分析化学中的误差处理
第三章分析化学中的误差与数据处理
d
1 5
（|0.03|%+|0.01|%+|-0.15|%+|0.17|%+|-0.08|%）
= 0.09%
d
r
0 . 09 % 38 . 01 %
×100% = 0.24%
河北农大化学系 臧晓欢
S
( 0 . 03 %)
2
( 0 . 01 %)
2
( 0 . 15 %) 5 1
河北农大化学系 臧晓欢
三、系统误差与随机误差
系统误差 （Systematic error)—某种固定的因素 造成的误差。 随机误差 （Random error)—不定的因素造成的 误差
过失（Gross error, mistake)
河北农大化学系 臧晓欢
1.系统误差
某些固定的原因造成的误差 特点：a.对分析结果的影响比较恒定；单向性 b.同一条件下，重复测定，重复出现；重现性 c.大小正负可以测定； 可测性 d.用适当方法进行校正或加以消除。 （1）方法误差（Method error）——分析方法本身 不够完善 （反应不完全、终点不一致） 例： 重量分析中沉淀的溶解损失； 滴定分析中指示剂选择不当。
河北农大化学系 臧晓欢
例3-2 测定某亚铁盐中铁的质量分数（%）分别为38.04, 38.02, 37.86, 38.18, 37.93。计算平均值、平均偏差、相 对平均偏差、标准偏差、相对标准偏差和极差。 解：
x 1 5
（38.04+38.02+37.86+38.18+37.93）%=38.01% d1=38.04%-38.01% = 0.03%; ……. d5=37.93%-38.01% =－0.08%;
分析化学中的误差及数据处理
0 0
0.0001 0.2176
100
0 0
＝
0.05
0 0
(二)、精密度(precision)
精密度：几次平行测定结果之间的符合程度，用偏差衡量。 偏差：测定值与平均值的差值，用d 表示。
例如：在相同条件下，对某一量重复测定5次，结果如 偏下差：（1（绝相）2对对0）.1偏偏00差差.，100，.200.，d0dr80，x.2xdx05i .，x0119x00，0.x1%205n.，120，.0dd08rx.n1，1，精1n精i密n密1 x度i度
E xT
100%
E ，准确度 Er ，准确度
例：用分析天平称量两物体的质量分别为2.1750g 、0.2175g, 若两者的真实质量各为2.1751g , 0.2176g， 则它们的E 和 Er？
解： 两者绝对误差都是 -0.0001g 相对误差：
0.0001 2.1751
100
0 0
＝
0 .005
图 2-1 不同分析人员的分析结果
结论：
1. 精密度高是准确度高的前提； 2. 精密度高不一定准确度高；
系统误差！
精密度和准确度都高 — 结果可靠
例4 下面论述中正确的是（ ）B
A. 精密度高，准确度一定高 B. 准确度高，一定要求精密度高 C. 精密度高，系统误差一定小 D. 分析中，首先要求准确度，其次才是精密度
R2 A2 B2 C 2
四、提高分析结果准确度的方法
(一) 、选择合适的分析方法（灵敏度与准确度）
化学分析法：准确度较高，但灵敏度较低，适用 于常量组分的测定； 仪器分析方法：灵敏度较高，但准确度较低，适 用于微量组分的测定。
例如：测定某一铁含量为40.00%的标准试样，
分析化学实验中误差及分析数据的处理精讲
分析化学实验中误差及分析数据的处理精讲误差在分析化学实验中扮演着非常重要的角色，它们可以帮助我们评估实验结果的可靠性和精确性。
本文将讨论实验误差的几种类型以及分析数据的处理方法。
首先，我们来看一下误差的分类。
实验误差可以分为系统误差和随机误差两种类型。
系统误差是由于实验设计或仪器故障等原因引起的，并且在多次实验中总是出现相同的偏差。
例如，如果使用的仪器的刻度有错误，或者实验操作中有不可避免的偏差，都会导致系统误差。
这种误差通常是可预测和可修正的，但需要在实验设计和执行过程中加以注意。
为了减小系统误差，我们可以使用标准校正曲线、多次测量和仪器校正等方法。
随机误差是由于实验条件或观察者等因素的变动引起的，并且在多次实验中会出现不同的偏差。
随机误差是不可预测的，它们可以通过多次重复实验来减小，同时使用统计学方法来估算其大小。
例如，如果我们多次测量同一样品的溶解度，由于溶解度的测量值会受到环境温度和湿度等因素的影响，每次测量的结果都会有所不同，这就是随机误差。
在实验数据的处理中，我们需要考虑误差的大小和如何将其纳入计算。
下面是一些常见的数据处理方法：1.均值：计算重复测量值的平均值。
这将有助于减小随机误差，并提供更可靠的结果。
对于有系统误差的情况，可以使用校正因子将均值修正为真实值。
2.方差：计算重复测量值的离散程度。
方差越大，数据的可靠性越低。
方差可以通过计算每个测量值与均值的差的平方，并将这些差值求和后除以测量次数来得到。
3.标准偏差：标准偏差是对方差的开方，它衡量了测量结果的均匀性。
标准偏差越小，数据的可靠性越高。
标准偏差可以通过方差的平方根来计算。
