A környezetvédelmi mérés és mintavétel aktuális kérdései
A mintavétel és a környezetvédelmi vizsgálatok megbízhatósága Palotai Zoltán, Szigeti Tamás WESSLING Hungary Kft. Budapest
2014. május 27. (kedd) Hotel Aréna 1148 Budapest, Ifjúság útja 1-3.
A mintavételből származó hibák keletkezésének sémái
A mintavételből származó hibák keletkezésének sémái
Egy kis etimológia: mit jelent a „minta” szó?
A XIX. század híres magyar nyelvészei
Fogarasi János (1801-1878)
Czuczor Gergely (1800-1866)
Czuczor – Fogarasi: A magyar nyelv szótára IV. köt. 568. o.
Czuczor – Fogarasi: A magyar nyelv szótára IV. köt. 568. o.
MINTA fn. tt. mintát. Kicsiny. mintácska. Általán bizonyos forma, vagy alak, mely szerént valami készül, vagy mely kicsinben eléállít valamit. Simay Kristófnál ,kapta' szóval hasonlítva am. forma, proplasma. Eléjön Szabó Dávidnál is, kinél am. "ábrázó formája valaminek, (pl.) szép mintába öntött." Varrónők, és takácsok mintája, melynek formája után varrnak, hímeznek, szőnek. Szobrászok mintája, pl. fából, agyagból, gipszből. Épület mintája. Törzse ezen szónak vagy a hasonlatot jelentő mint, a képzővel megtoldva, vagy pedig mut, melyből mutat is származik, s melynek gyöke mu itt is n toldalékot veszen föl, mint munka, régiesen muka szóban; s e szerént minta = munta am. mutató. Így ,módon' szó is (melynek törzse: mód egyező mut gyökkel) némely régieknél, pl. Szalay Á. gyüjteményében 272. lapon mondon. Finnül: muotti am. minta, és muoto am. mód.
Miért mintázunk és vizsgálunk?
A mintavételt követő vizsgálati eredmények alapján döntést kell hozni.
A mintázás és vizsgálat a döntések kimenetelét befolyásolja
Törvényi megfelelés
Biztonság
Gazdaság, üzlet
Döntési modellek
1. Biztos döntés: biztosan tudjuk, melyik következmény lesz az eredmény
2. Bizonytalan döntés: nem ismerjük a tényállapotok (következmények) valószínűségeit 3. Kockázatos döntés: a legtöbb valóságos döntési probléma ide tartozik (ismerjük a következmények valószínűségeit).
Mintavétel, tételminősítés, döntés a termék, az áru, a kármentesített terület sorsa felől (megfelelőség ellenőrzése)
A mintavétel során véletlenszerű folyamatok zajlanak
• • • • • •
Élelmiszer Takarmány Vizek Talajok Hulladékok Levegő
Hogyan fogjunk hozzá?
Megállapítani egy alapsokaság (tétel): • Összetételét; • Hasznos komponenseinek mennyiségét; • Káros komponenseinek mennyiségét; • Megfelelőségét;
Az egész sokaságot egyszerre nem vizsgálhatjuk…
Hogyan fogjunk hozzá?
Az alapsokaság szétválogatása általában lehetetlen feladat (kivétel: Grimm mesealakja…). A tétel reprezentatív jellemzésére valamilyen más módszert kell választanunk.
A kivett mintával az alapsokaságot kellene jellemezni
• • • • • •
Élelmiszer Taakrmány Víz Talaj Hulladék Levegő
Magyar kártya: 8 tök, 8 makk, 8 zöld és 8 piros = 32 lap
Magyar kártya: 8 piros, 8 tök, 8 zöld és 8 makk = 32 lap
Mi a valószínűsége annak, hogy 32 lapból visszatevéssel négyet húzva, négy különböző színű lapot kapunk a „mintában”?
Húzási valószínűségek (visszatevéses mintavétellel 4 lap)
1. húzás: 2. húzás:
3. húzás:
4. húzás:
?
