第二章误差及数据处理
第二章 误差和分析数据处理
课堂互动 下面是三位学生练习射击后的射击靶 图，请您用精密度或准确度的概念来评 价这三位学生的射击成绩。
二、系统误差和偶然误差
误差(error)：测量值与真实值的差值
根据误差产生的原因及性质，可以将误差分为系统误 差和偶然误差。
1 系统误差 (systematic error) 又称可测误差，由某
§3 有效数字及计算规则
小问题：1与1.0和1.00相等吗? 答:在分析化学中1≠1.0≠1.00 一、有效数字(significant figure) 概念：分析工作中实际上能测量到的数字，除最后一 位为可疑数字，其余的数字都是确定的
如：分析天平称量：1.21 23 (g) 滴定管读数：23.20 (ml)
=0.17
S 0.17 RSD 100 % 100 % 1.1% 15.82 X
用标准偏差比用平均偏差更科学更准确。
例: 两组数据
(1) 0.11, -0.73, 0.24, 0.51, -0.14, 0.00, 0.30, -0.21,
n=8 n=8 d1=0.28 d2=0.28 s1>s2 s1=0.38 s2=0.29 (2) 0.18, 0.26, -0.25, -0.37, 0.32, -0.28, 0.31，-0.27
(1)绝对误差 (δ) : δ= x－μ (2) 相对误差(RE): R E= δ / μ× 100%
注:
注1:两种误差都有正、负值之分。
小问题1：
买猪肉1000斤少0.5斤和买1斤少0.5斤哪个误差大?
小问题2： 用分析天平称量两个样品，一个是0.0021克，另一 个是0.5432克，两个测量值的绝对误差都是0.0001 克，试通过计算相对误差来说明哪种表示法更好。
第二章 误差与数据处理
第二章误差与数据处理基本术语分析化学中的误差是客观存在的。
例如，设有一铁的标准样品，其含铁的标准值为T。
对这一铁标准样品进行分析，即使采用最可靠的方法，使用最精密的仪器，由最有经验的分析工作者进行测定，所得的结果也不可能与T完全一致；由同一有经验的分析人员对同一样品进行多次分析，所得的结果也不可能完全一致。
1、准确度准确度表征测定结果与真实值的符合程度。
准确度的高低用误差来衡量。
测量值与真实值之间差别越小，则分析结果的准确度越高。
2、精密度精密度表征几次平行测量值相互符合程度。
精密度的高低用偏差来衡量。
平行测定所得数据间差别越小，则分析结果的精密度越高。
3、精密度与准确度的关系例：A、B、C、D四个分析人员对同一铁标样（w Fe=37.40%）中的铁含量进行测量，结果如图示，比较其准确度和精密度?精密度与准确度的关系可表示为：1.精密度是保证准确度的前提；2.精密度高，不一定准确度高。
4、系统误差系统误差是由某种固定的原因造成的误差。
具有重现性，系统误差的正负、大小都有一定的规律性。
在理论上讲是可以测定的，又称可测误差。
系统误差存在与否决定分析结果的准确度。
1.方法误差，由分析方法自身不足所造成的误差。
如，重量分析法中，沉淀的溶解度大，沉淀不完全引起的分析结果偏低；滴定分析中，指示剂选择不适合，滴定终点与化学计量点不符合引起的误差。
2.仪器误差，由测量仪器自身的不足所引起的误差。
如，容量仪器体积不准确；分光光度计的波长不准确。
3.试剂误差，由于试剂不纯引起的误差。
如，试剂和蒸馏水含有待测组分，使测定结果系统偏高。
4.操作误差由分析人员的主观原因造成的误差。
如分析人员掌握的分析操作与正确的分析操作有差别；分析人员对颜色敏感度的不同等。
5、随机误差(亦称偶然误差)随机误差是由某些不确定的偶然的因素引起的误差。
例如，测量时环境温度、湿度和气压的微小波动；仪器电源的微小波动;分析人员对各份试样处理的微小差别等。
检测技术 第二章：误差分析与数据处理
可以得到精确的测量结果，否则还可能损坏仪器、设备、元器件等。
2．理论误差 理论误差是由于测量理论本身不够完善而采用近似公式或近似值计算测量 结果时所引起的误差。例如，传感器输入输出特性为非线性但简化为线性 特性，传感器内阻大而转换电路输入阻抗不够高，或是处理时采用略去高 次项的近似经验公式，以及简化的电路模 型等都会产生理论误差。
误差，周期性系统误差和按复杂规律变化的系统误差。如图2.1所示，其中1为定值系差，2 为
线性系统误差，3为周期系统误差，4为按复杂规律变化的系统误差。 系统误差的来源包括仪表制造、安装或使用方法不正确，
