товаров». Кроме того, издание может быть использовано в других учебных заведениях технологических отраслей промышленности, а также будет полезно для сотрудников государственной метрологической службы и работников метрологических служб, сотрудников научных учреждений и специалистов на производстве и в научных организациях, занимающихся измерениями.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 18.03.01: Химическая технология
- 27.03.01: Стандартизация и метрология
- ВО - Магистратура
- 18.04.01: Химическая технология
- 27.04.01: Стандартизация и метрология
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
А. А. Бегунов, А. П. Пацовский МЕТРОЛОГИЯ Часть 3. Методы, средства и методики аналитических измерений в пищевой и перерабатывающей промышленности Санкт-Петербург ГИОРД 2019 Рекомендовано ФУМО в системе высшего образования по укрупненным группам специальностей и направлений подготовки 27.00.00 «Управление в технических системах» в качестве учебного пособия для реализации основных профессиональных образовательных программ высшего образования по направлению подготовки бакалавров 27.03.01 «Стандартизация и метрология» и направлению подготовки магистров 27.04.01 «Стандартизация и метрология»
УДК 006.91 ББК 30.10 Б97 Бегунов Александр Андреевич Б97 Метрология: в 3 ч. Ч. 3. Методы, средства и методики аналитических измерений в пищевой и перерабатывающей промышленности / А. А. Бегунов, А. П. Пацовский ; под ред. проф. А. А. Бегунова. — Санкт-Петербург : ГИОРД, 2019. — 640 с. : ил. ISBN 978-5-98879-200-0 Книга является третьей частью цикла учебников по курсу «Метрология». В ней рассмотрены методы и средства измерений, представляющие интерес для оценки качества пищевого сырья и готовой продукции. Учебное пособие предназначено для учащихся вузов (бакалавры, специалисты, магистры и аспиранты) пищевой и перерабатывающей отрасли всех специальностей, обучающихся по направлениям «Автоматика и управление», «Химическая технология» (в том числе 18.03.01 и 18.04.01), 19.03.01 и 19.04.01 «Биотехнология», 27.03.01 и 27.04.01 «Стандартизация и метрология», а также «Технология продовольственных продуктов и потребительских товаров». Кроме того, издание может быть использовано в других учебных заведениях технологических отраслей промышленности, а также будет полезно для сотрудников государственной метрологической службы и работников метрологических служб, сотрудников научных учреждений и специалистов на производстве и в научных организациях, занимающихся измерениями. УДК 006.91 ББК 30.10 ISBN 978-5-98879-200-0 © ООО «Издательство „ГИОРД“», 2019
Принятые сокращения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 Предисловие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29 1.1. Общие положения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29 1.2. Основные аналитические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37 Глава 2. РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46 2.1. Гравиметрические методы измерения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46 2.2. Варианты гравиметрических методов измерения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51 2.3. Термогравиметрические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71 2.4. Измерение зольности. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84 2.5. Варианты разделительных методов измерения массы . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87 2.6. Измерение объема . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122 2.7. Хроматография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142 Глава 3. ОПТИЧЕСКИЕ СПЕКТРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА . . . . . . . . . . . . .185 3.1. Электромагнитное излучение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .186 3.2. Спектральные средства измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199 3.3. Оптические методы анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .207 3.4. Фотометрические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .235 3.5. Фурье-спектрометры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .258 3.6. Спектроскопические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .263 3.7. Люминесцентный анализ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .276 3.8. Флуориметрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .279 3.9. Турбидиметрия и нефелометрия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .282 3.10. Масс-спектрометрический метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .287 3.11. Применение оптических методов в пищевой промышленности . . . . . . . .295 Глава 4. РЕЗОНАНСНЫЕ МЕТОДЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .298 4.1. Ядерный магнитный резонанс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .299 4.2. Электронный парамагнитный резонанс. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .321 4.3. Метод протонного магнитного резонанса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .332 4.4. Диэлькометрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .333 КРАТКОЕ ОГЛАВЛЕНИЕ