8 db piros / 32 lap = 1/4 → 25%
24 db nem piros / 32 lap = 3/4 → 75%
16 db zöld és makk /32 lap = 2/4 → 50%
8 db zöld / 32 lap = 1/4 → 25%
4-ből négy különböző szín valószínűsége ≈ 2% 1/4 x 3/4 x 2/4 x 1/4 = 6/256 = 1/44 = 0,023
Egyenetlen szennyezőanyag-eloszlás (lokális szennyezés)
Egyenetlen szennyezőanyag-eloszlás (lokális szennyezés)
Egyenletlen szennyezőanyag-eloszlás (kiülepedés)
Egyenletes szennyezőanyag-eloszlás
Hibaterjedés mintavétel – vizsgálati eredmény 1/2
Alapsokaság (tétel)
Mintavételi hiba
Minta
Következtetés a tétel minőségére
Mintatárolás nemmegfelelősége Minta-előkészítés Minta-előkészítés hibája Laboratóriumi minta
Mérési hiba (referencia, műszer, személyzet) Analitikai mérés Elvi, számolási hiba Vizsgálati jegyzőkönyv
Mérési eredmények valószínűsége
Carl Friedrich Gauss (Gauß) (1777. április 30. – 1855. február 23.) német matematikus és természettudós.
Gyakoriság
Mérési bizonytalanság
Ha a mérési eredmények sokasága normális eloszlású: A gyakoriság görbéje egy Gaussfüggvénnyel írható le.
-3
-2
-1
0 Szórás (σ; s)
1
2
3
A nem homogén sokaság statisztikai viselkedése ennél jóval kedvezőtlenebb!
Hibaterjedés mintavétel – vizsgálati eredmény 2/2
+
Mintavételi hiba (≈80%)
+
Előkészítési Mérési hiba hiba
=
A teljes folyamat hibája (bizonytalansága)
A mintavételt tervezni kell – Mintavételi terv
Mit mintázunk? Lényegében mindent…
Levegő, gázok
Füstök
Folyadékok
Talajok
Kőzetek
Szilárd hulladékok
MSZE 21420-17: 2004 Hulladékok jellemzése - 17 - Mintavétel
C-C’ metszet
A B
C
A’ B’
C’
6.4.2.1. szakasz: kúp vagy gúla alakú hulladékterek centrális szimmetria alapján meghatározott mintavételi pontjai
MSZE 21420-17: 2004 Hulladékok jellemzése - 17 - Mintavétel
A mintázandó hulladék térfogata m3
Pontminták száma db
Átlagminták Fertőzőképesség száma megállapítására vett db minták száma - db
1 alatt
3
-
3
1-100
6
3
3
100 felett - 1000
12
3
6
1000 felett - 5000
18
6
9
5000 felett - 10000
24
6
12
10000 felett - 50000
30
6
15
50000 felett - 100000
36 Egyedi terv szerint
6 Egyedi terv szerint
18
100000 felett
Egyedi terv szerint
Mintavétel modellje – Mikor reprezentatív a minta?
Eredeti jelalak
10 pontos minta
6 pontos minta
2 pontos minta
Sablonok a mintavételhez
Teherautó, vasúti vagon mintavételi pontjai
Uszály, osztott rakterű ömletsztett árut szállító eszköz
Alapsokaság – szilárd termékek
Alapsokaság – szilárd termékek
Mintavétel tartályból, hordóból
A tartályból kivett minta a mintavevő eszközben
Fontos, hogy az esetleges rétegződésekből egyaránt lehessen mintát venni.
Mintavétel tartályból, hordóból
Homogenizálás, minta-előkészítés, műszeres analízis, vizsgálati jegyzőkönyv, szakvélemény, döntéshozatal
Van-e olyan, mintamennyiség, aminél kisebb mennyiséget kivéve, biztosan nem lesz reprezentatív a mintánk?
36 kukoricaszem, közülük 4 szem szennyezett…
Alapsokaság (tétel, batch, lot) Sötét:Világos = 1:8
Reprezentatív minta: 9 kukoricaszemből 1 szennyezett
Reprezentatívnak tekinthető minta
Alapsokaság (tétel, batch, lot) Sötét:Világos = 1:8 Minta - Sötét:Világos = 1:8
Mintakezelés: Helyszíni minta, Átlagminta, Részminta, Laboratóriumi minta (fontos a homogenitás!)