测量设备的基本误差、读数方法不正确以及环境误差等。
系统误差是一种有规律的误差，故可以通过理论分析采 用修正值或补偿校正等方法来减小或消除。
•理论真值又称为绝对真值，是指在严格的条件下，根据一定的理论，按定义确定的数值。 例如三角形的内角和恒为180°一般情况下，理论真值是未知的。 •约定真值是指用约定的办法确定的最高基准值，就给定的目的而言它被认为充分接近于 真值，因而可以代替真值来使用。如：基准米定义为“光在真空中1/299792458s的时间 间隔内行程的长度”。测量中，修正过的算术平均值也可作为约定真值。
表等级为0.2级。
r＝
0.12 100% 100% 0.12 A 100
在选仪表时,为什么应根据被测值的大小,在满足被测量数值范围的前提下,尽可能 选择量程小的仪表，并使测量值大于所选仪表满刻度的三分之二。在满足使用 要求时，满量程要有余量，一般余量三分之一，为了装拆被测工件方便。 （同一精度，量程越大，误差越大，故量程要小，但留余量）
第二章 误差分析与数据处理
三．测量误差的来源
1．方法误差 方法误差是指由于测量方法不合理所引起的误差。如用电压表测量电压时，
误差和数据处理
三、有效数字的运算法则
根据误差传递规律
加减法中 按小数点后位数最少的（绝对误差传递） 0.5362 + 0.001 + 0.25 = 0.79
0.5362 0.001 0.25
绝对误差 0.0001 0.001
0.01
29
有效数字的运算法则
根据误差传递规律
乘除法中 按有效数字位数最少的（相对误差传递） 0.0121 25.64 1.0578 = 0.328
例2-5：用8－羟基喹啉测定Al含量，9次测定的标准偏差为0.042%，
平均值为10.79%。估计真值在95％和99％置信水平时应是多大？
95％置信度时：
P =0.95 a =1-P =0.05 f=9-1=8
查表 t0.05,8=2.306
代入公式 ＝x tS/n =10.79 0.032%
测量步骤的准确度应与分析方 法的准确度相当
增加平行测定的次数
（四）消除测量中的系统误差
19
提高分析结果准确度的方法
（一）选择恰当的分析方法 （二）减小测量误差 （三）减小偶然误差的影响
（四）消除测量中的系统误差
经典方法比较 校准仪器 对照实验 回收实验 空白实验
试样中组分含量
标样中组分含量
＝
试样中组分测得量
26
有效数字的修约规则
在修约标准偏差等时 修约的结果应使准确度 降低 例如:标准偏差（S）＝0.213
取两位时，修约为 0.22 取一位时，修约为 0.3
27
有效数字的修约规则
与标准限度值比较时不应修约
例如:
某标准试样中镍含量≤0.03％为合格
获得的测量值为
0.033％
修约为
第二章 误差与数据处理
x1
1
x2
x2
这里的P就是在x1～x2这个范围内测量值出现的 概率, 在正态分布曲线图上表现为曲线下x=x1和 x=x2两条直线之间所夹的面积。
为了把一个普通的正态分布转换为标准正态分布,
xμ 设 u u称为标准正态变量 σ
x为测定值，µ 为总体平均值，σ总体标准偏差。
二 偶然误差（随机误差）
由不确定原因产生
1．特点：
1)不具单向性（大小、正负不定）
2)不重复、不可测定 3）不可消除（原因不定）
但可减小（测定次数↑）
4) 分布服从统计学规律（正态分布）
二 偶然误差（随机误差）
偶然误差的分布
消除系统误差后，同样条件下重复测定，偶然
重复性和再现性的差别
在相同条件下，对同一样品进行多次重复测定，所
得数据的精密度称为方法的重复性。 在不同条件下，用同一方法对相同样品重复测定多 次，所得数据的精密度称为分析方法的再现性。
2-4 随机误差的分布规律
测量值x的分布规律——正态（高斯）分布曲 x 线 1
2
y f x
解： x 10 .43 %
d
n
di
0 .036 % × dr%= d × 100 % 100 % 0 . 35 % x 10 .43 %
s
0 . 18 % 0 . 036 % 5
d i2 n 1
8 .6×10 7 4 .6 ×10 4 0 .046 % 4
准确度低 精密度高
准确度高 精密度差
准确度高 精密度高
准确度低 精密度差
测量点
最新定量分析化学02第二章误差与分析数据处理PPT课件
2.1.1 准确度和精密度 1. 准确度
测定结果与“真值”接近的程度.