Краткое оглавление Глава 5. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ . . . . . . . . . .357 5.1. Электрохимические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .357 5.2. Теоретические основы электролитических методов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .358 5.3. Кондуктометрический метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .359 5.4. Кулонометрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .362 5.5. Вольтамперометрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .365 5.6. Полярографический метод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .367 5.7. Амперометрическое титрование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .370 5.8. Потенциометрия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .371 5.9. Электрофорез. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .393 5.10. Биологические методы анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .410 5.11. Применение электрохимических методов анализа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .417 Глава 6. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ, МЕХАНИЧЕСКИЕ И ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .427 6.1. Теплофизические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .429 6.2. Дилатометрия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .437 6.3. Температура вспышки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .445 6.4. Методы измерения механических свойств. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .448 6.5. Методы измерения плотности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .462 6.6. Акустические методы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .469 6.7. Методы органолептических оценок качества пищевой продукции. . . . . . .474 Глава 7. МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .489 7.1. Роль методик измерений в аналитике. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .489 7.2. Содержание понятия «Методика измерений» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .491 7.3. Основные требования к методике измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .492 7.4. Оформление методики измерений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .497 7.5. Примеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .500 Глава 8. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АНАЛИТИКИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .538 8.1. Величины и единицы, характеризующие состав. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .538 8.2. Основные метрологические характеристики методов . . . . . . . . . . . . . . . . . .546 8.3. Методика прецизионного измерения массовой доли воды в газообразных системах сорбционно-гравиметрическим методом . . . . . . . . .550 8.4. Принципы и методология построения систем воспроизведения и размеров единиц некоторых аналитических величин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .572 Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .602 Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .630 Использованная и рекомендуемая литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .632 Основное оглавление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .636
ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ ААС — атомно-абсорбционная спектрометрия АЦП — аналого-цифровой преобразователь АЭС — атомно-эмиссионный спектральный анализ БИУ — биологические измерительные устройства БХ — бумажная хроматография ВК — вариационный коэффициент ВОИП — волоконно-оптический измерительный преобразователь ВЭЖХ — высокоэффективная жидкостная хроматография ВЭТТ — высота, эквивалентная теоретической тарелке ГЖХ — газо-жидкостная хроматография ГХ — газовая хроматография ГСИ — Государственная система обеспечения единства измерений ДДП — двухкомпонентный диэлькометрический преобразователь ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота ДНОП — диапазон непосредственного отсчета показаний ДТА — дифференциальный термический анализ ДФПГ — 2,2-дифенил-1-пикрил-гидразил ДЭС — двойной электрический слой ИВ — инверсионно-вольтамперометрический (метод) ИК — инфракрасное(ая) ИСО — международная организация по стандартизации (см. ISO) ИСП — индуктивно-связанная плазма ИСЭ — ионоселективный электрод ИФА — иммуноферментный анализ ИЮПАК (IUPAC) — международный союз теоретической и прикладной химии КГХ — капиллярная газовая хроматография КДП — комплексная диэлектрическая проницаемость КЗЭ — капиллярный зонный электрофорез КЧ — кислотное число КЭ — капиллярный электрофорез МВИ — методика выполнения измерений МИ — методика измерений МКО — международная комиссия по освещению МР — методические рекомендации
Принятые сокращения МС — масс-спектрометр МСМ — механические свойства материалов МУК — методические указания МЭКХ — мицеллярная электрокинетическая хроматография НВЭ — нормальный водородный электрод НПО — научно-производственное объединение НСП — неисключенная систематическая погрешность ОЦ — основной цвет ПИП — первичный измерительный преобразователь ПМР — парамагнитный резонанс СВЧ — сверхвысокочастотное (излучение) СЖК — свободные жирные кислоты СИ — средство (средства) измерения СКК — свободные карбоновые кислоты СКО — среднеквадратическое отклонение СОМО — сухой обезжиренный молочный остаток ТГ — термогравиметрия (термогравиметрический) ТГА — термогравиметрический анализ ТСХ — тонкослойная хроматография ТФЭ — твердофазная экстракция УЗ — ультразвуковой УФ — ультрафиолетовый УЭП — удельная электрическая проводимость ФЭК — фотоэлектроколориметр ФЭУ — фотоэлектронный умножитель ЦИ — цветовые измерения ЦК — цветовые координаты ЦКС — цветовая координатная система ЦП — цветовое пространство ЦЧ — цветовое число ЭДС — электродвижущая сила ЭМП — электромагнитное поле ЭОП — электроосмотический поток ЭПР — электронный парамагнитный резонанс ЯМР — ядерный магнитный резонанс ICUMSA — International Commission for Unform Methode of Sugar Analysis — международная комиссия по единым методам анализа качества сахара ISO — International Organization for Standardization (см. ИСО) SI — международное сокращенное наименование междуна родной системы единиц физических величин
