第二章 误差及数据的统计处理 化学.ppt

2020/6/3,第二章定量分析中的误差与数据处理,一、准确度和精密度二、误差的种类、性质、产生的原因及减免,第一节定量分析中的误差,2020/6/3,定量分析的目的：通过一系列分析步骤获得被测定组分的含量。实际测定不能得到绝对准确的结果。,从理论上讲，物理量的正确性是不可能得到的，因为它是不能以表示它的单位来量度的。,从实践上讲，可以获得一个数据，它在一定界限内是可以信赖的，这个界限是用结果来确定的。,2020/6/3,一、准确度和精密度,（一）.准确度和精密度分析结果的衡量指标。1.准确度测量值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。,2020/6/3,（1）绝对误差：测定值与真实值之差。,2020/6/3,例某一物体质量称量为1.6380g,其真实质量为1.6381g，则:绝对误差=1.6380-1.6381=-0.0001,（2）相对误差：误差在真实结果中所占百分比,Er=E/100%=-0.0001/1.6381=-0.006%,2020/6/3,2.精密度几次平衡测定结果相互接近程度精密度的大小用偏差来衡量，还常用重复性和再现性表示。偏差是指个别测定值与平均值之间的差值。,（1）绝对偏差：d=xix（2）平均偏差：d=(|d1|+|d2|+|di|)/n（3）相对偏差：d/x100%,2020/6/3,1）平均偏差,平均偏差又称算术平均偏差，用来表示一组数据的精密度。平均偏差：,特点：简单缺点：大偏差得不到应有反映。,2020/6/3,2）标准偏差,标准偏差又称均方根偏差标准偏差的计算分两种情况,2020/6/3,（1）当测定次数趋于无穷大时标准偏差：,为无限多次测定的平均值（总体平均值）；即：,当消除系统误差时，即为真值。,2020/6/3,（2）有限测定次数,变异系数:,2020/6/3,例题,用标准偏差比用平均偏差更科学更准确。例:两组数据(1)X-X：0.11,-0.73,0.24,0.51,-0.14,0.00,0.30,-0.21,n=8d1=0.28s1=0.38(2)X-X：0.18，0.26，-0.25，-0.37，0.32，-0.28，0.31，-0.27n=8d2=0.28s2=0.29d1=d2,s1s2,2020/6/3,标准偏差的计算：,2020/6/3,3.两者的关系：(1)准确度是测量结果接近真值的程度，精密度表示测量的再现性；(2)精密度是保证准确度的先决条件；精密度高不一定准确度高；(3)两者的差别主要是由于系统误差的存在。,2020/6/3,2020/6/3,练习题：,1、下面论述中正确的是：,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,答案：B,2020/6/3,2、某人对试样测定五次，求得各次平均值的偏差d分别为+0.04,-0.02,+0.01,-0.01,+0.06。则此计算结果应是,A.正确的B.不正确的C.全部结果是正值D.全部结果是负值,答案：B,设一组测量数据为x1,x2,x3,算术平均值,2020/6/3,二、误差的分类、性质、产生的原因及减免,1.误差的分类,系统误差（可测误差）,偶然误差（随机误差）,过失误差,2020/6/3,1.系统误差(1)特点a.对分析结果的影响比较恒定(单向性，即使测定结果系统的偏大或偏小）；b.在同一条件下，重复测定，重复出现；c.影响准确度，不影响精密度；d.可以消除。,2020/6/3,(2)产生的原因,a.方法误差选择的方法不够完善例：重量分析中沉淀的溶解损失；滴定分析中指示剂选择不当。b.仪器误差仪器本身的缺陷例：天平两臂不等，砝码未校正；滴定管，容量瓶未校正。c.试剂误差所用试剂有杂质例：去离子水不合格；试剂纯度不够（含待测组份或干扰离子）。d.主观误差操作人员主观因素造成例：对指示剂颜色辨别偏深或偏浅；滴定管读数不准。,2020/6/3,（3）系统误差的减免,(1)方法误差采用标准方法，对照实验,(2)仪器误差校正仪器,(3)试剂误差作空白实验,是否存在系统误差，常常通过回收试验加以检查。,2020/6/3,2.偶然误差,(1)特点a.不恒定b.难以校正c.服从正态分布(统计规律)(2)产生的原因偶然因素：如室温，气压，温度，湿度,由一些难以控制的偶然原因造成，它决定分析结果的精密度。,2020/6/3,（3）偶然误差的减免,通过增加测定次数予以减小，用数理统计方法表达结果，不能通过校正而减小或消除。,2020/6/3,3.过失误差,违反操作规程或粗心大意造成。如读错，记录错，计算错，溶液溅失，沉淀穿滤等。,2020/6/3,三、偶然误差的分布,1、频数分布：,2020/6/3,厦门大学的学生对海水中的卤素进行测定，得到：,数据集中与分散的趋势,2020/6/3,海水中卤素测定值频率密度直方图,海水中卤素测定值频率密度分布图,问题：,测量次数趋近于无穷大时的频率分布？,测量次数少时的频率分布？,某段频率分布曲线下的面积具有什么意义？