生命科学研究方法--12.18实验误差及其控制

1、实实 验验 误误 差差 Introduction to Experimental Error一、概述一、概述（一）误差的概念 统计学上，测得值与真实值之差，统计量与相应参数之差通称误差（error）。i = xi xt 或 j = xj xt i 或j ：真误差； xi 或 xj ：测得值；xt ：真实值 某一被测量本身具有的客观存在的真实值。但是，真值是无法完全准确测知的。在特定情况下认为真值是已知的。 理论真值（如三角形的内角和）预知真值 约定真值（如规定的质量单位） 相对真值（如标准样品的量值） 实验误差是指实验本身条件引起的误差，产生实验中观察到的效应可能不是处理所致的不确定度。 Ex

2、perimental Error is the error caused by the conditions of the research experiment itself and it creates uncertainty that the observed effects may not be due to the manipulation of the independent variable. （二）误差的基本特性 必然性 i 0；j 0 不确定性 i j ；xi xj 测不准性 xt 无法测知 无法测知 （三）误差的分类 随机误差（random error） 误差 系统误差（s

3、ystematic error ） 粗大误差（gross error） 二、误差分析二、误差分析（一）随机误差 概念 随机误差是不恒定的、随机变化的误差，由多种尚无法控制的因素引起。 在重复条件下对同一被测量进行多次测量，随机误差表现为各次测得值互不相同。随机误差影响一组测量值的精密度，也称为精密度误差（precision error）。 随机误差的性质 在相同条件下多次测量同一被测量时，时大时小、时正时负、不规则涨落的误差，也称为不可定误差（ indeterminate error ）或偶然误差（accidental error）。 随机误差的分布服从一定的统计规律。界限性：在一定的观测条件

4、下，偶然误差的绝对值不会超过一定的限值 。抵偿性：当观测次数无限增大时，偶然误差的理论平均值趋近于零。 聚中性：绝对值较小的误差出现的频率大，绝对值较大的误差出现的频率小。对称性：绝对值相等的正、负误差具有大致相等的出现频率 。 随机误差常呈正态分布，其基本特性是：随机误差常呈正态分布，其基本特性是： 随机误差的原因 随机误差由很多未能掌握或不便掌握的微小因素引起，主要有以下几方面： 抽样误差（sampling error） 仪器精度不高 环境条件波动 感觉分辨能力限制 随机误差的量度 主要指标标准差 （二）系统误差 概念 系统误差是绝对值和符号不变或按一定规律变化的误差，也称为规律性误差或可

5、定误差（determinate error）。 在重复条件下对同一被测量进行多次测量，系统误差使测量值向一个方向偏离，影响实验数据的准确度（accuracy）。 系统误差的特征 难觉察性 非抵偿性 系统误差的分类系统误差定值系统误差 可变系统误差 系统误差的原因 系统误差是由固定不变的或按确定规律变化的因素造成，在条件充分的情况下这些因素是可以掌握的。主要来源于： 仪器设备（Instrumental Errors） 测量方法（Method Errors） 实验人员（Personal Errors）系统误差与随机误差的比较比较点比较点系统误差系统误差随机误差随机误差原因原因可定因素，可不存在可定

6、因素，可不存在不定因素，总是存在不定因素，总是存在性质性质单向性（或周期性）、单向性（或周期性）、非抵偿性非抵偿性服从概率统计规律服从概率统计规律影响影响准确度准确度精密度精密度 系统误差的查考 四种重要的方法： 标准参照量的测定（ SRM or CRM ） 空白分析（blank analyses） 多种方法比较（multiple method comparison） 实验室间比较（round-robin test）（三）粗大误差 概念 粗大误差是指那些误差数值特别大，超出在规定条件下的预计值，测量结果中有明显错误的误差，也称粗差。 Gross errors are undetected mi

7、stakes that cause a measurement to be very much farther from the mean measurement than other measurements. “特点” 粗大误差多由人为错误造成，不是实验误差，而是“实验者误差” （“experimenterserror” ）。 A mistake is a measurement which is known to be incorrect due to carelessness, accidents, or the ineptitude of the experimenter. It i

8、s important to distinguish mistakes from errors: mistakes can be avoided. 粗大误差的原因 人为错误 做错、读错、记错、写错、算错等 突发性异常因素 剧烈震动、供电电压突变、电磁干扰、 仪器内部故障等 粗大误差的判别和处理 直观判断，及时剔除 增加测量次数，继续观察 统计学方法判别 3 准则 Grubbs准则 Chauvenet准则 Romanovsky准则 Dixon准则3xxvddfx ()_33 +三、误差控制三、误差控制（一）随机误差的控制 合理进行实验设计 在优化实验条件 规范实验操作（二）系统误差的消除和处理 消误差源法 加修正值法 改进测量方法（1）定值系统误差