ПРЕДИСЛОВИЕ Данное учебное пособие составляет заключительную часть триады книг по курсу «Метрология и метрологическое обеспечение», рассматривающих все стороны применения метрологических правил и норм в условиях пищевой и перерабатывающей промышленности. В первом учебнике «Метрология. Аналитические измерения в пищевой и перерабатывающей промышленности» сформулированы и тщательно проанализированы особенности аналитических измерений с адаптированием их к образовательному курсу вузов пищевой и перерабатывающей промышленности. В нем в полной мере рассмотрены эти особенности в условиях пищевых отраслей и на их основе разобраны концептуальные и методологические вопросы единства аналитических измерений, изложены все основные аспекты, направленные на решение проблемы единства аналитических измерений. Первый учебник состоит из трех глав и девяти приложений. В первой главе «Теоретические и методологические основы метрологии» рассмотрены общие вопросы метрологии с позиции современного представления теории измерений (теория измерительных шкал, физические и нефизические измерения, объекты измерений, измеряемые свойства и величины их выражающие, погрешности и достоверность результатов измерений, методики измерений и их разработка и аттестация, пробоотбор и пробоподготовка, градуировка средств измерений и связанные с этим погрешности и др.). Во второй главе «Метрологические основы аналитических измерений» проанализированы принципиальные особенности аналитических измерений и на их основе рассмотрены концепция, принципы и методология решения всех структурных элементов аналитического измерительного процесса с позиции обеспечения единства измерений, в том числе применения величин и единиц международной системы единиц физических величин — SI (фр. le systеme international d’unitеs), погрешности градуировочных характеристик и отбора и подготовки проб, как наиболее важных компонентов достоверности результатов аналитических измерений. Уделено значительное место метрологическим основам нефизических, органолептических методов измерений, являющимся важным средством измерения в пищевой промышленности. Эта глава преднамеренно построена по структуре первой главы. В третьей главе «Метрологические основы аналитических методов и методик
Предисловие измерений» рассмотрены физическая сущность основных для пищевой аналитики методов и методик измерений и дан анализ основных источников погрешности. В виде приложений приведены практические примеры решения основных метрологических задач, образцы применения метрологических правил и норм на производстве и при научных исследованиях, заимствованные из собственного практического опыта автора, и необходимый информационный материал. В первом учебнике показано, что аналитика является видом (аналитика — часть области измерений, имеющая свои особенности и отличающаяся однородностью измеряемых величин) измерения, но со своими принципиальными особенностями. Этому есть два обоснования: теоретическое и прагматическое. В теоретическом аспекте в обобщенном смысле объекты аналитики моделируются бинарной (квазибинарной) смесью, характеристики состава которой являются отношением некоторого количества определяемого компонента Хо к количеству содержащей его системы Х: С = Хо /(Х – Хо). Эти количества (массу или объем) измеряют с помощью технических средств, хранящих единицу измерения (весы и гири или меры вместимости), что, в конечном счете, позволяет считать аналитику косвенными измерениями, опирающимися на соответствующие эталоны массы или/и объема. В тех же случаях, когда применяют специфические средства измерений — анализаторы (отградуированные в единицах концентрации, например: влагомеры, солемеры и т. д.), их градуируют с помощью градуировочных (модельных) смесей, аттестованных по процедуре приготовления с помощью тех же средств измерения массы или объема. То есть в аналитике обеспечивается требуемая прослеживаемость. Но следует указать, что в аналитике единство измерений не может опираться на единицы массы или объема и соответствующие эталоны, поскольку, во-первых, имеется потребность перехода от косвенных измерений к прямым, во-вторых, как будет показано ниже, в погрешности результата аналитических измерений существенно большая доля погрешности результата измерений приходится не на инструментальную составляющую, а на методическую. Оценить последнюю объективно возможно только с помощью специальных эталонов концентрации. Отсюда и возникает проблема единства аналитических измерений. В прагматическом плане, как известно, в науке, технике и практическом приложении аналитика востребована в количественном отношении: имеются многочисленные объекты измерений, для которых основной характеристикой является состав, выражаемый различными количественными способами (параметрами), признанными именно физическими величинами, установлены нормативы их значений, требования к их достоверности, имеются методы, средства и методики измерений.
