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技术文章

实验室误差分析汇总

点击次数:614   发布时间:2019/3/15 15:44:55

实验室误差分析大全

*部分 误差理论简介


 

在日常检测工作中,我们虽然有*的检验方法、有检定合格的仪器设备、有满足检验要求的环境条件和熟悉检验工作的操作人员,但是,得到的检验结果却往往不可能是绝对准确的,即使是同一检测人员对同一检测样品、对同一项目的检测,其结果也不会完全一样,总会产生这样或那样的差别,也就是说,任何物理量的测定,都不可能是绝对准确的,在测得值与真实值之间总是或多或少的存在着差别,这就是误差。

误差是客观存在的,用它可以衡量检测结果的准确度,误差越小,检测结果的准确度越高。


一 、术语和定义



 

1准确度

准确度指,检测结果与真实值之间相符合的程度。(检测结果与真实值之间差别越小,则分析检验结果的准确度越高)


2 精密度

精密度指,在重复检测中,各次检测结果之间彼此的符合程度。(各次检测结果之间越接近,则说明分析检测结果的精密度越高)


 

3 重复性

重复性指,在相同测量条件下,对同一被测量进行连续、多次测量所得结果之间的一致性。


 

重复性条件包括:相同的测量程序、相同的测量者、相同的条件下,使用相同的测量仪器设备,在短时间内进行的重复性测量。


 

4 再现性(复现性)

在改变测量条件下,同一被测量的测定结果之间的一致性。

改变条件包括:测量原理、测量方法、测量人、参考测量标准、测量地点、测量条件以及测量时间等。

二 、误差的种类、来源和消除



 

根据误差的来源和性质,误差可以分为以下几种:

1 系统误差(又称规律误差)

1.1系统误差的定义

※ 系统误差是指,在偏离检测条件下,按某个规律变化的误差。

※ 系统误差是指,同一量的多次测量过程中,保持恒定或可以预知的方式变化的测量误差。

 

1.2 系统误差的特点

系统误差又称可测量误差,它是由检测过程中某些经常性原因引起的,再重复测定中会重复出现,它对检测结果的影响是比较固定的。

1.3系统误差的主要来源

 

a)方法误差

主要由于检测方法本身存在的缺陷引起的。如重量法检测中,检测物有少量分解或吸附了某些杂质、滴定分析中,反应进行的不完全、等当点和滴定终点不一致等;

 

b)仪器误差

由仪器设备精密度不够,引起的的误差。如天平(特别是电子天平,在0.1-0.9mg之间)、砝码、容量瓶等;

 

C)试剂误差

试剂的纯度不够、蒸馏水中含的杂质,都会引起检测结果的偏高或偏低;

 

d)操作误差

由试验验人员操作不当、不规范所引起的的误差。如,有的检验人员对颜色观察不敏感,明明已到等当点、颜色已发生突变,可他却看不出来;或在容量分析滴定读数时,读数时间、读数方法都不正确,按个人习惯而进行的操作。

1.4 系统误差的消除

 

a)对照试验 

即用可靠的分析方法对照、用已知结果的标准试样对照(包括标准加入法),或由不同的实验室、不同的分析人员进行对照等。(实验室资质认定要求做比对计划,如人员比对、样品复测及实验室之间的比对等都属于比对试验)。

 

b)空白试验

即在没有试样存在的情况下,按照标准检测方法的同样条件和操作步骤进行试验,所得的结果值为空白值,*终,用被测样品的检验结果减去空白值,即可得到比较准确的检测结果。(即实测结果=样品结果-空白值)(再例:重量法中的空白坩埚)。

 

c)校正试验

即对仪器设备和检验方法进行校正,以校正值的方式,消除系统误差。

被测样品的含量 = 样品的检测结果 × 标样含量/标样检测结果

公式中:标样含量/标样检测结果 — 即校正系数K

 

2 误差偶然(随机误差、不定误差)

2.1误差偶然(也称随机误差、不定误差)定义

偶然误差指,由于在测定过程中一系列有关因素微小的随机波动而形成的具有相互抵偿性的误差。

 

2.2 误差偶然(随机误差、不定误差)特点

误差偶然(随机误差、不定误差)特点就个体而言是不确定的,产生的的这种误差的原因是不固定的,它的来源往往也一时难以察觉,可能是由于测定过程中外界的偶然波动、仪器设备及检测分析人员某些微小变化等所引起的,误差的绝对值和符号是可变的,检测结果时大时小、时正时负,带有偶然性。但当进行很多次重复测定时,就会发现,误差偶然(随机误差、不定误差)具有统计规律性,即服从于正态分布。

