食品实验设计与数据分析第一章
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实验设计与数据处理ppt
一．实验误差分析
二．实验数据整理
三．实验数据分析（直观分析法、方差分析、 回归分析）
一．郑少华、姜奉华《试验设计与数据处理》，中国建材工业出版社，2004年3月第 1版，51.727/Z429
（适合材料科学与工程、化工、机械、农业、医药等专业） 一．方萍、何延《试验设计与统计》，浙江大学出版社，2003年6月第1版 （适合环境与资源相关专业、生命科学、农业科学、医学） 一．[美]Douglas C.Montgomery著《实验设计与分析》 中国统计出版社，1998年6月第1版（电工等专业 ） 一．杨德《试验设计与分析》，中国农业出版社 二．王万中《试验的设计与分析》，高等教育出版社
（一）实验的分类
验证性实验：对已知的理论进行验 证，以加深对理论的认识
探索性实验：为了揭示尚未完全认 识的事物，发现其发生与发展的规 律，以完成工程与科研任务，具有 很强的探索性 （工程中经常碰到）
• 实验准备→实验→实验数据分析处理
• 1．实验准备 ①提出问题，弄清实验目标 ②设计实验方案（实验设计） ③拟订实验大纲 ④实验设备、测试仪器的准备
因素也称为因子， 它是在进行实验 时重点考察的内 容。
因素一般用大写 字母ABC……来标 记，如因素A、因 素B、因素C等。
因素分类：
1. 可控因素（温 度、时间、种 类、浓度……）
2. 不可控因素 （风速、气 温、……）
② 选择因素的原则
01
抓住主要因素（将影响较大的因素选入试验）同时要考虑
最大限度地提高实验效率
最大限度地提高实验精度
对实验过程优化的方法
B
3．实验设计基本要素
指标——因素——02源自用来衡量试验效果好坏的特征值。
试验设计与数据处理(第三版)李云雁 第1章 误差分析
则判断该判断方差1比方差2无显著减小，否则有显著减小
右侧（尾）检验 （F＞1 ，即s12 > s22 ） 若 F F (df1 , df 2 )
则判断该方差1比方差2无显著增大，否则有显著增大 （3）Excel在F检验中的应用
1.5.2 系统误差的检验
1.5.2.1 t检验法 （1）平均值与给定值比较
wi——权重
w x
i 1 n
n
i i
w
i 1
i
适合不同试验值的精度或可靠性不一致时
（3）对数平均值（logarithmic mean）
设两个数：x1＞0，x2 ＞0 ，则
x1 x2 x1 x2 x2 x1 xL x x ln x1 ln x2 ln 1 ln 2 x2 x1
0.2 试验设计与数据处理的意义
0.2.1 试验设计的目的:
合理地安排试验,力求用较少的试验次数获得较好结果
例：某试验研究了3个影响因素： A：A1，A2，A3
B：B1，B2，B3
C：C1，C2，C3 全面试验：27次 正交试验：9次
0.2.2 数据处理的目的
通过误差分析，评判试验数据的可靠性； 确定影响试验结果的因素主次，抓住主要矛盾，提高试 验效率； 确定试验因素与试验结果之间存在的近似函数关系，并 能对试验结果进行预测和优化； 试验因素对试验结果的影响规律，为控制试验提供思路； 确定最优试验方案或配方。
绝对误差估算方法：
最小刻度的一半为绝对误差； 最小刻度为最大绝对误差； 根据仪表精度等级计算： 绝对误差=量程×精度等级%
1.2.2 相对误差（relative error）
实验设计与数据分析
著，在差数的右上方标记“*”；小于0.01者极显著，在 差数的右上方标记“**”。
2、标记字母法 此法是先将各处理平均数由大到小 自上而下排列 ；
然后在最大平均数后标记字母a， 并 将 该 平 均数与
以 下 各 平 均 数依次相比，凡 差 异 不 显著标 记 同 一 字 母 ，直到某一个与其差异显著的平均数标记字母
• 在利用字母标记法表示多重比较结果时， 常在三角形法的基础上进行。此法的优点 是占篇幅小，在科技文献中常见。
• 应当注意，无论采用哪种方法表示多重比 较结果，都应注明采用的是哪一种多重比 较法。同时注明显著性水平。
5.4 单因素方差分析
例5-1
