《定量分析误差》PPT课件.ppt
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1、第二章、定量分析的误差,“量”与准确度分析人员用同一种方法对同一个试样进行多次分析,即使分析人员技术相当熟练,仪器设备很先进,也不可能做到每一次分析结果完全相同,所以在分析中往往要平行测定多次,然后取平均值代表分析结果,但是平均值同真实值之间还可能存在差异,因此分析中误差是不可避免的,如何尽量减少误差,误差所允许的范围有多大,误差有何规律性,这是这一章所要学习的内容,掌握误差的规律性,有利于既快速又准确地完成测定任务。,例如,用不同类型的天平称量同一试样,所得称量结果如表31所示:,分析结果与真实值之间的差值称为误差。分析结果大于真实值,误差为正,分析结果小于真实值,误差为负。,第一节 误差及
2、其表示方法,一、系统误差 systematic errors系统误差是由某种固定的因素造成的,在同样条件下,重复测定时,它会重复出现,其大小、正负是可以测定的,最重要的特点是“单向性”。系统误差可以分为(根据产生的原因):,(一)方法误差,是由于分析方法不够完善所引起的,即使仔细操作也不能克服,如:选用指示剂不恰当,使滴定终点和等当点不一致,,在重量分析中沉淀的溶解,共沉淀现象等,,在滴定中溶解矿物时间不够,干扰离子的影响等。,(二)仪器和试剂误差,仪器误差来源于仪器本身不够精确如砝码重量,,容量器皿刻度和仪表刻度不准确等,,试剂误差来源于试剂不纯,基准物不纯。,(三)操作误差,分析人员在操作
3、中由于经验不足,操作不熟练,实际操作与正确的操作有出入引起的,如器皿没加盖,使灰尘落入,滴定速度过快,坩埚没完全冷却就称重,沉淀没有充分洗涤,滴定管读数偏高或偏低等,初学者易引起这类误差。,(四)、主观误差,另一类是由于分析者生理条件的限制而引起的。如对指示剂的颜色变化不够敏锐,先入为主等。以上误差均有单向性,并可以用对照、空白试验,校准仪器等方法加以校正。,二、偶然误差 Random error,又称随机误差,是由一些随机的偶然的原因造成的(如环境,湿度,温度,气压的波动,仪器的微小变化等),其影响时大时小,有正有负,在分析中是无法避免的,又称不定误差,偶然误差的产生难以找出确定的原因,难以
4、控制,似乎无规律性,但进行多次测定,便会发现偶然误差具有很多的规律性(象核外电子运动一样),概率统计学就是研究其规律的一门学科,后面会部分的讲授。特点:,有一矿石试样,在相同条件下用吸光光度法测定其中铜的质量分数,共有100个测量值。,a:正负误差出现的概率相等。b:小误差出现的机会大,大误差出现的概率小。,除了系统误差和偶然误差外,还有过失误差,工作粗枝大叶造成。许多实用的分析方法在国际和国内均有标准的分析方法,一般不存在方法误差,对于熟练的操作者,操作误差,主观误差是可以消除的,仪器和试剂误差一般也易消除,所以要提高分析的准确度和精密度必须对偶然误差有深入的了解。,三、误差的表示方法,误差
5、 EX(测定结果)XT(真实值)正值表示测定结果偏高。误差可用绝对误差和相对误差表示。绝对误差表示测定值与真实值之差。,相对误差指误差在真实结果中所占的百分率它能反映误差在真实结果中所占的比例,常用千分率表示。,例3-1 某同学用分析天平直接称量两个物体,一为5.0000g,一为0.5000g,试求两个物体的相对误差。解:用分析天平称量,两物体称量的绝对误差均为5.0000g,则两个称量的相对误差分别为,,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。绝对偏差(d)=个别测得值x测得平均值 相对偏差绝对偏差/平均值 1000有正负号,偏差的大小反映了精密度的好坏,即