 

3 粗大误差(简称粗差、也称过失误差、疏忽误差)

3.1粗大误差定义:

※ 粗大误差指,在一定测量条件下,测量值明显偏离实际值所形成的误差(亦称离群值)。

※ 粗大误差指,明显超出测定条件下预期的误差,即是明显歪曲检测结果的误差。

3.2粗大误差的来源

产生粗大误差的原因有主观因素,也有客观因素。例如,由于实验人员的疏忽、失误,造成检测时的错读、错记、错算或电压不稳

定到致使仪器波动导致检测结果出现的异常值等。含有粗大误差的检测结果成为“坏值”,坏值应想办法予以发现和剔除。

 

3.3粗大误差的消除

剔除粗大误差*常用的方法是莱依达(即3S)准则(3S即3倍的标准偏差),该准则要求检测结果的次数不能小于10次,否则不能剔除任何“坏值”,对于非从事计量检测工作而言,进行检验10次以上的分析化学不太现实,因此,我们采取4 法和Q检验法。在后面将逐一以介绍。

 

以上我们较详细的介绍了系统误差、偶然误差及粗大误差。区别三类误差的主要依据是人们对误差的掌握程度和控制的程度,能掌握其数值变化规律的,则认为是系统误差;掌握其统计规律的,则认为偶然(随机)误差;实际上未掌握规律的认为是粗大误差。由于掌握和控制的程度受到需要和可能两方面的制约,当检测要求和观察范围不同时、掌握和控制的程度也不同,就会出现同一误差在不同的场合下属于不同的类别。因而,系统误差与偶然误差没有一条不可逾越的明显界限(只能是一个过渡区)。而且,两者在一定条件下可能互相转化。例如,某一产品,由于其用途不同其精度要求也不同,对于精度要求高的,出现的粗大误差,对于精度要求低的产品而言属于随机误差。同样,粗大误差和数值很大随机误差间的也没有明显的界限,也存在类似的转化。因而,如果想刻意的划定不同类别间的误差的界限,是没有必要的。

 

三 、误差理论在质量控制中的应用



 

利用误差理论对日常检验工作进行质量控制,有着重要的意义。如在《实验室资质认定评审准则》的5.7结果质量控制中的5.7.1提出了质量控制的几种方法:

a)定期使用有证标准物质,开展内部质量控制;

b)参加实验室之间的比对或能力试验;

c)使用不同的方法进行重复性检测;

d)对留存样品进行再检测;

e)分析同一样品不同特性结果的相关性。

 

3.1利用系统误差和偶然误差对日常检验工作进行质量控制

为保证检测结果的稳定性和准确性,通过用标准物质进行质量监控,具体的做法是:用一标准物质或用检测结果稳定、均匀的在有效期内的样品,在规定的时间间隔内,对同一(标物)样品进行重复检测,将检测结果汇成曲线,

通过坐标上检测点的结果,将其联成线,通过曲线可判定误差的类型:

 

a)假设我们每10天检测一次,共有10个点,而这10个点在标准值之间上下波动,无规律可言,则说明是偶然误差,是正常状态;

 

b)当检测的结果呈现出规律性,或在真值线以上、或在真值线以下、或呈现一条斜线,则视为出现了系统误差,这种情况下,应查找出现系统的原因,并找到消除系统误差的原因。

 

3.2参加实验室间比对和能力验证

 

a)实验室间比对

参加实验室之间的比对,也是进行质量控制的一种方法,在进行实验室比对时,应充分考虑比对样品的均匀度及稳定性,如果比对样品满足不了以上条件,则比对结果毫无意义。

 

b)能力验证是指,利用实验室检测数据的的比对,确定实验室从事特定测试活动的技术能力。能力验证一般由省级以上技术监督局或国家认监委组织。

 

3.3 使用不同的方法进行重复性检测

通过使用不同的检测方法,用同一样品、同一检测人员、相同环境条件下进行的重复性检测,以减少检测方法带来的系统误差。

 

3.4 对留存样品进行再检测

对留样进行再检测,即实验室资质认定现场考核方法之一,称之为“样品复测”。样品复测包括“盲样检测”即用已知结果的标准物质进行的检测;另一种样品复测的方法,即在样品的有效期内,对样品进行的再检测。样品的再检测是考核样品结果的复现性或再现性,即在不同时间、不同人员(也可是原检测人员)、不同地点及不同检测方法等,通过样品的复现性用以考核检测人员独立操作的能力,通过结果误差的分析,对实验室的质量进行有效控制。

