實驗過程中的誤差與有效數字概念及表示方法匯總!

2021-03-01 食品實驗室服務

一、誤差

人們化驗分析時總是希望獲得準確的分析結果,但是,即使選擇最準確的分析方法、使用最精密的儀器設備,有技術熟練的人員操作,對於同一樣品進行多次重複分析,所得結果不會完全相同,也不可能得到絕對的準確的結果。這就表明:誤差是客觀存在的。

(一)誤差分類

根據誤差產生的原因和性質將誤差分為系統誤差和偶然誤差。

1.系統誤差:又稱可測誤差,由化驗操作過程中某些固定原因造成的。具有單向性,即正負、大小都有一定的規律性,當重複進行實驗分析時會重複出現。若找出原因。即可設法減少到可忽略的程度。

(1)產生原因

方法:指化驗方法本身造成的誤差。如沉澱的溶解、反應不完全、指示劑終點與化學計量點不符合等。

儀器:由於使用的儀器本身不夠精密所造成的。

試劑:由於試劑不純或蒸餾水不純,含有被測物或幹擾物而引起的誤差。

操作:由於化驗人員對分析操作不熟練,對終點顏色敏感性不同、對刻度讀數不正確等引起。

(2)校正方法:

採用標準方法與標準樣品進行對照試驗;校正儀器減小儀器誤差;採用純度高的試劑校正試劑誤差;提高人員業務水平,減少操作誤差。

2.偶然誤差:隨機的、不可避免的,呈正態分布又稱隨機誤差,是由某些難以控制、無法避免的偶然因素造成的,其大小與正負都是不固定的。如操作中溫度、溼度、灰塵等的影響都會引起分析數值的波動。

產生原因:操作中溫度、溼度、灰分等的影響都會引起分析數值的波動。

減少偶然誤差應重複多次平行實驗並取平均值。

3.過失誤差:操作人員的粗心大意或未按操作規程做,可避免。

(二)誤差表示方法

1.準確度:

定義:是指試驗測得值與真實值之間的相符合的程度。準確度的高低常以誤差的大小來衡量。

誤差有兩種表示方法:絕對誤差、相對誤差

絕對誤差(E)=測得值(X)-真實值(T)

相對誤差(E%)=(測得值-真實值)/真實值×100%

誤差小,表示測得值和真實值接近。測得準確度高。

相對誤差是誤差在真實值中所佔百分數。

2.精密度:

精密度是指相同條件下,n次重複測定結果彼此相符合的程度。

精密度的好壞常用偏差表示。

偏差分為:絕對偏差、相對偏差

絕對偏差:(d)=單次測定結果-n次測定結果的算術平均值

相對偏差:(d%)=單此測得結果的絕對偏差/n次測定結果的算術平均值×100%

精密度與準確度的關係:精密度是保證準確度的先決條件,只有精密度好,才能得到好的準確度。若精密度差,所測得結果不可靠,就失去了衡量準確度的前提。提高精密度不一定能保證高的準確度,有時還需進行系統誤差的校正,才能得到高的準確度。

例:下表列出甲、乙、丙、丁四人分析同一試樣中鐵含量的結果。

分析人員

分析次數

平均值

平均

偏差

真實值

差值


1

2

3

4

37.38

37.42

37.47

37.50

37.44

0.036

37.40

+0.04

37.21

37.25

37.28

37.32

37.27

0.035

37.40

-0.17

36.10

36.40

36.5

36.64

36.41

0.16

37.40

-0.99

36.70

37.10

37.50

37.90

37.30

0.40

37.40

-0.10

由上表看出,甲所得結果準確度和精密度均好,結果可靠。乙的精密度雖好,但準確度不太好。丙的精密度與準確度均差。丁的平均值雖接近真實值,但幾個數據分散性大,精密度太差,僅是由於大的正負誤差相互抵消才使結果接近真實值。

二、有效數字

實際能測量到的數字,包括全部準確數字和一位不確定的可疑數字。保留位數與測量方法及儀器的準確度有關。

(一)使用有效數字時,應注意以下幾點:

1.記錄測量所得數據時,只允許保留一位可疑數字。(當用25ml無分度吸量管移取溶液時,應記錄為25.00ml。)

2.有效數字的位數反映了測量的相對誤差(如稱量某試劑的質量是0.5180g,表示該試劑質量是0.5180±0.0001,其相對誤差為0.02%,如果少取一位有效數字,表示該試劑的質量是0.518±0.001,其相對誤差為0.2%。)

3.有效數字的位數與量的使用單位無關。(如稱的某物的質量是12g,二位有效數字,若以mg為單位時,應記為1.2×104mg,而不應記為12000mg。)

4.數字前的零不是有效數字(0.025),起定位作用;數字後的零都是有效數字(120、0.5000)。

(二)有效數字修約:四捨六入五保雙

具體運用如下:

1.若被捨棄的第一位大於5,則其前一位數字加1(如28.2645,取三位有效數字,位28.3);若被捨棄的第一位小於5,則捨棄。

2.若被捨棄的第一位數等於5,而其後數字全部是0,則視被保留的末位數字為奇數還是偶數,末位是奇數加1,末位為偶數捨棄。(如28.250,28.350,28.050取3位有效數字:28.2,28.4,28.0)

3.若被捨棄的第一位數字是5,而其後的數字不全是0,無論前面是奇還是偶,皆進1(如28.2501,取3位有效數字,28.3)。

4.若被捨棄的數字包括幾位數字時,不得對該數進行連續修約。

附表:化學分析中常用的量和單位(法定計量單位)

量的名稱

單位名稱及符號

物質的量

摩爾mol、毫摩mmol、微摩μmol

摩爾質量

千克每摩kg/mol、克每摩g/mol

摩爾體積

立方米每摩m3/mol、升每摩L/mol

物質的濃度

摩爾每立方米mol/m3、、摩爾每升mol/L

物質的質量濃度

克每升g/L、毫克每升mg/L、微克每毫升μg/mL

質量

千克kg、克g、毫克mg、微克μg

密度

千克每立方米kg/m3、克每毫升g/mL

長度

米m、釐米cm、毫米mm、微米μm

時間

秒s、分min、時h

面積

平方米m2、平方釐米cm2、平方毫米mm2

體積、容積

立方米m3、立方釐米cm3、立方分米dm3

溫度

攝氏度℃

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