分析化学实验:误差和分析数据处理课件.ppt
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- 分析化学 实验 误差 分析 数据处理 课件
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1、第二章第二章 误差和误差和分析数据处理分析数据处理误差产生的原因?误差产生的原因?减小误差的方法?减小误差的方法?分析结果的准确度?精密度?置信度?分析结果的准确度?精密度?置信度?第一节第一节 测量值的准确度和精密度测量值的准确度和精密度一、误差来源及分类一、误差来源及分类 1.系统误差(可定误差)系统误差(可定误差)systematic(determinate)error 大小、方向大小、方向(正负正负)可定;可定;重复测量,重复出现。重复测量,重复出现。包括方法误差、试剂误差、仪器误差、包括方法误差、试剂误差、仪器误差、操作误差;常同时存在。操作误差;常同时存在。2.偶然误差(不可定误差
2、)偶然误差(不可定误差)accidental(indeterminate)error 由操作环境、条件的微小变化、由操作环境、条件的微小变化、波动而产生波动而产生 过失误差既不是偶然误差,也不过失误差既不是偶然误差,也不 是操作误差!是操作误差!偶然误差常与系统误差伴随出现。偶然误差常与系统误差伴随出现。二、误差表示法二、误差表示法准确度与精密度准确度与精密度 1.准确度准确度(accuracy)测量值与真实值接近的程度,以误测量值与真实值接近的程度,以误 差大小来衡量。差大小来衡量。(1)绝对误差绝对误差(absolute error)=测量值测量值 真实值真实值 为正为正;为负为负(2)相
3、对误差相对误差(relative error)Er 100有正负,无单位,更能说明准确度。有正负,无单位,更能说明准确度。分析天平称量一次分析天平称量一次 0.0001g 滴定管读数一次滴定管读数一次 0.01ml可由仪器精确度确定可由仪器精确度确定,如:如:约定真值:约定真值:国际单位及我国国际单位及我国 法定计量单位;法定计量单位;相对原子质量相对原子质量 理论真值:由约定真值计算所得理论真值:由约定真值计算所得 如如M(CaCO3)100,M(Ca)=40 则其中则其中Ca含量为含量为40 相对真值:标样证书标明的含量相对真值:标样证书标明的含量 必要时可用必要时可用 代替代替分析化学分
4、析化学中的中的2.精密度精密度 (precision)多次平行测量值相接近的程度,多次平行测量值相接近的程度,以偏差的大小衡量。以偏差的大小衡量。(2)(2)平均偏差平均偏差 (average deviation)d=n XiX i=1 n(1)(1)绝对偏差绝对偏差 (absolute deviation)d=xi x 有正负有正负(3)相对偏差相对偏差 (relative deviation)(指相对平均偏差指相对平均偏差)(4)标准偏差标准偏差 (standard deviation)S(5)相对标准偏差相对标准偏差 (relative SD)RSD(S/X)100%100%n(XiX)
5、2 i=1 n 1dX相对偏差相对偏差%=例例2-1:测定某铁矿石中测定某铁矿石中Fe2O3的质量分数,甲的质量分数,甲5次次 平行测定结果分别平行测定结果分别为为62.48%、62.37%、62.47%、62.43%62.40%。乙。乙5次次平行测平行测 定结果分别定结果分别为为62.42%、62.53%、62.44%、62.37%62.45%。计算甲、乙测定结果的:计算甲、乙测定结果的:算术平均值算术平均值 平均偏差平均偏差 相对偏差相对偏差 标准偏差,并比较二者精密度。标准偏差,并比较二者精密度。%43.62%540.6243.6247.6237.6248.62nxx%04.0%503.