4.置信区间：置信区间是对测量结果的不确定性进行估计的方法。
通过构建一个置信区间，我们可以确定结果可能出现的范围。
置信区间的计算需要考虑样本大小、方差和置信水平等因素。
总之，分析化学实验中的误差是不可避免的，但我们可以通过合适的实验设计和数据处理方法来减小和评估误差的大小。
分析化学中的误差及其数据处理
2.6 分析化学中的误差定量分析的目的是准确测定试样中组分的含量，因此分析结果必须具有一定的准确度。
在定量分析中，由于受分析方法、测量仪器、所用试剂和分析工作者主观条件等多种因素的限制，使得分析结果与真实值不完全一致。
即使采用最可靠的分析方法，使用最精密的仪器，由技术很熟练的分析人员进行测定，也不可能得到绝对准确的结果。
同一个人在相同条件下对同一种试样进行多次测定，所得结果也不会完全相同。
这表明，在分析过程中，误差是客观存在，不可避免的。
因此，我们应该了解分析过程中误差产生的原因及其出现的规律，以便采取相应的措施减小误差，以提高分析结果的准确度。
2.6.1 误差与准确度分析结果的准确度（accuracy ）是指分析结果与真实值的接近程度，分析结果与真实值之间差别越小，则分析结果的准确度越高。
准确度的大小用误差（error ）来衡量，误差是指测定结果与真值（true value ）之间的差值。
误差又可分为绝对误差（absolute error ）和相对误差（relative error ）。
绝对误差（E ）表示测定值（x ）与真实值（x T ）之差，即E =x - x T （2-13）相对误差（E r ）表示误差在真实值中所占的百分率，即 %100Tr ⨯=x E E (2-14)例如，分析天平称量两物体的质量分别为1.6380 g 和0.1637 g ，假设两物体的真实值各为1.6381 g 和0.1638 g ，则两者的绝对误差分别为：E 1=1.6380-1.638= -0.0001 g E 2=0.1637-0.1638= -0.0001 g两者的相对误差分别为：E r1=%1006381.10001.0⨯-= -0.006% E r2=%1001638.00001.0⨯-= -0.06%由此可见，绝对误差相等，相对误差并不一定相等。
在上例中，同样的绝对误差，称量物体越重，其相对误差越小。
分析化学中的误差分析及数据处理
例2：
用一种新方法来测定试样含铜量，用含量为11.7 mg/kg的标准试样，进行 5次测定，所得数据为：
10.9, 11.8, 10.9, 10.3, 10.0
判断该方法是否可行？（是否存在系统误差）。
解：计算平均值 = 10.8，标准偏差 S = 0.7，n=5，μ=11.7
x n 10.8 11.7 5
CYJ 21
特点：
1)不具单向性（大小、正负不定） 2)不可消除（原因不定）
但可减小（测定次数↑） 3) 分布服从统计学规律（正态分布）
随机误差
多次测量取平均值
CYJ 22
系统误差与随机误差的比较
项目
系统误差
随机误差
产生原因 固定因素，有时不存在 不定因素，总是存在
分类
方法误差、仪器与试剂 环境的变化因素、主
25.0 20.0
15.0
y
10.0
5.0
0.0 15.80 15.90 16.00 16.10 16.20
x
CYJ 24
分析结果表示：
置信度和置信区间
– 测定值或误差出现的概率称为置信度
– 真实值在指定概率下，分布在某一个区间，
这个区间称为置信区间
μ x
ts n 不确定度
x
ts n
,x
ts n
测量点
平均值
真值
CYJ 13
准确度和精密度——分析结果的衡量指标。
(1) 准确度──分析结果与真实值的接近程度 准确度的高低用误差的大小来衡量； 误差一般用绝对误差和相对误差来表示。
(2) 精密度──几次平行测定结果相互接近程度 精密度的高低用偏差来衡量， 偏差是指个别测定值与平均值之间的差值。
第3章 分析化学中的误差及数据处理
b：如何确定滴定体积消耗？(滴定的相对误差
小于0.1% )
0～10ml； 20～30ml； 40～50ml
万分之一的分析天平可称准至±0.1mg
常量滴定管可估计到±0.01mL
一般常量分析中，分析结果的精密度以平均相 对偏差来衡量，要求小于0.3%；准确度以相对误差 来表示，要求小于0.3%。
误差传递，每一个测定步骤应控制相对误差更小 如，称量相对误差小于0.1%
使用计算器作连续运算时，过程中可不必对每一步 的计算结果进行修约，但要注意根据准确度要求，正确 保留最后结果的有效数字位数。
四、有效数字在分析化学中的应用
1. 正确地记录数据 2. 正确地选取用量和适当的仪器 3. 正确表示分析结果
问题: 分析煤中含硫量时，称样量为3.5g，甲、乙 两人各测2次，甲报结果为0.042％和0.041％，乙报结 果为0.04201％和0.04199％，谁报的结果合理？
5. 大多数情况下，表示误差或偏差时，结果取一位 有效数字，最多取两位有效数字。
6. 对于组分含量＞10%的，一般要求分析结果保留4 位有效数字；对于组分含量1%～10%的，一般要求分析 结果保留3位有效数字；对于组分含量＜1%的，一般要 求分析结果保留2位有效数字。