6、多次测定结果相互吻合的程度,而准确度的好坏可用误差来表示。,例3-2 测定某试样中欲的百分含量为:57.64%,57.58%,57.54%,57.60%,57.55(%),试计算其绝对偏差和相对偏差。,在一般的分析工作中,常用平均偏差和相对平均偏差来衡量一组测得值的精密度,平均偏差是各个偏差的绝对值的平均值,如果不取绝对值,各个偏差之各等于零。平均偏差相对平均偏差:各个偏差和等于零。平均偏差没有正负号,平均偏差小,表明这一组分析结果的精密度好,平均偏差是平均值,它可以代表一组测得值中任何一个数据的偏差。,例:测定某试样中氯的百分含量,三次分析结果分别为25.12、25.21和25.09,计算平
7、均偏差和相对平均偏差。如果真实百分含量为25.10,计算绝对误差和相对误差。解:平均值平均偏差相对平均偏差(0.05/25.14)1000=2绝对误差E=25.14-25.10=+0.04(%)相对误差(+0.04/25.10)1000=+2,五、标准偏差及其计算 Atandnrd deviation,测定次数在320次时,可用S来表示一组数据的精密度,式中n-1称为自由度,表明n次测量中只有n-1个独立变化的偏差。因为n个偏差之和等于零,所以只要知道n-1个偏差就可以确定第n个偏差了,S与相对平均偏差的区别在于:第一,偏差平方后再相加,消除了负号,再除自由度和再开根,标准偏差是数据统计上的需
8、要,在表示测量数据不多的精密度时,更加准确和合理。,S对单次测量偏差平方和不仅避免单次测量偏差相加时正负抵消,更重要的是大偏差能更显著地反映出来,能更好地说明数据的分散程度,如二组数据,各次测量的偏差为:+0.3,-0.2,-0.4,+0.2,+0.1,+0.4,0.0,-0.3,+0.2,-0.3;0.0,+0.1,-0.7,+0.2,-0.1,-0.2,+0.5,-0.2,+0.3,+0.1;两组数据的平均偏差均为0.24,但明显看出第二组数据分散大。S1=0.28;S2=0.33(注意计算S时,若偏差d=0时,也应算进去,不能舍去)可见第一组数据较好。,可用函数计算器,在统计状态下很快算
9、出S,n。,第二节、准确度和精密度 accuracy and precision,分析结果和真实值之间的差值叫误差(前面已讲过),误差越小,准确度越高。准确度表示分析结果与真实值接近的程度,真实值难以得到,准确度较现实的定义是:测定值与公认的真实值相符合的程度。精密度为同一量的重复测定值之间,各次分析结果相互接近的程度,即分析结果的精密度较高。,准确度与精密度的关系:准确度高一定需要精密度高但精密度高,不一定准确度高。精密度是保证准确度的先决条件,精密度低的说明所测结果不可靠,当然其准确度也就不高。,第三节、提高分析结果准确度的方法,一、选择合适的分析方法各种分析方法的准确度和灵敏度是不相同的
10、,应根据试样分析的要求选择不同的分析方法。测定低含量的样品或进行微量分析,如被测含量1 或低到ppm、ppb,或试样重量0.1 g 或0.0001 g,也有不需破坏样品的分析。这时多采用仪器分析法。它的优点是:测定速度快,易实现自动化,灵敏度高,测定低含量成分时,允许有较大的相对误差(提高相对误差也无实际价值)如20 或者更高。,二、减小测量误差,由于容量分析和重量分析要求相对误差 2,即要有四位有效数字,最后一位为可疑值。根据误差传递原理(由于结果的计算一般都有各步骤测量结果的相互乘除)每一步测定步骤的结果都应有四位有效数字。,如称量时,分析天平的称量误差为0.0001,滴定管的读数准确至0
11、.01 ml,要使误差小于1,试样的重量和滴定的体积就不能太小。试样量绝对误差/相对误差(0.00012)/1=0.2 g滴定体积=绝对误差/相对误差=(0.012)/1=20 ml即试样量不能低于0.2 g,滴定体积在2030 ml之间(滴定时需读数两次,考虑极值误差为0.02 ml),若试样称取2.2346 g,只需称准至2.235 g,即可。对于低含量的测定1%,由于允许的相对误差较大,所以各步骤的准确度,就不需要象重量法和滴定法那样高,如相对误差为20,试样称取0.5 g,那么称量误差0.520/1000=0.01 g,至多准确至0.001 g即可。,三、增加平行测定次数,减小偶然误差