Предисловие Развитие измерительной техники и технологии измерений должно сопровождаться адекватным развитием используемого аппарата описания объектов, процедур, средств и условий измерений, а также алгоритмического обеспечения метрологического анализа и метрологического синтеза. Именно эта направленность отличает второй учебник «Метрология. Производство продукции в пищевой и перерабатывающей промышленности». Он состоит из трех глав и 21-го приложения и ориентирован не только на пищевую отрасль, как представляется, наиболее характерную с точки зрения упомянутых метрологических особенностей, но и на все добывающие отрасли агропромышленного комплекса, в том числе и на так называемые технологические отрасли. Его цель — рассмотрение теоретических, методологических и технических основ единства аналитических измерений с опорой на практику их применения. В данной книге рассматриваются основные методы, методики и средства измерений, применяемых и потенциально представляющих интерес в пищевой и перерабатывающей отрасли.
ВВЕДЕНИЕ Методика приготовления философского камня Чтобы приготовить эликсир мудрецов, или философский камень, возьми, сын мой, философской ртути и накаливай, пока она не превратится в зеленого льва. После этого прокаливай сильнее, и она превратится в красного льва. Диспергируй этого красного льва на песчаной бане с кислым виноградным спиртом, выпари жидкость, и ртуть превратится в камедеобразное вещество, которое можно резать ножом. Положи его в обмазанную глиной реторту и не спеша дистиллируй. Собери отдельно жидкости различной природы, которые появятся при этом. Ты получишь безвкусную флегму, спирт и красные капли. Киммерийские тени покроют реторту своим темным покрывалом, и ты найдешь внутри нее истинного дракона, потому что он пожирает свой хвост. Возьми этого черного дракона, разотри на камне и прикоснись к нему раскаленным углем. Он загорится и, приняв вскоре великолепный лимонный цвет, вновь воспроизведет зеленого льва. Сделай так, чтобы он пожрал свой хвост, и снова дистиллируй продукт. Наконец, сын мой, тщательно ректифицируй, и ты увидишь появление горючей воды и человеческой крови. Это и есть философский камень, дарующий бессмертие. Джордж Рипли «Книга двенадцати врат» Как видно из приведенной цитаты, уже древние алхимики понимали значимость методик измерения в решении важных жизненных вопросов. До сих пор специалисты спорят, является ли анализ предметом измерительной теории и практики и каким образом можно очертить область знаний, на которую распространяется метрология как наука об измерениях. Это связано, с одной стороны, с широким внедрением метрологии в различные сферы научной и практической деятельности (включая учебные программы средней и высшей школ), в том числе, в так называемые нефизические области: психологию, социологию, медицину, спорт, культуру и многие другие, где нет физических эталонов, а с другой стороны, с резким возражением ряда специалистов, прежде всего занимающихся собственно метрологией, считающих, что об измерениях и метрологии можно говорить только там, где есть эталоны. Такая категорическая позиция встречается, в том числе, при обсуждениях научных и квалификационных работ магистров и аспирантов, молодых специалистов, посвященных измерению состава. При этом Федеральный Закон № 102-ФЗ от 26.06.2008 «Об обеспечении единства измерений»
Введение требует, чтобы результаты измерений отвечали принципам единства измерений. Относятся ли эти требования к результатам измерений, полученным в названных выше областях? К пищевой и перерабатывающей промышленности рассматриваемый вопрос относится в связи с тем, что в силу особенностей технологических процессов здесь главенствуют состав сырья и готовой продукции и аналитические измерения, как средство получения необходимой измерительной информации, оценки характеристик состава. Аналитические измерения, включающие органолептические или экспертные оценки (далее — Аналитика), являются весьма показательными в этом плане, поскольку как раз и не имеют эталонов. В то же время в этом виде измерений наработаны свои величины — характеристики состава, нормативы, средства и методики измерений и т. д. Об этой области измерений также известны устные и письменные суждения, что это не вид измерений, а характеристики состава нельзя считать физическими величинами. Измерительная информация или результаты измерений окружают нас повсюду и являются одновременно средствами и объектами решения производственных задач, а большинство