7. 为提高计算的准确性，在计算过程中每个数据可 暂时多保留一位有效数字，计算完后再修约。
3）pH，lgK等对数值 有效数字的位数仅取决于小数部分数字（尾数）的位数。
4）不是测量得到的倍数、比率、原子量、化合价、 π、e等可看作无限多位有效数字。
5）不能因为变换单位而改变有效数字的位数。
二、有效数字的修约规则
应保留的有效数字位数确定之后，舍弃多余数字的 过程称为数字修约
修约规则：“四舍六入五成双”
分析化学实验中误差及分析数据处理
真值u与平均值之间的关系（平均值的置信区间）
x t sx
xt
sx n
讨论：
（1）置信区间的宽窄与置信度、测定次数和 测定值的精密度有关，当S小，n↑，置信区间 ↓，平均值越接近真值，平均值越可靠。 （2）置信度↑，置信区间↑，其区间包括真值 的可能性↑，一般将置信度定为95%或90%。
三、可疑测定值的取舍
的精密度
有限测定次数：
样本标准偏差：s
S
n
(xi x)2
i 1
n 1
f=n-1 －自由度,指独立变量的个数，可供选择的机会
样本相对标准偏差（变异系数）： Sr，RSD或CV(变异系数）表示 实际工作中：常用样本相对标准偏差表示分析 结果的精密度
Sr s 100% x
请看下面两组测定值： 甲组：2.9 2.9 3.0 3.1 3.1 乙组：2.8 3.0 3.0 3.0 3.2
误差
绝对误差: 测量值与真值间的差值, 用 Ea表示
Ea= xi– T
式中xi为单次测定值。如果进行了数次平行测定, xi为
全部测定结果的算术平均值 X （测定平均值）
相对误差: 绝对误差占真值的百分比,用Er表示 Er = ( Ea / T ) ×100%（更为实用）
真值：客观存在，但绝对真值不可测
第一组 第二组
1.10 1.10
1.12 1.18
1.11 1.15
1.11 1.13
1.10 1.16
在实际分析中，真实值难以得到，常以多次平行测定结果 的算术平均值代替真实值。
2．偏差的表示方法 （一）绝对偏差 、平均偏差与相对平均偏差 绝对偏差(d)=个别测定值xi－测定平均值
有正负号，偏差的大小反映了精密度的好坏，即多次测定 结果相互吻合的程度
第三章分析化学中的误差与数据处理
2.计量学约定真值（如国际计量大会确定的长度、质量、 物质的量单位等）由标准参考物质证书上给出的数值或有 经验的人用可靠方法多次测定的平均值，确认消除系统误 差；
3.相对真值，认定精度高一个数量级的测量值作为低一级 精度的测量值的真值，这种真值是相对比较而言的（如科 学实验中使用的标准试样及管理试样中组分的含量等）。
随机误差的传递
1.加减法
Y k k a A kb B k c C s k s k s k s
2 Y 2 2 a A 2 2 b B 2 2 c C
2.乘除法
3.指数关系
Y m An
2 2 sY s 2 A n Y2 A2
4.对数关系
Y m lg A
AB Y m C 2 2 2 2 sY s A sB sC 2 2 2 2 Y A B C
滴定剂体积应为20～30mL
Er 0.1% 1%
0.02 mL 0.02 mL
称样质量应大于0.2g
E 0.2 mg 0.2 mg
Er 0.1% 1%
例3：测定含铁样品中w(Fe), 比较结果的准确度。
A. 铁矿中，
xT 62.38%, x 62.32% Ea x xT 0.06%
示 : 1000 (1.0×103 ，1.00×103，1.000 ×103 )。
零的具体作用： *在1.0008中，“0” 是有效数字； *在0.0382中，“0”定位作用，不是有效数字； *在0.0040中，前面3个“0”不是有效数字， 后面一个“0”是有效数字。 *在3600中，一般看成是4位有效数字，但它可能是 2位或3位有效数字，分别写3.6×103，3.60×103或 3.600×103较好。
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分析化学中的误差处理要求：掌握误差的概念、分类及总体和样本的统计。
树立任何科学测定过程均有“误差”的概念；掌握有效数字的概念及其运算规则；理解随机误差的正态分布、区间概率；掌握少量数据处理（t 分布）、置信区间的概念及计算；掌握t 检法和F 检验法；掌握异常值的取舍；理解系统误差的传递；掌握随机误差传递的计算；掌握三种校准方法及一元线性回归分析和线性相关性的评价；了解提高分析结果准确度的方法。