将一份金属钨试样分发给7个实验室，各室用相同的重
g
SSB nj (Xj X)2 j1
组内差异则是各组内部观察值的离散程度
g nj
SSW
(Xij Xj)2
j1 i1
深入理解F统计量(3)
g nj
SST
(Xij X)2
j1 i1
总离差
g
SSB nj (Xj X)2
组间方差
j1
g nj
SSW
在方差分析之前，我们可利用Minitab对 数据作方差一致性检验
方差分析时,Minitab能够读取的数据格式与上表给出的格式不 同，我们必须把数据转化为Minitab能够理解的形式
方差一致性检验
Stat→ANOVA→Test for Equal Variance
数据
菜单
方差一致性检验(续)
适用于正态 分布的数据
F=组间方差/组内方差
的检验统计量，在一定的置信水平下，将这个 值和某个临界值作比较，就可以得出接受还是 拒绝零假设的结论。
2、标记字母法 此法是先将各处理平均数由大到小 自上而下排列 ；
然后在最大平均数后标记字母a， 并 将 该 平 均数与
以 下 各 平 均 数依次相比，凡 差 异 不 显著标 记 同 一 字 母 ，直到某一个与其差异显著的平均数标记字母
• 在利用字母标记法表示多重比较结果时， 常在三角形法的基础上进行。此法的优点 是占篇幅小，在科技文献中常见。
• 应当注意，无论采用哪种方法表示多重比 较结果，都应注明采用的是哪一种多重比 较法。同时注明显著性水平。
5.4 单因素方差分析
例5-1
将一份金属钨试样分发给7个实验室，各室用相同的重
g
SSB nj (Xj X)2 j1
组内差异则是各组内部观察值的离散程度
g nj
SSW
(Xij Xj)2
j1 i1
深入理解F统计量(3)
g nj
SST
(Xij X)2
j1 i1
总离差
g
SSB nj (Xj X)2
组间方差
j1
g nj
SSW
在方差分析之前，我们可利用Minitab对 数据作方差一致性检验
方差分析时,Minitab能够读取的数据格式与上表给出的格式不 同，我们必须把数据转化为Minitab能够理解的形式
方差一致性检验
Stat→ANOVA→Test for Equal Variance
数据
菜单
方差一致性检验(续)
适用于正态 分布的数据
F=组间方差/组内方差
的检验统计量，在一定的置信水平下，将这个 值和某个临界值作比较，就可以得出接受还是 拒绝零假设的结论。
食品实验设计与分析
食品试验设计与分析》课程教学大纲一、课程基本概况课程名称：食品试验设计与分析课程名称（英语）Food Experiment Design and Analysis课程编号：B06064课程总学时：40 学时（其中，讲课30学时，实验10 学时）课程学分：2课程分类：专业限选课开设学期：第六学期适用专业：食品科学与工程本科专业、食品质量与安全本科专业、酿酒工程本科专业先修课程：《概率论》、《数理统计》、《线性代数》等数学课程。
后续课程：毕业设计二、课程的性质、目的和任务本课程是食品科学与工程本科专业、食品质量与安全本科专业、酿酒工程本科专业的限定选修课之一。
本课程主要讲述食品试验设计、论证试施、统计分析和结果评价；是在一定数学基础上、学习和掌握专业基础课及专业课知识后的一门专业提高课。
主要培养学生正确阅读文献、判断和合理引用文献以及进行食品科学试验和写出试验总结的能力。
本课不仅提供如何正确地设计科学实验和收集数据的方法，而且也提供如何正确地整理、分析数据，得出客观、科学的结论的方法。
主要任务是：第一，培养学生掌握试验设计的基本理论、基本技术和常用方法。
第二，培养学生掌握正确收集、整理试验资料的方法。
第三，培养学生掌握常用的试验设计方法并能对试验资料进行正确的统计分析。
第四，培养学生掌握必要的计算技术，包括现行统计软件的使用方法。
三、课程内容、重点及难点理论部分（30 学时）第一章绪论教学目的与要求：了解试验设计与统计分析在食品科学研究中的应用及发展概况，熟悉食品科学试验的特点与要求。
第一节试验设计与统计分析概述第二节食品科学试验的特点与要求第二章数据的收集与整理教学目的与要求：理解统计常用术语的含义，深刻理解不同类型资料的性质并掌握资的整理方法，掌握资料特证数的计算方法，掌握异常数据的检出方法。
