Метрология: в 3 ч. Ч. 1. Аналитические измерения в пищевой и перерабатывающей промышленности

А. А. Бегунов

МЕТРОЛОГИЯ
Часть 1
АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
В ПИЩЕВОЙ И ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Рекомендовано Учебно-методическим объединением по образованию в области технологии продуктов питания и пищевой инженерии в качестве учебника для студентов, обучающихся по направлениям подготовки «Продукты питания из растительного сырья» 
и «Продукты питания животного происхождения» уровня бакалавриата и уровня магистратуры

Санкт-Петербург
ГИОРД
2021

УДК 006.91
ББК 30.10
 
Б97

Рецензенты: кандидат технических наук, заместитель директора,
 
заведующий кафедрой метрологии Санкт-Петербургского
 
филиала Академии стандартизации и метрологии
 
Лячнев Валентин Васильевич;

 
доктор технических наук, профессор кафедры автоматики
 
и автоматизации пищевых производств НИУ ИТМО ИХиБТ
 
Балюбаш Виктор Александрович;

 
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой
 
химических технологий лекарственных веществ
 
Санкт-Петербургской химико-фармацевтической академии
 
Фридман Илья Абрамович

Бегунов Александр Андреевич
Б97 
 
Метрология: в 3 ч. Ч. 1. Аналитические измерения в пищевой и перерабатывающей промышленности : учебник для вузов / А. А. Бегунов. — 2-е изд., 
стер. — Санкт-Петербург : ГИОРД, 2021. — 440 с. : ил.

ISBN 978-5-98879-212-3

В книге три основных раздела: «Теоретические и методологические основы метрологии», «Метрологические основы аналитических измерений» и «Метрологические 
основы аналитических методов и методик измерений». В виде приложений приведены 
примеры реализации изложенных положений и рекомендаций по ряду конкретных, 
взятых из практики, аналитических задач.
Учебник предназначен для учащихся высших и средних учебных заведений (бакалавры, специалисты, магистры и аспиранты) пищевой и перерабатывающей отрасли 
всех специальностей. Кроме того, он может быть использован и в других учебных заведениях практически всех технологических отраслей промышленности, отличающихся 
тем, что основу их производств составляют процессы разделения и смешивания компонентов, а главным показателем качества исходного сырья, полупродуктов и готовой 
продукции является состав.
Издание может представить интерес для студентов, изучающих метрологию в составе общепрофессиональных дисциплин, а также может быть полезно сотрудникам 
метрологической службы и работникам государственных органов управления, научных 
учреждений и специалистам на производстве и в научных организациях, занимающимся измерениями.

УДК 006.91
ББК 30.10

ISBN 978-5-98879-212-3 
© ООО «Издательство „ГИОРД“», 2014
 
© ООО «Издательство „ГИОРД“», 2021

КРАТКОЕ ОГЛАВЛЕНИЕ

Условные обозначения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Глава 1. Теоретические и методологические основы метрологии  . . . . . . . . . . . . . 17

§ 1.1. Определение понятия «измерение». . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

§ 1.2. Шкалы измерений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

§ 1.3. Физические измерения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

§ 1.4. Структура измерения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

§ 1.5. Результат измерений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

§ 1.6. Средства измерений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

§ 1.7. Измерительный процесс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

§ 1.8. Методики измерений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

§ 1.9. Единство измерений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

§ 1.10. Градуировка средств измерений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

§ 1.11. Обработка экспериментальных данных . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

§ 1.12. Измерительная информация  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

§ 1.13. Нефизические измерения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Глава 2. Метрологические основы аналитических измерений. . . . . . . . . . . . . . . 125

§ 2.1. Сущность аналитических измерений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

§ 2.2. Особенности аналитических измерений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

§ 2.3. Аспекты, входящие в систему аналитики. . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

§ 2.4. Измеряемое свойство в аналитике  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

§ 2.5. Аналитические методы измерений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