научных достижений без измерительной информации просто невозможны. Влияние качества измерительной информации и эффективность принимаемых на их основе решений выдвигают во главу угла требование единства измерений как основу достоверности и эффективности всех результатов измерений, включая получение справочных данных. Важность этого требования подчеркивают Федеральные законы «О техническом регулировании» (№ 184-ФЗ от 27.12.2002) и «Об обеспечении единства измерений». Именно в связи с этими законодательными актами возникает вопрос о сфере их распространения на процедуры, связанные с количественными оценками различных свойств, поскольку они относятся именно к результатам измерений, а не к любым цифровым оценкам. Понятие «измерение» из-за своей привычности (обыденности) представляется очевидным. В то же время смысл измерений в различных науках формулируется как бы по-разному. Например: измерение — процедура присвоения символов наблюдаемым объектам в соответствии с некоторым правилом [Новейший философский словарь / сост. и гл. науч. ред. А. А. Грицанов. — 3-е изд., испр. — Минск: Книжный Дом, 2003]; измерение — научный метод представления числами интересующего психического свойства или параметров психического процесса на основе некоторых процедурных правил, совокупность теоретико-математических представлений и процедурных правил [Большая психологическая энциклопедия]; измерение — последовательность экспериментальных и вы
Введение числительных операций, осуществляемая с целью нахождения значения физической величины, характеризующей некоторый объект или явление [Физическая энциклопедия]; измерение — действия, производимые с целью нахождения числовых значений какой-либо величины в принятых единицах измерения, с помощью соответствующих средств измерения (линейка, часы, весы и т. д.). Кэмпбелл, один из основоположников теории измерений [Стивенс С. Экспериментальная психология: в 2 т. — М.: Наука, 1969], также дает несколько определений этого понятия: • «присваивание цифр для представления свойств»; • «процесс присваивания чисел для представления качеств»; • «присваивание цифр для представления свойств в согласии с научными законами»; • «присваивание цифр вещам так, чтобы они представляли факты или конвенции о них». В конечном счете, при внимательном изучении все эти процедуры объединяет стремление сопоставлять некоторое индивидуальное, определенное свойство у разнообразных объектов или их групп путем их кодирования цифрами или иными символами и манипулировать этими символами. Это и послужило основанием распространения понятия «измерения» на многие дисциплины и создания общей репрезентационной (от англ. represent — представлять; изучается представление свойств объектов числами) теории измерений или просто: теории измерений. Под этим понимается сравнение объектов исследований по некоторому свойству (признаку) в определенном отношении. Теорию измерений считают разделом прикладной математики, связанным с анализом данных. Но именно ее не признает ряд метрологов. В соответствии с этим: измерения — это выделение структурного свойства сущности, которое может быть обозначено числом или другим вычисляемым символом. Вышеприведенные определения сходны в том, что прямо указывают на репрезентативную функцию числового или цифрового присваивания. Именно это понимание измерения как познавательного процесса отражено в определении, приведенном в Федеральном законе «Об обеспечении единства измерений»: измерение — совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины. Это определение можно рассматривать как формально обязательное. Важно, что в нем отсутствуют два основных элемента — обязательность применения технических средств, т. е. средств измерения, а также необходимость сравнения измеряемого свойства с эталоном. А это значит, что метрологические правила и нормы должны или могут быть применены