第一节常用术语第二节数字资料的性质第三节资料的整理第四节资料的特征数第五节异常数据的处理教学重点：常用术语、常用统计表与统计图、资料的特征数。
实验设计与数据处理 第二版 第1章 误差分析
i 1
n
n
试验次数为有限次时，样本标准差：
s
d
i 1
n
2 i
n 1
( xi x)
i 1
n
2
n 1
2 x ( x ) i /n i 1 2 i i 1
n
n
n 1
表示试验值的精密度，标准差↓，试验数据精密度↑
1.3 试验数据误差的来源及分类
1.3.1 随机误差 （random error ）
（3）精密度判断
①极差（range）
R xmax xmin
②标准差（standard error）
n n
R↓，精密度↑
( xi x)
i 1
2
n
2 x ( x ) i /n i 1 2 i i 1
n
n
2 x ( x ) i /n i 1 2 i i 1 n n
1.3.3 过失误差 （mistake ）
（1）又称粗大误差，定义： 一种显然与事实不符的误差
（2）产生的原因：
实验人员粗心大意造成 （3）特点：
可以完全避免 没有一定的规律
误差的定义及表示法
表示形式
误差
性质特点
绝对 误差
相对 误差
系统 误差
随机 误差
粗大 误差
1.4 试验数据的精准度
1.4.1 精密度（precision）
(b)
(c)
弹着点集中靶心。相 当于系统误差与随机 误差均小，即正确度、 精密度都高，从而准 确度亦高。
弹着点集中，但偏向 一方，命中率不高。 相当于系统误差大而 随机误差小，即精密 度高，正确度低。
n
n
试验次数为有限次时，样本标准差：
s
d
i 1
n
2 i
n 1
( xi x)
i 1
n
2
n 1
2 x ( x ) i /n i 1 2 i i 1
n
n
n 1
表示试验值的精密度，标准差↓，试验数据精密度↑
1.3 试验数据误差的来源及分类
1.3.1 随机误差 （random error ）
（3）精密度判断
①极差（range）
R xmax xmin
②标准差（standard error）
n n
R↓，精密度↑
( xi x)
i 1
2
n
2 x ( x ) i /n i 1 2 i i 1
n
n
2 x ( x ) i /n i 1 2 i i 1 n n
1.3.3 过失误差 （mistake ）
（1）又称粗大误差，定义： 一种显然与事实不符的误差
（2）产生的原因：
实验人员粗心大意造成 （3）特点：
可以完全避免 没有一定的规律
误差的定义及表示法
表示形式
误差
性质特点
绝对 误差
相对 误差
系统 误差
随机 误差
粗大 误差
1.4 试验数据的精准度
1.4.1 精密度（precision）
(b)
(c)
弹着点集中靶心。相 当于系统误差与随机 误差均小，即正确度、 精密度都高，从而准 确度亦高。
弹着点集中，但偏向 一方，命中率不高。 相当于系统误差大而 随机误差小，即精密 度高，正确度低。
第一章食品分析实验的基本知识
3.凡有毒或有刺激性气体发生的实验、应在通风柜内进行，做好个人防护、 不得把头部伸进通风柜内。
4.凡接触或使用腐蚀和刺激性药品，如强酸、强碱、氨水、过氧化氢、冰醋 酸等，取用时尽可能佩带橡皮手套和防护眼镜，瓶口不要直接对着人，禁用裸手 直接拿取上述物品。开启有毒气体容器时应带防毒面具。
5.不使用无标签（或标志）容器盛放的试剂、试样。 6.实验中产生的有毒、有害废液、废物应集中处理，不得任意排放或流入下 水道。酸、碱或有毒物品溅落时，应及时清理及除毒。 7.严格遵守安全用电规程。不使用绝缘不良或接地不良的电气设备，不准擅 自拆修电器。 8.安装能发生破裂的玻璃仪器时，要用布巾包裹。往玻璃管上套橡皮管时， 管口应烧圆滑，并用水或甘油润滑，防止玻璃管破裂割伤手。 9.实验完毕，实验人员应养成洗手离开的习惯。实验室内禁止吸烟和存放食 物、食具（食品感官鉴评实验室例外）。 10.实验室应配备消防器材。实验人员要熟悉其使用方法并掌握有关的灭火 知识。 11.实验结束，人员离室前要检查水、电、燃起和门窗，确保安全，并作好 登记。