绝对误差 Ea = x -T
相对误差 Er =
Ea T
100%
1
2. 随机误差(random error)
偶然误差，服从统计规律
（不存在系统误差的情况下，测定次数越多其 平均值越接近真值。一般平行测定4-6次）
n1 (n -1 )为 自 由 度 ， 用 f表 示
相对标准差 (变异系数)
CV=(s / x )×100%,
13
质量控制图
警戒线 警告线
14
2.3.3 异常值的检验—Q检验法
Q计算
x离群 x邻近 xmax xmin
若Q计 Q表,则离群值应弃去.
15
Q值表 (p43)
Hale Waihona Puke 测量次 数n34
5
x = 0.1017
～x0.1015 10
2.3.2 数据分散程度（精密度）的表示
1.极差(全距) R= xmax-xmin
相对极差 RR (R / x ) ×100%
2.偏差 绝对偏差 di = xi- x
相对偏差 Rdi = (di / x ) ×100%
平 均 偏 差 ： d d i/n
ms103
0.100025.000.100024.10100.1/2
0.2351103
0.0191599？ 0.0192
p44 例2.9
27
2.5.4 复杂运算(对数、乘方、开方等）
例pH=5.02, [H+]＝?
pH＝5.01 [H+]＝9.7724×10-6 pH＝5.02 [H+]＝9.5499×10-6 pH＝5.03 [H+]＝9.3325×10-6
第二章 误差及分析数据处理
4.产生原因： 偶然因素 随机变化因素（环
境温度、湿度和气压 的微小波动）
三、误差的减免
1. 系统误差的减免 与标准试样的标准结果对照
(1) 对照实验： 与标准方法比较 回收实验 “内检”与“外检”
(2) 空白实验 (3) 校准仪器 (4)定期培训
•分析化学常用试验的方法检查系统误差的存在， 并对测定值加以校正，使之更接近真实值。常有 以下试验方法：
二、数字的修约规则 四舍六入五成双
注意： 1、要修约的数值小于等于4则舍；
2、要修约的数值大于等于6则进到前一位
3、要修约的数值为5时：如5后无数或为 零时,5前为奇数则进到前一位； 5前为偶数则 舍弃；但当5后有非零数字时，无论5前为奇数 还是偶数，都要进到前一位；
4、在对数字进行修约时，只能一次修约到 所需的位数，不能分步修约。
2．平均偏差 ( d )
为各次测定值的偏差的绝对值的平均值
特点：简单；
n
Xi X
d i1 n
缺点：大偏差得不到应有反映。
3.相对平均偏差：为平均偏差与平均值之 比，常用百分率表示：
Rd d 100 % X
4.标准偏差(standard deviation; S)
使用标准偏差是为了突出较大偏差的影
解：X =(15.67+15.69+16.03+15.89)/4=15.82
d = Xi-X =15.67-15.82=-0.15
RE% =-0.15/15.82×100%=-0.95%
n
Xi X
d i1
=(0.15+0.13+0.21+0.07)/4=0.14
第二章《误差理论与数据处理》
n
i2
i 1
n
n
实际上真值一般情况下是 未知，在有限次测量下，用残 余误差代替随机误差可得到标 准差的估计值：
ˆ
v
i 1
n
2 i
n 1
该证明如下：
（一）构建残余误差与随机误差之间的关系：
i li L0
x
n
结论
在n次测量的等精度测量中，算术平均值 1 n 的标准差是单次测量标准差 n ， ， x 。但 也不是n越大越好，因为 n 要出较大的劳动， 而且 难保证测量条件的恒定，从而引入新 n 的误差。一般情况下去n=10为宜。
标准差的计算还有别捷尔斯法，极差法， 最大误差法等。