,2020/6/3,2、正态分布：,分析化学中测量数据一般符合正态分布，即高斯分布。,x测量值，总体平均值，总体标准偏差,2020/6/3,偶然误差的规律性：,1）对称性：正负误差出现的概率相等，呈对称形式；,（2）单峰性：小误差出现的概率大，误差分布曲线只有一个峰值，有明显集中趋势；大误差出现的概率小。,（3）抵偿性：算术平均值的极限为零，总面积概率为1。,2020/6/3,3、标准正态分布,将正态分布的横坐标改为u表示,因此曲线的形状与大小无关,记作N(0,1).,2020/6/3,4、随机误差的区间概率,2020/6/3,2020/6/3,例题：一样品，标准值为1.75%，测得=0.10,求结果落在（1）1.750.15%概率；（2）测量值大于2%的概率。,解：（1）,查表：u=1.5时，概率为：20.4332=0.866=86.6%,（2）,查表：u2.5时，概率为：0.50.4938=0.0062=0.62%,2020/6/3,5、t分布曲线：少量数据的统计处理,实际测量数据不多，总体偏差不知道，用s代替不符合正态分布，有误差，用t分布处理。,2020/6/3,已知：,用,代替,对于正态分布，u值一定，响应概率就一定；,对于t分布，t一定，f不同，面积不同概率不同。,2020/6/3,自由度f的理解：计算一组数据分散度的独立偏差数,例如，有三个测量值，求得平均值，也知道x1和x2与平均值的差值，那么，x3与平均值的差值就是确定的了，不是一个独立的变数。,2020/6/3,例题,例：水垢中Fe2O3的百分含量测定数据为(测6次)：79.58%，79.45%，79.47%，79.50%，79.62%，79.38%X=79.50%s=0.09%s=0.04%则真值所处的范围为（无系统误差）：79.50%+0.04%数据的可信程度多大？如何确定？,2020/6/3,6、置信度与平均值的置信区间,随机误差的区间概率,2020/6/3,置信度：,分析结果在某一范围内出现的几率称为置信度。（亦称几率水平或置信水平）,置信区间：,在一定几率情况下，以测定结果为中心的包括真值在内的可靠范围，该范围就称平均值的置信区间。,2020/6/3,若以样本平均值来估计总体平均值可能存在的区间，可按下式进行计算：,2020/6/3,对于少量测量数据，必须根据t分布进行统计处理，按的定义式可得出:,2020/6/3,对有限次测量：,结论：,(1)增加测量次数可以提高精密度。,(2)增加（过多）测量次数的代价不一定能从减小误差得到补偿。,2020/6/3,平均值的标准偏差:,设有一样品，m个分析工作者对其进行分析，每人测n次，计算出各自的平均值，这些平均值的分布也是符合正态分布的。,试样总体,样本1样本2样本m,2020/6/3,2020/6/3,2020/6/3,练习题：,1、在重量分析中，沉淀的溶解损失引起的测定误差为：A.系统误差B.偶然误差C.过失误差D.仪器误差答案：A2、下列方法中不能用于校正系统误差的是A.对仪器进行校正B.做对照实验C.作空白实验D.增加平行测定次数答案：D,2020/6/3,3、下列最能说明偶然误差小的是,A.高精密度B.标准偏差大C.仔细校正过所有法码和容量仪器D.与已知含量的试样多次分析结果平均值一致答案：A4、下列叙述中错误的是A.单次测量结果的偏差之和等于零B.标准偏差是用于衡量测定结果的分散程度C.系统误差呈正态分布D.偶然误差呈正态分布答案：C,2020/6/3,5、在分析测定中，论述偶然误差正确的是,A.大小误差出现的几率相等B.正误差出现的几率大于负误差C.负误差出现的几率大于正误差D.正负误差出现的几率相等答案：D6、在置信度为95%时，测得Al2O3的平均值（%）的置信区间为35.210.10其意义是A.在所测定的数据中有95%的数据在此区间内B.若再进行测定系列数据，将有95%落入此区间内C.总体平均值落入此区间的概率为95%D.在此区间内包括总体平均值的概率为95%答案：DC不对，因为是客观存在的，没有随机性，不能说它落在某一区间的概率为多少。,2020/6/3,一、可疑数据的取舍1Q检验法2格鲁布斯(Grubbs)检验法3.4d法：二、分析方法准确性的检验1.t检验法2.检验法,第二节定量分析数据的评价,2020/6/3,定量分析数据的评价,解决两类问题:(1)可疑数据的取舍过失误差的判断方法：Q检验法；格鲁布斯（Grubbs）检验法。确定某个数据是否可用。(2)分析方法的准确性系统误差的判断显著性检验：利用统计学的方法，检验被处理的问题是否存在统计上的显著性差异。方法：t检验法和F检验法；确定某种方法是否可用，判断实验室测定结果准确性。,2020/6/3,一、可疑数据的取舍过失误差的判断,1Q检验法步骤：（1）数据排列X1X2Xn（2）求极差XnX1（3）求可疑数据与相邻数据之差XnXn-1或X2X1（4）计算：,2020/6/3,（5）根据测定次数和要求的置信度，（如90%）查表：,表1-2不同置信度下，舍弃可疑数据的Q值表测定次数Q90Q95Q9930.940.980.9940.760.850.9380.470.540.63,2020/6/3,6）将Q与QX（如Q90）相比，若QQX舍弃该数据,（过失误差造成）若QG表，弃去可疑值，反之保留。