§ 2.6. Градуировка средств измерений в аналитике  . . . . . . . . . . . . . . 149

§ 2.7. Достоверность результата измерений в аналитике. . . . . . . . . . 154

§ 2.8. Величины, характеризующие состав, и их единицы  . . . . . . . . 156

§ 2.9. Правила применения величин и единиц  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Краткое оглавление

§ 2.10. Единство измерений в аналитике  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

§ 2.11. Прослеживаемость аналитических измерений . . . . . . . . . . . . 176

§ 2.12. Метрологические основы процессов отбора
и подготовки проб  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

§ 2.13. Методики измерений в аналитике  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

§ 2.14. Органолептические оценки качества пищевой
продукции  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

Глава 3. Метрологические основы аналитических методов
и методик измерений  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

§ 3.1. Аналитические методы измерения  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

§ 3.2. Метрологические основы измерения массы
на лабораторных весах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

§ 3.3. Погрешности приготовления растворов  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282

§ 3.4. Источники погрешности термогравиметрического
метода измерения концентрации воды в конденсированных
системах (метод сушки). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

§ 3.5. Источники погрешности результатов измерений 
газохроматографическим методом  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

§ 3.6. Источники погрешности анализа метода тонкослойной 
хроматографии  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

§ 3.7. Погрешность измерения рН. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300

§ 3.8. Погрешности измерений титриметрическим методом  . . . . . . 307

§ 3.9. Погрешность измерения концентрации 
фотоколориметрическим методом  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311

§ 3.10. Погрешность измерения концентрации пламенным
атомно-ионизационным (абсорбционным) методом  . . . . . . . . . . . . 315

§ 3.11. Погрешность измерения СВЧ-методом . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317

§ 3.12. Способы повышения точности результата измерений  . . . . . 318

Приложения. Примеры применения принципов единства измерений
в аналитике. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328

Приложение 1. Термины, правила написания и обозначения
величин и единиц. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328

Приложение 2. Построение градуировочных характеристик 
для спектрофотометров. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357

Приложение 3. Хемометрика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366

Приложение 4. Единство измерений влажности газообразных
систем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378

Краткое оглавление

Приложение 5. Аттестация методики измерений массовой
доли альдегидов в белковой колбасной оболочке. . . . . . . . . . . . . . . . 387

Приложение 6. Измерение плотности ароматизаторов 
и их компонентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407

Приложение 7. Исследование источников погрешности
СВЧ-влагомера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412

Приложение 8. Воспроизведение размера единицы твердости 
гидрированных жиров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415

Приложение 9. Метрологические исследования жирнокислотного состава семян хлопчатника  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426

Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428

Использованная и рекомендуемая литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431

Основное оглавление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434

Зарецкий тридцать два шага
отмерил с точностью отменной.
А. С. Пушкин 
«Евгений Онегин»

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

X 
— значение величины;
(X) 
— числовое значение;
[X] 
— единица величины X;
Xo, X, Y — количество (масса, объем или количество вещества) определяемого компонента и содержащей его смеси соответственно;
(u) 
— стандартная неопределенность;
(uс) 
— суммарная стандартная неопределенность;
(U) 
— расширенная неопределенность;
mo 
— масса определяемого компонента;
m 
— масса образца;
W 
— оператор возмущения;
χ 
— оператор данной физической величины;
F 
— возмущающая обобщенная сила, действующая на объект 
исследования, напряженность электрического поля;
Но 
— гамильтониан невозмущенной системы;
S 
— энтропия;
V 
— объем;
E 
— напряженность магнитного поля;
Т, t 
— температура, коэффициент Стьюдента;
P 
— давление;
V 
— объем;
N 
— количество вещества, показания прибора, общее число частиц в генеральной совокупности, общее количество случаев, 
когда эксперт производил оценку, количество проб;
R 
— газовая постоянная, коэффициент отражения, коэффициент регрессии;
J 
— механическое напряжение;