（4）别捷尔斯（Peters）法
1.253
v
i 1 n
ห้องสมุดไป่ตู้
n
i
n n 1
x 1.253
v
i 1
i
n
n 1
（4）极差法
等精度多次测量被测值 x1 ,x2 ,x3 ,......,xn 服从正态分布，在其中选取最大值 xmax 与最小 值 xmin，则两者之差称为极差：n xmax xmin 标准差的无偏估计： n
n1 n2
x1
i 1
1i
n1
n1
, x2
n2
i 1
2i
n2
,..., xm
m
l
i 1
nm
mi
nm
x ( l1i l2i ... lmi ) / ni
i 1 i 1 i 1 i 1
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第二章误差及数据处理（第一部分）一、选择题1. 从精密度好就可断定分析结果可靠的前提是（）A. 随机误差小；B. 系统误差小；C. 平均偏差小；D. 相对偏差小。
2．以下哪些是系统误差的特点（A、C、E）；哪些是偶然误差的特点（）。
A．误差可以估计其大小； B．数值随机可变； C．误差是可以测定的；D．在同一条件下重复测定中，正负误差出现的机会相等，具有抵消性；E．通过多次测定，均出现正误差或负误差。
3．准确度、精密度、系统误差、偶然误差之间的关系正确的是（）。
A．准确度高，精密度一定高； B．偶然误差小，准确度一定高；C．准确度高，系统误差、偶然误差一定小； D．精密度高，准确度一定高；E．偶然误差影响测定的精密度，但不影响准确度。
4、下列有关随机误差的论述中不正确的是（）A.随机误差在分析中是不可避免的；B.随机误差出现正误差和负误差的机会均等；C.随机误差具有单向性；D.随机误差是由一些不正确的偶然因素造成的。
5．消除或减免系统误差的方法有（）；减小偶然误差的方法有（）。
A．进行对照试验； B．进行空白试验； C．增加测定次数；D．遵守操作规程； E．校准仪器； F．校正分析方法。
6．下列情况对分析结果产生何种影响（A.正误差；B.负误差；C.无影响；D.降低精密度）（1）标定HCl溶液时，使用的基准物Na2CO3中含少量NaHCO3（）。
（2）在差减法称量中第一次称量使用了磨损的硅码（）。
（3）把热溶液转移到容量并立即稀释至标线（）。
（4）配标准溶液时，容量瓶内溶液未摇匀（）。
（5）平行测定中用移液管取溶液时，未用移取液洗移液管。
（）（6）将称好的基准物倒入湿烧杯。
（）7. 下列各数中，有效数字位数为四位的是（）A. [H+] = 0.0005 mol . L-1；B. pH =10.56;C. w(MgO) =18.96%;D. 3000。
8. 测的某种新合成的有机酸pK a值为12.35，其K a值应表示为（）A. 4.467×10 -13；B. 4.47×10 -13；C.4.5×10 -13；D. 4×10 -139．某人根据置信度为95%，对某项分析结果计算后，写出了如下五种报告。
哪种是合理的？（）A.(25.48±0.1)%;B.(25.48±0.13)%;C.(25.48±0.135)%;D.(25.48±0.1348)%;E.(25.48±0.13483)%;10.如果要求分析结果达到0.1%的准确度，使用灵敏度为0.1mg的天平称取试样时，至少应称取（）A. 0.1g ;B. 0.2g ;C. 0.05g ;D. 0.5g 。
11.NaOH标准溶液因保存不当吸收了CO2 ,若以此NaOH溶液滴定H3PO4至第二个计量点, 则H3PO4的分析结果将（）A. 偏高；B. 偏低；C. 无影响；D. 不能确定。