12、,一般要求34次,四、消除系统误差,(一)、对照试验,常用已知准确含量的标准试样(人工合成试样),按同样方法进行分析以资对照,也可以用不同的分析方法,或者由不同单位的化验人员分析同一试样来互相对照,标准试样组成应尽量与试样组成相近。如,在进行新的分析方法研究时,常用标准试样来检验方法的准确度,或用国家规定的标准方法对同一试样进行分析。又如,在工厂的产品检验中,为了检查分析人员的操作规范化或仪器等是否存在系统误差,常用标准试样给分析人员做,或同一试样给不同分析人员做,这叫“内检”,将试样送交外单位进行对照分析,这叫“外检”。标准方法对照,(二)、空白试验,由试剂蒸馏水、器皿和环境等带进杂质而造成
13、的系统误差,可用空白试验来扣除。空白是指在不加试样的情况下,按照试样分析同样的操作手续和条件进行试验,所得结果称为空白值。从试样分析结果中扣除空白值后,就得到比较可靠的分析结果。但空白值不能过大,否则会引起较大的误差,当空白值较大时,就必须提纯试剂和蒸馏水或改用适当的器皿。,(三)、校准仪器。,(四)、分析结果的校正与评价。,在定量分析中,通常作34次平行测定,则可采用计算简便的相对偏差或相对平均偏差表示测定的精密度。对于要求非常准确的分阮需进行多次重复测定,然后用统计方法进行处理,常用标准偏差来衡量,定量分析中对准确度和精密度的要执决定于分析的目的。标3-3 不同组分含量要求相对误差的数值,
14、对精密度的要求,当方法直接,操作简单时,一股要求相对误差在01 02左右。混合试样或试样不很均匀时,随分析成分含量不同,两次测定结果的相差和相对相差可按表34所列范围要求。3-4 组分含量要求误差与相差误差的数值,第四节、可疑值的舍弃与保留,在实验中,得到一组数据之后,往往有个别数据与其他数据相差较远,这一数据称为可疑值,又称为异常值或极端值,它的去舍,应按统计学方法进行处理。,一、4d 法,求出可疑值除外的其余数据的平均值x和平均偏差d,可疑值与平均值比较,如绝对值大于4d,则可疑值舍去,否则保留。这种方法比较粗略,但方法简单,不用查表。,例4-5 某试样经四次测得的百分含量分别为:30.3
15、4%,30.22%,30.42%,30.38(%)。试问30.22%是否应该舍弃?,应舍弃,二、Q检验法,将数据从小到大排列x1,x2xn,设x为可疑值,根据统计量Q进行判断 Q值越大,说明xn离群越远。Q称为“舍弃商”。书中有不同置信度时的Q值,当QQ表时该可疑值舍去。检验x1时:检验xn时:,表3-5 Q值表(置信区间90%),例3-6 某试样经四次测得的百分含量分别为:30.34%,30.22%,30.42%,30.38(%)。试问用Q法检验30.22%是否应该舍弃?,应该保留P56例题3-7,同时用4d法与Q法的矛盾。中位数法报告分析结果,必须指出可疑值的取舍是一项十分重要的工作。在实
16、验过程中得到一组数据后,如果不能确定个别异常值确系由于“过失”引起的,就不能轻易地去掉这些数据,而应按上述检验方法进行判断之后才能确定其取舍。在这一步工作完成后,才可以计算该组数据的平均值(或中位数)、标准偏差最后提出分析报告。一般报告分析结果时要反映出测量的准确度和精密度。一般表示方法为:,第五节、有效数字及计算规则,一、有效数字为何要研究有效数字?任何测量的准确度都有一定的限度如滴定管上的刻度,某一体积为25.23ml,前三位是很准确的,最后一位是估计值,即可疑,不同人或多次读数时最后一位会有一点差别,但这一个值不是臆造的,有保留价值。有效数字:只有最后一位数字是不确定的,其它各数字都是确
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