Введение и в вышеобозначенных нефизических отраслях знаний, в измерениях, не связанных с эталоном. В теории измерений выделяют три уровня: 1) сравнение и упорядочивание информации об объектах измерения по наличию или отсутствию у объекта исследуемого свойства, по принципу «да — нет», «есть — нет»; 2) сравнение наблюдаемых свойств по их интенсивности: «больше — меньше»; 3) получение числовых значений с единицей измерения соответствующих наблюдаемых свойств, основанных на некотором эталоне. Эти уровни измерений объединяет понятие шкала измерений, под которой понимают порядок определения и обозначения возможных значений конкретной величины или проявлений какого-либо свойства объектов и явлений, а упомянутые числа или символы представляют собой ее метки или единицы измерения, не обязательно в метрологическом смысле. Первые два уровня составляют основу качественных, или нефизических (измерения нефизических величин), измерений, третий — количественных, или физических (измерения физических величин). Физические и нефизические измерения. К физическим величинам относятся величины (свойства), имеющие свои единицы. Нефизическими называют величины, не имеющие единиц и характеризующие как свойства материального мира, так и понятия, используемые в общественных науках, экономике, медицине и др. В ряде случаев такое разделение условно (например, цвет, запах и др.). К категории нефизических измерений относятся экспертные или органолептические измерения. Принципиальное различие между физическими и нефизическими измерениями можно показать следующим образом. Сущность обоих групп измерений идентична. Она включает три основные компонента: объект измерения и его измеряемое свойство, средство измерения и результат измерения. При этом все объекты измерения подобны в плане характеристики конкретных измеряемых свойств. Однако таковым при нефизических измерениях могут выступать не только физические и физико-химические параметры, но такие, как чувства, разум, успеваемость и др. Существенные различия в следующем. Нефизические величины могут становиться физическими. Примером является цвет, который в данном контексте выступает в двух ипостасях: физической: измерение с помощью колориметра с применением трехкоординатной шкалы цвета и нефизической, используемой при визуальной оценке цвета: пурпурный, морской волны, светловато-белесый (белая ночь), бледно-розовый и т. д. В обоих случаях производят измерение одного и того же свойства — восприятие
Введение глазом или измерительным устройством отраженного излучения определенной длины волны. В то же время, сравнивая запах, измеряемый человеческим и «электронным» (или животным) носом, получают измерительную информацию фактически о разных свойствах. Дело в том, что запах, воспринимаемый обонянием, отражает интегральное свойство, обусловленное комплексным составом нескольких химических веществ (букет), а «электронный нос», равно как и нюх животных, используемые, например, при поисках наркотических или взрывчатых веществ по запаху, есть ни что иное как газоанализатор, настроенный только на одно, наиболее характерное для данного продукта вещество: в первом случае речь идет об интегральном, а во втором — о дифференциальном свойстве. Измеряемыми свойствами, описываемыми физическими величинами, являются своего рода «материализованные» физические проявления: протяженность, кинетическая энергия, параметры магнитных и электрических полей и т. д. Они же могут быть предметом и нефизических измерений. Но, вероятно, более значимыми здесь выступают некоторые абстрактные свойства: вкус, запах, различные формы разума, характера, интуиции и многие другие. В физических измерениях средством измерения является некоторое техническое устройство-компаратор, хранящее (прямо или косвенно) размер единицы и используемое в соответствии с методикой измерения. При этом участие человека в основном опосредовано — на стадиях предварительной подготовки измерительного процесса и осмысливания результата измерений. Сам процесс измерения и даже использование результата измерений могут происходить и без его участия. При измерениях нефизических величин средством измерения выступает сам человек. Он не только ставит измерительную задачу, выбирает метод и разрабатывает методику измерения — тест, но непосредственно участвует в измерительном процессе, являясь активатором измеряемого свойства и регистратором его отклика на данное воздействие, одновременно корректируя эту методику. Результат измерения им осмысливается непосредственно в процессе измерения, в то время как при физических измерениях может происходить первичное накопление измерительной информации, ее архивирование, переработка и только позднее использование, причем не обязательно человеком (автоматическое регулирование и управление). При нефизических измерениях это невозможно. Нефизические измерения используют шкалы: порядковую и наименований. При этом часто привлекают и физические измерения. Именно по шкале порядков построена, например, шкала группы крови. Каждая из них имеет свои количественные отличия. Эта шкала связана с опреде
Доступ онлайн
В корзину