减少分析误差的方法
虽然分析师无法防止随机错误,但以下方法可以减少系统性错误。
仪器校准:通过校准仪器,可以最大限度地减少测量误差,并在必要时对原始数据进行调整或修正。
**控制测定**:这是一种在类似实验条件下使用标准物质进行的实验,旨在将误差降至最低。
空白值测定(Blank determination):由于未使用实际样品,实验在完全相同的条件下进行,从而最大限度地减少了试剂中杂质可能导致的误差。
错误分类
在化学分析中,存在多种不确定性因素,这些因素会导致大量的“误差”。这些误差可以大致分为以下几类:
确定性的(系统性)错误
原则上,可识别且可避免的错误可以通过确定其总体影响并找出其合理的原因来加以处理。这类错误包括:
个人错误:这类错误仅与操作者的个人行为或理解有关,与规定的程序或方法无关。
仪器误差:使用校准不准确或存在故障的仪器(如pH计、单盘电子天平、紫外分光光度计和电位计)进行物质浓度测量时,存在测量结果不准确的风险。
试剂错误:这些错误是由试剂本身引起的,例如试剂中的杂质、铂(Pt)在高温下蒸发,以及由于试剂与瓷器或玻璃发生反应而无意中引入的外来物质。
**恒定误差**:除非测量值非常大,否则恒定误差在多次测量中的差异不大;但随着测量范围的扩大,这种误差的影响会逐渐减小。
**比例误差**:比例误差的绝对值会随着样本量的增加而变化,但相对误差保持不变,无论分析多少样本都是如此。这种化学物质通常会被掺入到某种物质中,从而直接干扰分析过程。
方法学错误:采样方法不正确以及反应的完整性不足往往是导致严重测量误差的原因。
**附加误差(Additive Errors)**:这类误差与样品中存在的物质数量无关。
2. 随机性错误(中间步骤中的错误)
对于那些无法明确归因于具体原因的不确定误差,我们很难找到确切的解释。通常,这些问题源于在相同实验条件下,由同一分析人员连续进行多次测量时所出现的微小偏差。由于这些误差大多是随机的,因此既可能出现高结果,也可能出现低结果。换句话说,这些误差既无法被纠正,也无法被消除,它们代表了测量的“根本局限性”。通过对某个变量进行多次测量,并对结果进行统计分析,可以在很大程度上“降低”这些结果的重要性。
准确性
因此,在科学数据中,“accuracy”和“precision”这两个术语经常被交替使用,但它们之间实际上存在重要的区别,具体如下:
根据传统观念,准确的测量结果应该非常接近被测量量的真实值。在大多数情况下,研究的准确性与其误差成反比关系,即准确性越高,误差就越小。实验值是通过从真实值中减去误差得到的。
精度;精确度
在相关性方面,它可以被描述为两组实验结果之间的关系,尽管这并不一定意味着与“真实值”的关系。一个准确的测量结果被认为具有高度的可重复性,而高精度等同于可重复的测量结果。准确性是影响精度的因素之一,但它并不是精度的先决条件。
有效数字
“有效数字”指的是任何非零数字。位于数字开头或末尾的零不被视为有效数字。科学记数法中的有效数字数量必须与小数记数法中的有效数字数量相同。如果计算结果包含有效数字,那么该结果应该与最不精确的数字保持一致。无论是在进行加法还是减法运算时,使用相同数量的小数位总是明智的选择。
用于确定关键数值(或参数)的规则
有效数字包括所有非零数字。例如:1、2、3、……、n。
那些位于两个非零数字之间的数字(即被“夹在中间”的零)是有效的数字(即需要被计入有效数字的范围内)。例如,数字 501.128 的有效数字有 5、0、1、1、2、8 共 6 位。
非零数字开头的零没有实际意义。例如,0.00341 的有效数字是 3、4、1。
一个带有小数的数字(非零数字后面跟着零),如果其后没有零,则通常被认为是没有显著意义的(更多细节见下文)。例如:6000 只有一个显著数字,即 6;后面的零不被计入显著数字的范围内。
在小数点后的数字中,末尾的零被视为有效数字。例如,-346.12000 有七个有效数字(3、4、6、1、2、0、0、0),而 0.00323 只有三个有效数字(因为 3 前面的零不被计算在内)。同样地,130.000 有三个尾随零,因此它有六个有效数字。这样的数字更为精确,因为它包含了五个有效数字。