第三节 常用试剂配制与标定 一、试剂
食品理化检验使用的试剂除特别注明外，一般为分析纯试剂。乙醇除特别注 明外，系指 95％的乙醇。水除特别注明外，均为蒸馏水或去离子水。常用的酸 碱试剂有盐酸、硫酸、硝酸、磷酸及氨水等，如果没有指明浓度，即为市售的浓 盐酸、浓硫酸、浓硝酸、浓磷酸及浓氨水等。常用的市售酸碱试剂见表 1－1。
第一章 食品分析实验的基本知识
第一节 食品分析实验室的基本要求 食品分析实验室是食品分析课程教学中实践教学的重要场所，除了应达到一 般教学实验室所应具备的基本要求之外，还应符合食品分析所具备的一些特殊要 求。 一、食品分析实验室的实验教学条件要求 根据专业实验教学的特点，食品分析实验室除了从事食品分析实验教学之 外，还应能具备从事以现行国家标准以及地方、行业、企业等标准规定的检验方 法对食品的质量、安全进行分析评价，并且承担科研、课外科技创新活动，综合 性、设计性实验等任务。按照教学需要，应将实验室分设为化学分析室、若干功 能仪器分析室、药品室、预备室等。 1.化学分析室 （1）化学分析室应具备采光良好、排风好，上下水通畅，具有容纳一次可 满足 15～30 人实验教学的场地，每个学生应独立占有一套基本仪器设备，实验 台桌可以是单边的也可以是双边的，每人所占实验台桌宽度不小于 600mm；长度 不小于 1000mm；两实验台桌之间的距离不应小于 1300mm。 （2）化学分析室内应设有充足的洗水池和水龙头，并设有通风厨、排气扇 和各种电源插座。 2.精密仪器室 仪器室可根据仪器的功能、精密程度设立若干功能室，例如气 相色谱室、高压液相色谱室、光学分析仪器室、原子吸收仪器室等。要求具有防 震、防潮、防腐蚀、防尘和防有害、易燃、易爆气体等特点。温度应保持在 15～ 30℃，湿度在 65％～75％。仪器台应稳固，具有稳压和清洁的独立电源。
4.凡接触或使用腐蚀和刺激性药品，如强酸、强碱、氨水、过氧化氢、冰醋 酸等，取用时尽可能佩带橡皮手套和防护眼镜，瓶口不要直接对着人，禁用裸手 直接拿取上述物品。开启有毒气体容器时应带防毒面具。
5.不使用无标签（或标志）容器盛放的试剂、试样。 6.实验中产生的有毒、有害废液、废物应集中处理，不得任意排放或流入下 水道。酸、碱或有毒物品溅落时，应及时清理及除毒。 7.严格遵守安全用电规程。不使用绝缘不良或接地不良的电气设备，不准擅 自拆修电器。 8.安装能发生破裂的玻璃仪器时，要用布巾包裹。往玻璃管上套橡皮管时， 管口应烧圆滑，并用水或甘油润滑，防止玻璃管破裂割伤手。 9.实验完毕，实验人员应养成洗手离开的习惯。实验室内禁止吸烟和存放食 物、食具（食品感官鉴评实验室例外）。 10.实验室应配备消防器材。实验人员要熟悉其使用方法并掌握有关的灭火 知识。 11.实验结束，人员离室前要检查水、电、燃起和门窗，确保安全，并作好 登记。
第三节 常用试剂配制与标定 一、试剂
食品理化检验使用的试剂除特别注明外，一般为分析纯试剂。乙醇除特别注 明外，系指 95％的乙醇。水除特别注明外，均为蒸馏水或去离子水。常用的酸 碱试剂有盐酸、硫酸、硝酸、磷酸及氨水等，如果没有指明浓度，即为市售的浓 盐酸、浓硫酸、浓硝酸、浓磷酸及浓氨水等。常用的市售酸碱试剂见表 1－1。
第一章 食品分析实验的基本知识
第一节 食品分析实验室的基本要求 食品分析实验室是食品分析课程教学中实践教学的重要场所，除了应达到一 般教学实验室所应具备的基本要求之外，还应符合食品分析所具备的一些特殊要 求。 一、食品分析实验室的实验教学条件要求 根据专业实验教学的特点，食品分析实验室除了从事食品分析实验教学之 外，还应能具备从事以现行国家标准以及地方、行业、企业等标准规定的检验方 法对食品的质量、安全进行分析评价，并且承担科研、课外科技创新活动，综合 性、设计性实验等任务。按照教学需要，应将实验室分设为化学分析室、若干功 能仪器分析室、药品室、预备室等。 1.化学分析室 （1）化学分析室应具备采光良好、排风好，上下水通畅，具有容纳一次可 满足 15～30 人实验教学的场地，每个学生应独立占有一套基本仪器设备，实验 台桌可以是单边的也可以是双边的，每人所占实验台桌宽度不小于 600mm；长度 不小于 1000mm；两实验台桌之间的距离不应小于 1300mm。 （2）化学分析室内应设有充足的洗水池和水龙头，并设有通风厨、排气扇 和各种电源插座。 2.精密仪器室 仪器室可根据仪器的功能、精密程度设立若干功能室，例如气 相色谱室、高压液相色谱室、光学分析仪器室、原子吸收仪器室等。要求具有防 震、防潮、防腐蚀、防尘和防有害、易燃、易爆气体等特点。温度应保持在 15～ 30℃，湿度在 65％～75％。仪器台应稳固，具有稳压和清洁的独立电源。