6、0004.006.005.0nxxd%06.0100%43.62%04.0%xd12232221nddddsn解:解:1.1.甲甲12232221nddddsn%05.0(%)15)03.0()04.0()06.0()05.0(22222测定值:测定值:62.48、62.37、62.47、62.43、62.40平均值:平均值:62.432.如上法计算乙的数据得:如上法计算乙的数据得:x62.44;d0.04;0.06;S0.06。3.甲、乙的偏差比较:甲、乙的偏差比较:d、相同,相同,S甲甲 S乙乙 dxdx原因:原因:甲甲d最大最大 乙乙d最大最大3.准确度精密度准确度精密度 精密度好精密度
7、好准确度高(消除了系统误差)准确度高(消除了系统误差)准确度低(存在系统误差)准确度低(存在系统误差)真实值真实值ABCD系统误差影响准确度;偶然误差影响精密度系统误差影响准确度;偶然误差影响精密度精密度好是准确度高的必备条件!精密度好是准确度高的必备条件!三三、误差的传递误差的传递 1.1.系统误差的传递:系统误差的传递:若真值为若真值为R则由各步测定计算值为则由各步测定计算值为R+R 若若R=x+y-z 各因子绝对误差为各因子绝对误差为x、y、z则:则:R+R(x+x)+(y+y)(z+z)(x+y-z)+(x+y z)Rx+y z即测量值即测量值 若若Rxy/z:R+R(x+x)(y+y
8、)(z+z)(xy+xy+yx+xy)(z+z)xy/z+xy/z+yx/z+xy/z +xy/z+yx/z常量分析中常量分析中xy10-4 10-8 可忽略可忽略 R+R xy/z+xy/z+yx/z+xy/z +xy/z+yx/z610)zz)(xxyy()zz)(xxyy(zzyyxxRR)zxzxzyzyzzxxyy(1RR1xy/zRRzzyyxxRR可忽略可忽略常量分析中常量分析中例例2-2 用减量法称取用减量法称取1.0623 g 无水无水Na2CO3,溶解后于溶解后于100ml容量瓶中定容,配制容量瓶中定容,配制 成成0.1002molL-1的溶液。假设减重的溶液。假设减重 前
9、的称量误差为前的称量误差为+0.2mg,减重后的减重后的 称量误差为称量误差为 0.2mg;容量瓶的实际容量瓶的实际 容积为容积为100.05ml。求:所配溶液的求:所配溶液的 (c/c)?c?实际实际c?解:解:1-1-51-Lmol1001.010011.0000090.01002.0c Lmol100.9Lmol1002.009.0 c%09.010005.10005.10000.100)4.03.1062(2.02.0ccVVmmmcc0MVVMMmmccMVmc)(后前p.12例例2-3中中m值应为值应为4302.4mg加还是减加还是减0.5mg?2.偶然误差的传递偶然误差的传递 计
10、算方法计算方法极值误差法极值误差法标准偏差法标准偏差法(见教材见教材p.12 表表21)系统误差偶然误差常混在一起,故常用第系统误差偶然误差常混在一起,故常用第“1”法法算算四、提高分析结果准确度的方法四、提高分析结果准确度的方法1 1.选择适当的分析方法可减少系统误差选择适当的分析方法可减少系统误差如被测组分如被测组分Fe的的w(Fe)=30%,选择下列哪种方法?选择下列哪种方法?滴定分析:滴定分析:Er=0.1%w(Fe)=29.97%30.03%光度分析:光度分析:Er=2%w(Fe)=29.4%30.6%如用分析天平减量法称量时如用分析天平减量法称量时 0.0002g 2.减少测定误差
11、减少测定误差 根据不同分析方法的准确度要求,控制测定误差根据不同分析方法的准确度要求,控制测定误差 如如 称量时欲称量时欲Er0.1,称样质量须为多少?称样质量须为多少?滴定滴定欲欲Er0.1,消耗滴定剂须为多少?消耗滴定剂须为多少?称样质量须在称样质量须在0.2g以上以上)g(2.0001.00002.0%1.00002.0EmmmmErr消耗滴定剂须在消耗滴定剂须在20ml以上以上)ml(20001.002.0%1.002.0EVVr4.减少偶然误差减少偶然误差增加平行测定次数增加平行测定次数(分析化学中多为分析化学中多为35次次)方法校正方法校正 与经典方法进行比较,测出校正值。与经典方