由于格鲁布斯(Grubbs)检验法引入了标准偏差和平均值，故准确性比Q检验法高。,基本步骤：（1）排序：1,2,3,4（2）求和标准偏差S（3）计算G值：,2020/6/3,表2-3G(p,n)值表,置信度（P）,n,31.151.151.15,95%97.5%99%,41.461.481.49,1.671.711.751.821.891.941.942.022.102.032.132.222.112.212.322.182.292.412.232.362.482.292.412.552.332.462.612.372.512.662.412.552.71202.562.712.88,2020/6/3,例试对以下七个数据进行Q检验,置信度90%：5.12、6.82、6.12、6.32、6.22、6.32、6.02,解：1.5.12，6.02，6.12，6.22，6.32，6.32，6.822.xn-x1=6.82-5.12=1.703.x2x1=6.025.12=0.904.Q=(x2x1)/(xn-x1)=0.90/1.70=0.535.查表Q0.90,n=7=0.516.0.53Q0.90,n=7，舍弃5.12再检验6.82Q=（6.826.32）/（6.82-6.02）=0.6250.625Q0.90,n=6（0.56）,舍弃6.82,2020/6/3,说明：,在可疑值的判断种，首先判断离平均值或与相邻值差最大的，若该值不是可疑值，就不需要再进行下一个值的判断，否则再判断另一个。,2020/6/3,3、4d法：手头无Q表时使用,首先求出除可疑值以外的其余数值的平均值x和平均偏差d，然后将可疑值与平均值比较，如绝对差值大于或等于4d，则可疑值舍去，否则保留。方法依据：=0.7979=0.8，几率99.7%时，误差不大于3。方法特点：简单，不必查表，但误差较大，用于处理一些要求不高的数据。,2020/6/3,二、分析方法准确性的检验-系统误差的判断,1.平均值与标准值()的比较,t检验法,用于检验分析方法是否可靠，是否有足够的准确度，常用已知含量的标准试样进行比较，将测定的平均值与标样的已知值比较。,2020/6/3,b.由要求的置信度和测定次数,查表,得:t表c.比较t计t表,表示有显著性差异,存在系统误差,被检验方法需要改进。t计t表,表示有显著性差异，说明两组数据不属于同一总体。,2020/6/3,（）检验法（方差检验法）,F检验法是在判断比较两组数据是否有显著性差异时，首先考察它们的精密度是否有显著性差异，即数据的分散性。,对于两组数据之间是否存在系统误差，则在先进行F检验并确定它们的精密度没有显著性差以后，再进行t检验才是合理的。如果精密度有显著性差，就没有必要再进行t检验。,2020/6/3,计算值：,查表（表），比较,方法：,2020/6/3,第三节有效数字及其运算规则,一、有效数字二、有效数字运算规则,2020/6/3,一、有效数字,1实验过程中常遇到的两类数字（1）数目：如测定次数；倍数；系数；分数（2）有效数字:在分析工作中实际能测量到的数字。,数据的位数与测定准确度有关。,2020/6/3,记录的数字不仅表示数量的大小，而且要正确地反映测量的精确程度。结果绝对偏差相对偏差0.518000.000010.002%0.51800.00010.02%0.5180.0010.2%,2020/6/3,2、有效数字位数的确定：,1.0008，43.1815位0.1000，10.98%4位0.0382，1.9810-103位54，0.00402位0.05，210-51位3600，100位数含糊不确定,2020/6/3,3数据中零的作用,数字零在数据中具有双重作用：（1）作普通数字用，如0.51804位有效数字5.180101（2）作定位用：如0.05183位有效数字5.18102,2020/6/3,4改变单位，不改变有效数字的位数,如：24.01mL24.01103L5注意点（1）容量器皿；滴定管；移液管；容量瓶；4位有效数字（2）分析天平（万分之一）取4位有效数字（3）标准溶液的浓度，用4位有效数字表示:0.1000mol/L（4）对pH,pM,lgc,lgK等对数值，有效数字为小数部分pH4.342位有效数字,2020/6/3,（5）位数不定的，可科学计数,例如：3600，可写为3.6103，3.60103，3.600103，有效数字分别为2，3，4位,（6）分析化学中遇到的分数倍数可视为无限多位,（7）9以上的数可多算一位，如9.00，9.83，可当作4位有效数字,2020/6/3,二、数字修约规则,数字修约：各测量值的有效数字位数确定以后，将它后面的多余数字舍弃，此过程为数字修约。1、记录分析结果时，只应保留一位不定数字；2、舍弃数字时，采用“四舍六入五成双”规则；,2020/6/3,如下列数字修约为两位有效数字：,3.1,3.148,7.