一、误差和偏差 1.Error （误差）：difference between measured value to the true valueE=x-xT (absolute), Er=E/xT (relative)2. Deviation （偏差）:difference between measured value to mean value3. 平均偏差相对平均偏差4. standard deviation(标准偏差)5. Systematic error (系统误差)：arises from a flaw in a equipment or the design of an experiment.Key feature : It is consistent, can be detected, and corrected.6. Random error (随机误差): arises from effects of uncontrolled variables in the measurements. Random error results from reading a scale and random electronic noise in an instrument.Key feature : positive and negative fluctuation occur with approximately equal frequency and can be completely eliminated7. Precision (精密度): describes the reproducibility of a result.8. accuracy (准确度): describes how close a measured value to a “true” value 准确度高，一定要求精密度高。
二、significant figures （有效数字）1. Definition ：the minimum number of digits needed to write a given value in scientific notation(符号，记号）without loss of accuracy2. 运算规则：加减法运算中，有效数字的保留，应以小数点后位数最少的数据为准。
乘除法运算中，以有效数字位数最少的那个数据为准。
3. 修约规则：四舍六入五成双4. The real rule for significant figures: The first uncertainty figure of the answer is the last significant figure三、随机误差的正态分布1．正态分布：分析化学中测量结果的数据在消除系统误差的条件下，一般随机误差符合正态分布规律，其分布密度为：d x x =-x xd n -=∑100%r dd x =⨯s =22()/2()xy f xμσ--==正态分布曲线中，横坐标为测量值x时，表示测量值的概率分布。
横坐标为下（x－μ）时，表示随机误差的概率分布。
若以σ表示随机误差，即定义-xuμσ=并将正态分布中的横坐标以u为单位表示，则正态分布曲线变为标准正态分布，其密度函数表达式为2/2()uy f x-==2．随机误差的区间概率。
根据标准正态分布可以求出区间0－u的概率，该数据可以由正态分布概率积分表查得。
四、少量数据的统计处理1．t分布曲线：对于无限次测量，可用正态分布进行计算，但在实际工作中，往往只有有限次的测量，此时少量数据服从t分布曲线。
t分布与正态分布具有相同的形状，所不同的是，用样本平均值的标准偏差s来代替σ，且t分布曲线随自由度f而改变，当f趋于无穷大时，t分布趋于正态分布。
t分布下一定范围的面积就是t值出现的概率，t分布曲线横坐标的值tα，f可从t分布表中查得2．平均值的置信区间。
表示以平均值为中心，包括总体平均值的范围。
3．显著性检验。
检验测量数据是否与标准值一致；以及不同分析人员，不同分析方法，不同实验室之间的测量值之间或标准偏差是否存在“显著性的差异”，即系统误差。
如果分析结果之间存在“显著性的差异”，就认为它们之间存在系统误差，否则就认为没有系统误差。
有t检验法(student’s t test)和F检验法。
⑴F检验法。
通过比较两组数据的方差s2，以确定它们的精密度是否存在显著性差异。
根据计算F值，若calculated tableF>F，则存在系统误差，反之，则不存在系统误差。
⑵student’s t test:a．comparing measured result with a “known” value平均值与标准值的比较xxtsμ-=xμ=±22sFs=大小at the 95% confidence level,dthe tw o resultsare considered to be ifferentcalculacalculated tabteledtif t t=>。
b ．compare two results obtained from two different methods 两组平均值比较。
先用F 检验法判断两组数据的精密度是否有显著性差异，若没有，则根据下式计算合并标准偏差和t 值4．异常值的取舍。
一组数据中，往往有个别数据离群较远，这一组数据称为异常值（或可疑值，极端值）。
如果这一数据不是因为过失而造成的异常，就应该按照数理统计的方法进行判断，以决定保留与否，一般有4d 法，Q 检验法和格鲁布斯法等。