12、法进行比较,测出校正值。对照试验对照试验 将标准试样与待测试样进行平行分析。将标准试样与待测试样进行平行分析。空白试验空白试验 从试样的分析结果中扣除空白值。从试样的分析结果中扣除空白值。回收试验回收试验 加入适量纯品,测得量减加入前测得量,加入适量纯品,测得量减加入前测得量,再除以加入量得回收率。再除以加入量得回收率。仪器校准仪器校准 消除或减小由仪器不准确带来的误差。消除或减小由仪器不准确带来的误差。纯化试剂纯化试剂 选用合适等级的试剂,纯化水质、试剂。选用合适等级的试剂,纯化水质、试剂。3.减免系统误差的方法减免系统误差的方法一一、有效数字有效数字(Significant figure)
13、第二节第二节 有效数字及其运算法则有效数字及其运算法则1.有效数字的概念有效数字的概念 能测量的具有实际意义的数字,包括能测量的具有实际意义的数字,包括 所有的准确数字和一位可疑数字,可疑所有的准确数字和一位可疑数字,可疑 数字的误差为数字的误差为1。“可疑数字可疑数字”通常根据测量仪器的最小通常根据测量仪器的最小 分度值确定分度值确定。2.有效数字的表示(其位数的确定)有效数字的表示(其位数的确定)“0”的判断的判断 “0”在第一个数字前均为非有效数字;在第一个数字前均为非有效数字;“0”在数字中间均为有效数字;在数字中间均为有效数字;例:例:滴定管读数滴定管读数 24.02 mL 说明:真
14、值为说明:真值为24.01mL或或24.03mL 万分之一分析天平直接法称得万分之一分析天平直接法称得 0.1800 g 说明:实际质量为说明:实际质量为0.1799g或或0.1801g pH、pK、lgc等对数数值,其有效数字等对数数值,其有效数字 位数只取决于小数部分的位数。位数只取决于小数部分的位数。自然数(如倍数)及原子量等约定真值自然数(如倍数)及原子量等约定真值 的有效数字位数不受限制。的有效数字位数不受限制。数字后:小数点前后的均为有效数字;数字后:小数点前后的均为有效数字;未含小数点者不确定未含小数点者不确定 例:例:2500有效数字位数不能确定有效数字位数不能确定科学记数法写
15、作科学记数法写作 2.5103 为为2位有效数位有效数 写作写作 2.50103 为为3位有效数位有效数二、有效数字的运算规则二、有效数字的运算规则1.修约修约 “四舍六入五留双四舍六入五留双”(“”(“5”后有非后有非零零 数字时应入进数字时应入进)对原始数据只做一次修约对原始数据只做一次修约2.加减运算:加减运算:以小数点后位数最少的数为准以小数点后位数最少的数为准 先修约再计算;结果以小数点后位数最少先修约再计算;结果以小数点后位数最少 的数为准。的数为准。因为绝对误差最大的数决定因为绝对误差最大的数决定 和与差的绝对误差!和与差的绝对误差!如如:0.046+26.58+4.085=0.
16、05+26.58+4.09=30.723.乘除运算:乘除运算:以有效数字位数最少的数以有效数字位数最少的数 为准,先修约再计算;结果以有效数为准,先修约再计算;结果以有效数 字位数最少的数为准。字位数最少的数为准。因为相对误差最大的数决定积和商的因为相对误差最大的数决定积和商的 相对误差!相对误差!如如:0.021126.522.07528 =0.021126.52.08 =1.163032=1.164.“安全数字安全数字”运算法:运算法:先将各数修约成比计算结果应取的位数先将各数修约成比计算结果应取的位数 多一位再计算,计算后将结果修约到位。多一位再计算,计算后将结果修约到位。可防止修约误差