MSZ EN 15359:2012 Szilárd újrahasznosítható tüzelőanyagok 1. tétel
2. tétel
Egyedi minták Átlagminta Mintacsökkentés
Részminta Mintacsökkentés
1. Laboratóriumi minta
8.2. fejezet. A jellemzés eljárási szabályai (12. oldal) 2. ábra: A mintavételi és mintakészítési eljárás bemutatása. Az egyedi minták száma és mennyisége az SRF heterogenitásától, valamit a megkövetelt pontosságtól és precizitástól függ (lásd az EN 15442 szabványt)
2. Laboratóriumi minta
Szennyezés elterjedésének vizsgálata a talajban
Egy példa, talajfelszínre került szennyeződés kiterjedésének vizsgálatához végzett mintázás fúrással (nem mozgó kondenzált fázisok)
Szennyezőanyagok bemosódása a talajba
Felszín alatti vizet tartó réteg
Fúrás
Szennyezés elterjedésének vizsgálata a talajban
A szennyeződés a mintázott területen a felszínről nézve két dimenzióban terjedt szét; Különböző alakú szennyeződési foltok;
Téglalap alakú szennyeződés izokoncentrációs vonalai 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Téglalap alakú szennyeződés izokoncentrációs vonalai 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Mintavételi pontok kijelölése (fúrásmagok gyűjtése) 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Téglalap alakú szennyeződés vizsgálata 316 fúrásmagból 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
68 (üres), 60 (1000), 52 (2000) 44 (3000), 36 (4000), 24 (5000), 20 (6000), 8 (7000), 4 (8000)
Téglalap alakú szennyeződés vizsgálata 316 fúrásmagból
Kör alakú szennyeződés izokoncentrációs vonalai 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Kör alakú szennyeződés izokoncentrációs vonalai 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Kör alakú szennyezés vizsgálata 201 fúrásmagból 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
27 (üres), 37 (1000), 39 (2000) 33 (3000), 32 (4000), 17 (5000), 9 (6000), 5 (7000), 2 (8000)
Kör alakú szennyezés vizsgálata 201 fúrásmagból
Kör alakú szennyezés vizsgálata 201 fúrásmagból
Ellipszis alakú szennyeződés izokoncentrációs vonalai
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Ellipszis alakú szennyeződés izokoncentrációs vonalai
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Ellipszis alakú szennyezés vizsgálata 288 fúrásmagból
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
34 (üres), 61 (1000), 59 (2000) 45 (3000), 32 (4000), 25 (5000), 20 (6000), 10 (7000), 2 (8000)
Ellipszis alakú szennyezett terület gyakoriság értékei
Szabálytalan alakú szennyezés izokoncentrációs vonalai 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Szabálytalan alakú szennyezés izokoncentrációs vonalai 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Szabálytalan alakú szennyezés vizsgálata 234 fúrásmagból 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
26 (üres), 73 (1000), 56 (2000) 33 (3000), 25 (4000), 15 (5000), 3 (6000), 3 (7000), 0 (8000)
Szabálytalan alakú szennyezett terület gyakoriság értékei
Szabálytalan alakú szennyezett terület gyakoriság értékei
Szabálytalan alakú szennyezés izokoncentrációs vonalai
Szabálytalan alakú szennyezés izokoncentrációs vonalai 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Szabálytalan alakú szennyezés mért izokoncentrációs vonalai 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Szabálytalan alakú szennyezés mért izokoncentrációs vonalai 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Szabálytalan alakú szennyezés mért izokoncentrációs vonalai 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Szabálytalan alakú szennyezés mért izokoncentrációs vonalai 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Szabálytalan alakú szennyezés mért izokoncentrációs vonalai 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Szabálytalan alakú szennyezés mért izokoncentrációs vonalai 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Szabálytalan alakú szennyezés mért izokoncentrációs vonalai 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Szabálytalan alakú szennyezés mért izokoncentrációs vonalai 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Szabálytalan alakú szennyezés mért izokoncentrációs vonalai 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
Különböző alakú szennyezőfoltok valószínűségi értékei 25%
Téglalap alak
22% 19%
20%
25%
Kör alak
20%
18%
19% 16% 16%
16% 14%
15%
15%
13%
11% 10%
8%
10%
8%
6%
5%
3%
4%
5%
2%
1%
1%
0%
0% 0
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
25%
35%
21% 20%
Ellipszis alak
20%
31%
15%
24%
20%
11%
15%
9%
10%
Tagolt alak
30% 25%
16% 12%
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
7%
5%
14% 11%
11%
10% 3% 1%
0%
6%
5%
1%
0% 0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
1000
2000
3000
4000
0
5000
1%
0%
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
6000
7000
8000
Szennyezés elterjedésének vizsgálata a talajban
Inhomogén összetételű fúrásmag minta
Szabálytalan alakú szennyezés térbeli izokoncentrációs vonalai
Szabálytalan alakú terület térbeli gyakoriság értékei
Szabálytalan alakú terület térbeli gyakoriság értékei
Belátható, hogy a környezetvédelmi vizsgálatok céljára végrehajtott talajmintázás meghökkentően nagy hibát hordoz
Köszönöm figyelmüket és türelmüket!