⑴4d 法3444σδσσδδσδ=根据正态分布规律，偏差超过的个别测量值的概率<0.3%,故这一测量值通常可舍去。
＝0.8, 3，即偏差超过的个别测量值可舍去。
对于少量数据，只能以s 代替，用d 代替，故可粗略地认为，偏差超过d 的个别测量值可舍去。
但这样处理问题存在较大的误差.具体做法是：求出除异常值以外的 其它数据的平均值和平均偏差,然后将异常值与平均值比较，如绝对差值大于4d ，则为可疑值舍去，反之保留。
⑵Q 检验法Arrange the data in order of increasing value ,112111calculate table if is questionable value if is questionable value Q >Q discard the questionable value.n n n n n x x x x x x x x x x -----Q=Q=当，⑶格鲁布斯法Arrange the data in order of increasing value ,11n calculated table T is define as if x is questionableif x is questionableIf T >T ,the questionable point should be discardn x s x s--x T=x T=t =pooled s =at the 95% confidence level, the two resultsare considered to be different calculated table f t t i > 。
五、误差的传递 系统误差的传递：加减法运算时，分析结果的绝对误差是各步绝对误差的代数和；乘除法运算时，分析结果的相对误差是各步相对误差的代数和。
随机误差的传递：加减法运算时，分析结果的标准偏差的平方是各步标准偏差的平方和的总和；乘除法运算时，分析结果的相对标准偏差的平方和是各步相对标准偏差的平方和的总和。
六、校准方法1．外标标准工作曲线法：应用于体系简单，基体效应小的样品的测定。
通过测绘标准曲线（须进行空白校正，线性好坏用相关系数来衡量），来求待测物含量的方法2．标准加入法：应用于背景复杂的样品的测定。
In standard addition , known quantities of analyte are added to the unknown. It is especially appropriate when the sample composition is unknown or complex and affects the anlytical signal. The matrix is everything in the unknown, other than analyte. 在标准加入法中，外加的物质就是待测物质。
⑴单次标准加入其中：⑵多次标准加入法－（固定体积）：The x-intercept of the extrapolated line is the conc. of unknown after it has been diluted to the final volume. Standard additions should increase the analytical signal to between 1.5-3.0 times its oringinal value. ⑶多次标准加入法（增加体积）：,3. 内标法：An internal standard is a known amount of a compound, different from analyte, that is added to the unknown. Signals from analyte is compared with signal from the internal standard to find out how much analyte is presentInternal standard are especially useful for analysis in which the quantity of sample analyzed or the instrument response varies slightly from run to run for reasons that are difficult to control. It is widely used in chromatography because the small quantity of sample solution injected into the chromatograph is not reproducible 六、提高分析结果准确度的方法分析时常用减小测量误差、增加平行测定的次数、消除测量中的系统误差。