17、迅速积累!可防止修约误差迅速积累!如如:5.32+4.68750.26327 =5.32+4.6880.263=9.745=9.74298.3824.557.248.168239.55695.248.16=3.98第三节第三节 有限量测量数据的统计处理有限量测量数据的统计处理 数据处理的顺序:数据处理的顺序:1.可疑数据的取舍;可疑数据的取舍;2.两组测量值的精密度即偶然误差有无两组测量值的精密度即偶然误差有无 显著性差异;显著性差异;3.一组测量值是否存在显著的系统误差,一组测量值是否存在显著的系统误差,或两组测量值之间是否存在显著性差异。或两组测量值之间是否存在显著性差异。一、一、可疑数据
18、的取舍可疑数据的取舍 可疑数据须经统计学检验才能确定取舍可疑数据须经统计学检验才能确定取舍 (存在过失误差的测量值必须舍弃!存在过失误差的测量值必须舍弃!)1.舍弃商法(舍弃商法(Q检验法)检验法)适于适于n310的检验的检验 步骤步骤 计算计算Q:查查90置信水平置信水平Q临界值表临界值表(p.25表表2-5)确定取舍:确定取舍:Q计计Q表表舍弃,否则保留。舍弃,否则保留。最小最大邻疑计xxxxQ二、判定、判定两组测量值的精密度有无显著性差异:两组测量值的精密度有无显著性差异:F检验检验 步骤步骤 求出两组数据的标准偏差求出两组数据的标准偏差S1和和S2。计算计算F:查查F,f1,f2表表(
19、p.24表表2-4。注意。注意f1对应对应S1)确定确定 F F,f1,f2 存在显著差异,否则无。存在显著差异,否则无。)(212221SSSSF2.G检验法检验法 n 无限制,步骤如下无限制,步骤如下 计算包括计算包括xq的的 x 和和S。计算计算G:SxxGq计 查查G,n表表(p.26表表2-6)显著性水平显著性水平 n 测量次数测量次数 确定取舍:确定取舍:G计计G表表舍弃,否则保留。舍弃,否则保留。三、三、判断判断一组测量值是否存在一组测量值是否存在 显著的系统误差显著的系统误差 判断两组测量值之间是否存在判断两组测量值之间是否存在 显著性差异显著性差异t 检验检验 1.测量值的集
20、中趋势和分散程度测量值的集中趋势和分散程度 平均值表征集中趋势平均值表征集中趋势n 时时 (总体均值总体均值)标准偏差表征分散程度标准偏差表征分散程度n 时时 xnxi2)(总体标准偏差总体标准偏差)2.测量值及偶然误差的正态分布曲线测量值及偶然误差的正态分布曲线y x1 x2 x纵标:各纵标:各xi或或出现出现 频率频率(概率概率)。横标:测量值横标:测量值 x 或偶然误差或偶然误差x1x2范围的测量值出现概率范围的测量值出现概率y 面积面积阴影部分阴影部分面积面积曲线下总曲线下总体体曲线表明曲线表明y x1 x2 x 0+x 为零的为零的xi出现概率最大。出现概率最大。平均值最可信赖。平均
21、值最可信赖。曲线以曲线以0为对称轴为对称轴.相同的正负误差相同的正负误差 出现概率相同。出现概率相同。曲线形状中间高两边低。曲线形状中间高两边低。愈大的愈大的xi出现概率愈小。出现概率愈小。12 愈小,曲线愈瘦高。愈小,曲线愈瘦高。愈小愈小集中趋势集中趋势 分散程度分散程度 12 将横标改为将横标改为u uy x1 x2 x 0+x 12 2 0 +212标准正态分布曲线标准正态分布曲线(x-)横标标度改为:横标标度改为:?则则 不同的测量值,曲线形状相同!不同的测量值,曲线形状相同!称为标准正态分布曲线。称为标准正态分布曲线。u即以即以为单位的为单位的值值标准正态分布曲线的数学表达式为高斯方
22、程标准正态分布曲线的数学表达式为高斯方程计算证明各误差范围内的测量值计算证明各误差范围内的测量值出现概率分别为出现概率分别为范范 围围 1 1.64 2 3概率概率(%)68.390.095.599.73.有限次测量值的有限次测量值的 t 分布曲线分布曲线 小样本试验的小样本试验的 x 不如不如无限多次接近无限多次接近,为补偿误差,须采用为补偿误差,须采用 t 分布处理分布处理。t 分布曲线分布曲线与与标准正态分布曲线相似标准正态分布曲线相似不同点不同点 以以 t 代替代替u,S即即Sx代替代替。即横标为即横标为t,t 为以为以S为单位的为单位的值。值。f(自由度自由度)愈大,曲线愈瘦高。愈大
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