Условные обозначения

L 
— деформация, число точечных проб в объединенной пробе;
М 
— полная намагниченность тела, число частиц в продукте, 
молекулярная масса;
E 
— электрический потенциал;
μ 
— химический потенциал;
ε 
— диэлектрическая постоянная;
ρ 
— плотность материала;
d 
— насыпная плотность материала;
(δϕ) 
— допустимая (относительная) погрешность результата измерений;
t и (Δt) — время и его интервал;
[ϕo] 
— единица величины, ее размер;
Хс 
— среднеарифметическое значение;
δ 
— относительная погрешность;
Δ 
— абсолютная погрешность измерения;
δΘi 
— относительные значения систематических погрешностей i-й 
составляющей;
∂х/∂уi 
— частная производная функция по каждому аргументу;
S 
— оценка СКО индивидуальной оценки членов группы;
Sх 
— оценка среднеквадратического отклонения величины Х;
Sxi, Syi — оценка СКО аргументов;
Si 
— оценка СКО измерения i-го аргумента;
Sk 
— оценка СКО покускового опробования;
Sд 
— оценка СКО сокращения, вызванная дискретностью массы 
опробуемого компонента;
Sн 
— оценка СКО от перемешивания;
Θ и S 
— систематическая и случайная компоненты погрешности;
D 
— дисперсия, оптическая плотность;
Dxi 
— частная дисперсия i-го аргумента;
n 
— объем выборки, количество рангов;
m 
— количество экспертов;
ni 
— число единичных элементов или гранул в точечной пробе;
nt 
— количество кусков в точечной пробе;
xij 
— значение показателя качества для единичного элемента;
H 
— длина отрезка, занимаемого продуктом;
qк 
— масса куска;
qн 
— масса пробы;
d 
— крупность кусков опробываемого материала;
dз 
— крупность зерен опробываемого компонента;
q0, qкон — начальная и конечная (до и после сокращения) масса пробы;
dкон 
— конечная крупность куска;

Условные обозначения

βm, βα 
— концентрация компонента в чистом продукте и в анализируемой пробе;
C i
j 
— число сочетаний;
Y 
— количество частиц с признаком В в объединенной пробе;
G 
— масса анализируемого продукта;
ga 
— масса аналитической пробы;
gt 
— масса точечной пробы;
g1 
— масса частиц, не обладающих признаком В;
g2 
— масса частиц, обладающих признаком В;
Q 
— массовая доля частиц, обладающих признаком В;
ρ1,2 
— плотности частиц без признака В и с таковым;
d1,2 
— средние значения размеров частиц;
r1,2 
— соответствующие коэффициенты формы частиц;
∂xi 
— относительная погрешность i-го аргумента;
QP,n 
— коэффициент интервальной оценки при доверительной вероятности Р и объеме выборки n;
ρо, ρг 
— плотность окружающего воздуха и материала гирь;
V20 
— объем при температуре 20 °С;
Tj 
— совпадающие оценки экспертов;
W 
— коэффициент конкордации;
(R) 
— степень надежности;
No 
— количество случаев, в которых эксперт, встретившийся 
с несколькими альтернативными гипотезами, отдал 
предпочтение подтвердившейся;
tj 
— число совпавших оценок у j-го эксперта;
υ 
— истинный объем твердых частиц зерновой массы;
χj 
— функция отклика (измеряемое свойство) вещества 
на внешнее направленное на него воздействие (физическое поле χj);
fi 
— резонансная частота, соответствующая структуре αi 
i-го компонента анализируемого вещества;
f 
— рабочая частота электромагнитного поля, количество 
точечных проб в объединенной пробе, число степеней 
свободы;
С(t) 
— корреляционная функция полинома Лежандра n-й 
степени;
ε′′=ωτ(ε′–ε∞) — полная диэлектрическая проицаемость;
ε′ и ε∞ 
— диэлектрическая проницаемость на частотах ω и квазиоптического диапазона;
εо, εs 
— оптическая и статическая диэлектрическая проницаемость;