数字“0”也有其特殊的意义。数字0位于小数点之后。例如,0.0有两个有效数字。
如果数值带有科学记数法,那么这些数值就被认为是有意义的(即具有重要的统计或实际意义)。
虽然分析师无法防止随机错误,但以下方法可以减少系统性错误。
仪器校准:通过校准仪器,可以最大限度地减少测量误差,并在必要时对原始数据进行调整或修正。
**控制测定**:这是一种在类似实验条件下使用标准物质进行的实验,旨在将误差降至最低。
空白值测定(Blank determination):由于未使用实际样品,实验在完全相同的条件下进行,从而最大限度地减少了试剂中杂质可能导致的误差。
在化学分析中,存在多种不确定性因素,这些因素会导致大量的“误差”。这些误差可以大致分为以下几类:
- **确定性错误** - 确定(系统性)错误的根本原因;
- 随机(不确定)误差。
确定性的(系统性)错误
原则上,可识别且可避免的错误可以通过确定其总体影响并找出其合理的原因来加以处理。这类错误包括:
个人错误:这类错误仅与操作者的个人行为或理解有关,与规定的程序或方法无关。
仪器误差:使用校准不准确或存在故障的仪器(如pH计、单盘电子天平、紫外分光光度计和电位计)进行物质浓度测量时,存在测量结果不准确的风险。
试剂错误:这些错误是由试剂本身引起的,例如试剂中的杂质、铂(Pt)在高温下蒸发,以及由于试剂与瓷器或玻璃发生反应而无意中引入的外来物质。
**恒定误差**:除非测量值非常大,否则恒定误差在多次测量中的差异不大;但随着测量范围的扩大,这种误差的影响会逐渐减小。
**比例误差**:比例误差的绝对值会随着样本量的增加而变化,但相对误差保持不变,无论分析多少样本都是如此。这种化学物质通常会被掺入到某种物质中,从而直接干扰分析过程。
方法学错误:采样方法不正确以及反应的完整性不足往往是导致严重测量误差的原因。
**附加误差(Additive Errors)**:这类误差与样品中存在的物质数量无关。
2. 随机性错误(中间步骤中的错误)
对于那些无法明确归因于具体原因的不确定误差,我们很难找到确切的解释。通常,这些问题源于在相同实验条件下,由同一分析人员连续进行多次测量时所出现的微小偏差。由于这些误差大多是随机的,因此既可能出现高结果,也可能出现低结果。换句话说,这些误差既无法被纠正,也无法被消除,它们代表了测量的“根本局限性”。通过对某个变量进行多次测量,并对结果进行统计分析,可以在很大程度上“降低”这些结果的重要性。
准确性
因此,在科学数据中,“accuracy”和“precision”这两个术语经常被交替使用,但它们之间实际上存在重要的区别,具体如下:
根据传统观念,准确的测量结果应该非常接近被测量量的真实值。在大多数情况下,研究的准确性与其误差成反比关系,即准确性越高,误差就越小。实验值是通过从真实值中减去误差得到的。
精度;精确度
在相关性方面,它可以被描述为两组实验结果之间的关系,尽管这并不一定意味着与“真实值”的关系。一个准确的测量结果被认为具有高度的可重复性,而高精度等同于可重复的测量结果。准确性是影响精度的因素之一,但它并不是精度的先决条件。
“有效数字”指的是任何非零数字。位于数字开头或末尾的零不被视为有效数字。科学记数法中的有效数字数量必须与小数记数法中的有效数字数量相同。如果计算结果包含有效数字,那么该结果应该与最不精确的数字保持一致。无论是在进行加法还是减法运算时,使用相同数量的小数位总是明智的选择。
用于确定关键数值(或参数)的规则
有效数字包括所有非零数字。例如:1、2、3、……、n。
那些位于两个非零数字之间的数字(即被“夹在中间”的零)是有效的数字(即需要被计入有效数字的范围内)。例如,数字 501.128 的有效数字有 5、0、1、1、2、8 共 6 位。
非零数字开头的零没有实际意义。例如,0.00341 的有效数字是 3、4、1。
一个带有小数的数字(非零数字后面跟着零),如果其后没有零,则通常被认为是没有显著意义的(更多细节见下文)。例如:6000 只有一个显著数字,即 6;后面的零不被计入显著数字的范围内。
数字“0”也有其特殊的意义。数字0位于小数点之后。例如,0.0有两个有效数字。
如果数值带有科学记数法,那么这些数值就被认为是有意义的(即具有重要的统计或实际意义)。