12．在一组平行测定中有个别数据的精密度不甚高时，正确的处理方法是（）A.舍去可疑数； B．根据偶然误差分布规律决定取舍；C．当4倍法与Q检验法结果发生矛盾时，以4倍法为依据。
13.下列有关置信区间的定义中，正确的是（）A.以真值为中心的某一区间包括测定结果的平均值的几率；B.在一定置信度时，以测量置的平均值为中心的包括总体平均的范围；C.真值落在某一可靠区间的几率；D.在一定置信度时，以真值为中心的可靠范围。
14.以下各项措施中，可以消除分析测试中的系统误差的是（）A.进行仪器校正；B.增加测定次数；C.增加称样量；D.提高分析人员水平。
15、在定量分析中，判断下列情况各属于何种类型的误差（A系统误差、B偶然误差、C过失误差）？（1）甲乙两人用同样的方法测定，结果总不能一致。
（）（2）砝码受腐蚀（）（3）天平的两臂不等长。
（）（4）滴定时不慎从锥形瓶中溅出一滴溶液。
（）（5）样品在称量过程中吸湿。
（）（6）滴定剂中含有少量待测组分；（）（7）重量分析中，样品的非被测组分被共沉淀。
（）（8）过滤沉淀时，出现穿滤现象而未发现。
（）（9）滴定管读数时，最后一位数字估计不准。
（）（10）移液管、容量瓶的相对体积未进行校准。
（）（11）化学计量点不在指示剂的变色范围内；（）二、填空题1．多次分析结果的重现性愈，则分析的精密度愈。
2. 称取纯K2Cr2O7 5.8836g ,配制成1000mL溶液，则此溶液的c（K2Cr2O7）为 mol . L-1 ；c( 1/6 K2Cr2O7) 为___________ mol .L-1 ; T K2Cr2O7/Fe 为 g . mL -1 ; T K2Cr2O7/Fe2O3为 g . mL -1 ; T K2Cr2O7/Fe3O4为 g . mL -1。
[M r( K2Cr2O7 ）=294.18; A r(Fe) =55.8; A r(O) =16.00]3．对一般滴定分析的准确度，要求相对误差 0.1%。
常用分析天平可以称准到 mg。
用差减法称取试样时，一般至少应称取 g ； 50mL滴定管的读数可以读准到 mL，滴定时一般容积须控制在 mL以上，所以滴定分析适用于分析。
4．某学生测定铁矿中铁的百分含量，得如下数据：33.64, 33.83, 33.40, 33.50。
经计算得出此结果的平均值为；平均偏差为；标准偏差为；变异系数为。
5．可疑数据取舍的方法很多，从统计观点考虑，比较严格而使用又方便的是法。
它适用测定次数为。
如要求的置信度为90%，则决定取舍的原则是将Q计与Q0.90比较，若，则弃去可疑值，否则应保留。
三、计算题1.某人用络合滴定返滴定法测定试样中铝的质量分数。
称取试样0.2000g，加入0.02002mol·L-1 EDTA溶液25.00mL，返滴定时消耗了0.02012 mol·L-1 Zn2+溶液23.12mL。
请计算试样中铝的质量分数。
此处有效数字有几位？如何才能提高测定的准确度。
2. 要求在滴定时消耗 0.1mol· L-1 NaOH 溶液 25~30ml, 应称取基准试剂邻苯二甲酸氢钾（KHC8H4O4）多少克？如果改用草酸做基准物质，又应称多少克？若天平的称量误差为±0.2mg, 以上两种试剂称量的相对误差各为多少？计算结果说明什么问题？[M r (KHC 8H 4O 4) =204.22; M r (H 2C 2O 4· 2H 2O) =126.07]3．两人测定同一标准样品，各得一组数据的偏差如下：①求两组数据的平均偏差和标准偏差；②为什么两组数据计算出的平均偏差相等，而标准偏差不等；③哪组数据的精密度高？4．铁矿中铁含量，五次测定值为67.48%，67.37%，67.47%，67.43，67.40%。
计算结果的平均值、平均偏差、相对平均偏差、标准偏差和变异系数，并用精密度表示分析结果。