第一章 试验设计与数据分析-概述
论文工作中反映的问题： 1) 只求平均数 2) 试验做1－2次就算。 原因：与工程试验的性质及理解有关 例：电量、非电量电测技术的应用：
模拟量的测试（传感器） 信号放大 模数转换(A/D)
计算机数据处理
仪器是很准确的
被测对象是随机变量！
论文工作中反映的问题：
3）试验设计应逐步深化，通常一种错误的做法，是在一 开始就去设计一个单一、庞大和内容广泛的实验， 一个 成功的实验是要先弄清楚重要变量和变量的范围； 4） 专业知识的作用 试验统计方法不能决定一个变量的作用，它仅对试验 结果的可靠性和有效性提供准则。结论还依赖于对问题 的工程知识的了解和把握； 例：一篇投农业工程学报的论文 修改意见： “3）文中一些拟合方程无意义，可以删除 相关内容。请您在附件中进行修改，修改部分务必用红 色标记出。”
试验统计学简史
3）山口弘一正交设计、可靠性设计价值工程类设计方法 （20世纪70年代），强调整体效果：如日本汽车的质量 在工业界得到广泛应用，但在理论上有很大争议； 4）随着科学的发展，学科交叉越来越普遍，试验设计方 法在许多领域得到广泛的认同和应用：禽流感传感器。 实验设计已远不止农业，奇怪现象：在农业相关领域的 兴趣反而下降——仪器设备的改进、标准化生产的影响
试验设计与数据统计分析
Experimental Design and Data Statistical Analysis 华南农业大学工程学院 刘庆庭
2012－9
关于本课程 学生：2012级——57人 （工程39、水利土木3、林学4 、园艺1、 食品10） 时间：2012年9月－2013年1月 学时：36 上课：28 周学时：3节/周 上机：8（SPSS数据处理软件应用） 作业: 建议先用手工做，以后用计算机做 考试：开卷
第一章 食品检测技术基础知识
浓度，以bB表示；
单位为mol· －1。 kg
3. 质量分数
单位质量的溶液中所含溶质B的质量，或者说混合物中 某一组分B的质量与各组分质量之和的比；
4. 体积分数
单位体积溶液中所含溶质B的体积，或者说混合物中某 一组分B的体积与混合物总体积的比。
5. 体积比
混合物中各组分的体积比。例如王水，是由3体积的浓
5. 在加减法的运算中，以绝对误差最大的数为准 来确定有效数字的位数。 6. 乘除法的运算中，以有效数字位数最少的数， 即相对误差最大的数为准，确定有效数字位数。 7. 对数的有效数字位数取决于尾数部分的位数 。 8. 如果要改换单位，则要注意不能改变有效数字 的位数。 9. 分析结果通常以平均值来表示。在实际测定中， 一般只要求保留至小数点后两位。
盐酸和1体积的浓硝酸混合而成的。 当液体试剂互相混合或用水稀释时，常用这种表示法。
6. 质量浓度
单位体积溶液中所含溶质B的质量，以内表示，单位为 g· －1。 L
7. 滴定度
滴定度是指1 mL标准溶液A（又称滴定剂）相当于被 测组分B的质量，用符号TB/A表示： TB/A = mB / VA 式中：mB为被测组分质量；
高纯试剂和基准试剂的价格要比一般试剂高 数倍乃至数十倍。因此，应根据分析工作的具体情
况进行选择，不要盲目地追求高纯度。
试剂选用的一般原则：
1. 2. 3.
滴定分析常用的标准溶液，一般应选用分析纯试剂配制， 再用基准试剂进行标定。 仪器分析实验一般使用优级纯或专用试剂，测定微量或 超微量成分时应选用高纯试剂。 某些试剂从主体含量看，优级纯与分析纯相同或很接近， 只是杂质含量不同。若所做实验对试剂杂质要求高，应 选择优级纯试剂；若只对主体含量要求高，则应选用分 析纯试剂。