5．若上题中铁矿石含铁量为67.45%，计算分析结果的误差，并用准确度表示分析结果。
6.某分析人员提出了测定氯的新方法。
用此法分析某标准样品（标准值为16.62%），四次测定的平均值为16.72%，标准差为0.08%。
问此结果与标准值相比有无显著差异（置信度为95%）。
（第二部分）1．指出在下列情况下，各会引起哪种误差？如果是系统误差，应该采用什么方法减免？（1） 砝码被腐蚀；（2） 天平的两臂不等长；（3） 容量瓶和移液管不配套；（4） 试剂中含有微量的被测组分；（5） 天平的零点有微小变动；（6） 读取滴定体积时最后一位数字估计不准；（7） 滴定时不慎从锥形瓶中溅出一滴溶液；（8） 标定HCl 溶液用的NaOH 标准溶液中吸收了CO 2。
答:（1）系统误差中的仪器误差。
减免的方法：校准仪器或更换仪器。
（2）系统误差中的仪器误差。
减免的方法：校准仪器或更换仪器。
（3）系统误差中的仪器误差。
减免的方法：校准仪器或更换仪器。
（4）系统误差中的试剂误差。
减免的方法：做空白实验。
（5）随机误差。
（6）系统误差中的操作误差。
减免的方法：多读几次取平均值。
（7）过失误差。
（8）系统误差中的试剂误差。
减免的方法：做空白实验。
2．如果分析天平的称量误差为±0.2mg ，拟分别称取试样0.1g 和1g 左右，称量的相对误差各为多少？这些结果说明了什么问题？解：因分析天平的称量误差为mg 2.0±。
故读数的绝对误差g a 0002.0±=E根据%100⨯TE =E a r 可得 %2.0%1001000.00002.01.0±=⨯±=E gg g r %02.0%1000000.10002.01±=⨯±=E g g g r 这说明，两物体称量的绝对误差相等，但他们的相对误差并不相同。
也就是说，当被测定的量较大时，相对误差就比较小，测定的准确程度也就比较高。
3．滴定管的读数误差为±0.02mL 。
如果滴定中用去标准溶液的体积分别为2mL 和20mL左右，读数的相对误差各是多少？从相对误差的大小说明了什么问题？解：因滴定管的读数误差为mL 02.0±，故读数的绝对误差mL a 02.0±=E根据%100⨯TE =E a r 可得 %1%100202.02±=⨯±=E mL mL mL r %1.0%1002002.020±=⨯±=E mLmL mL r 这说明，量取两溶液的绝对误差相等，但他们的相对误差并不相同。
也就是说，当被测定的量较大时，测量的相对误差较小，测定的准确程度也就较高。
4．下列数据各包括了几位有效数字？（1）0.0330 (2) 10.030 (3) 0.01020 (4) 8.7×10-5 (5) pKa=4.74 (6) pH=10.00答：（1）三位有效数字 （2）五位有效数字 （3）四位有效数字（4） 两位有效数字 （5） 两位有效数字 （6）两位有效数字5．将0.089g Mg 2P 2O 7沉淀换算为MgO 的质量，问计算时在下列换算因数（2MgO/Mg 2P 2O 7）中取哪个数值较为合适：0.3623,0.362,0.36？计算结果应以几位有效数字报出。
答:：0.36 应以两位有效数字报出。
6．用返滴定法测定软锰矿中MnO 2的质量分数，其结果按下式进行计算：%1005000.094.86)25101000.000.807.1268000.0(32⨯⨯⨯⨯⨯-=-MnO ω 问测定结果应以几位有效数字报出？答:：应以四位有效数字报出。
7．用加热挥发法测定BaCl 2·2H 2O 中结晶水的质量分数时，使用万分之一的分析天平称样0.5000g ，问测定结果应以几位有效数字报出？答:：应以四位有效数字报出。