 

3.5分析同一样品不同特性结果的相关性

每个产品或样品的各项结果都有相关性,正如人的正常高度和体重有一定的比例一样,当过重或过轻都不正常一样。


实验室误差分析就大的方面而论,主要分为软件方面、硬件方面和其它方面。软件方面实验室误差分析主要包括检验人员的主要因素,实际操作、检验方法和检验理论;硬件实验室误差分析主要包括检验设备和环境条件;其它方面实验室误差分析主要指由于科技水平限制而无法预知的那些方面。其中,软件方面实验室误差分析和硬件方面实验室误差分析是实验室误差分析的主要组成部分。因此,搞好实验室误差分析,主要就是搞好软件方面和硬件方面的实验室误差分析。其次,还与检验方法是否合理,所涉及的环境、标准溶液、产品标准与方法标准配套等因素有关。

  1、软件方面实验室误差分析

  软件方面实验室误差分析是实验室误差分析的关键。它是实践技能、检验方法、检验理论、检验信息过程的综合体。要搞好软件方面的实验室误差分析必须对这个综合体加以分析并予以改进。对综合体分析应从以下两个方面进行:

  1.1 人员误差分析

  检验人员由于主观因素和实际操作水平的不同必然会实验带来误差。其中主观因素的误差尤其难以控制,因为每个人的生理特点、个性和习惯各不相同,要想预防和消除这些由主观因素带来的误差,就必须要求检验人员有强烈的责任心,对工作认真负责,严格执行实验室检验人员规章制度,力求尽量*可能摒弃那些可能影响实验的不良因素。实际操作水平的提高不但需要检验人员具备熟练的检验测试技能,而是还要具备丰富的科学理论知识,这就需要我们检验人员不懈的努力实习和长期的工作经验积累。

  1.2 检验方法(检验理论)误差

  检验方法误差主要指检验理论不十分完备,特别是忽略和简化所引起的误差。通用的实验、检验方法是在长期实践中逐渐形成并不断加以完善的。特别是在实际应用中,本着简单、快速、准确的要求,对检验方法进行合理的压缩和简化,压缩和简化后的检验方法虽然提高了检验速度和检测效率,但潜在地增大了实验误差。如检测碳酸饮料中的有机酸含*,采用倾折法消除饮料中二氧化碳对实验后果的影响。这种方法虽然提高了检验速度,但倾折法对饮料饮料中二氧化碳消除并不十分明显,所以说,倾折法并不是一个理想的压缩和简化的实验方法。因此,在进行实验室误差分析时,我们必须考虑到这一点。同时,要求检验人员必须认真分析检验方法,从试样制备、检验操作直至检验结果的分析与处理进行控制分析,保证检验结果准确可靠。

  2、硬件方面实验室误差分析

  硬件方面实验室误差分析是实验室误差分析的基础。搞好实验室硬件建设是减少实验误差,提高质检水平的根本。实验室的硬件主要指检测仪器、设备和工作环境。

  2.1 检测仪器、设备误差

  仪器、设备作为讲师器具,其本身的结构、工艺以及磨损、老化、故障都能引起误差。因此,对检测仪器、设备的保养、维护和使用要严格遵守实验室检测设备的规定,防止因检测仪器、设备人为磨损和不正当操作损坏而引起的器具误差。另外,大多数检测仪器、设备都是按相对测量法设计的,因此,在检验前或检验过程中必须用标准物质定度,以消除检测仪器、设备误差。

  2.2 工作环境误差

  工作环境主要包括温度、湿度、大气压强、电场、磁场、振动等因素。可以说,在实验室日常工作中,工作环境是经常被考虑到的因素。如我们在实验室检验时经常记录下的当时室内温度和湿度这两个环境参数,其实就是考虑到环境因素对分析实验的影响。环境误差作为实验室一种误差来源,是我们无法彻底消除的克服的,我们只有通过不断地改善实验条件,减少来自环境方面的误差。这就要求我们的各级政府都要重视实验室建设并给予积极的财政支持,保证实验室正常开展工作。

  3、标准溶液、产品标准与方法标准的分析

  3.1 标准溶液误差

  标准溶液是滴定分析的基础,它的准确与否,直接影响到分析结果。1988年,国家颁布了“化学试剂,滴定分析用标准溶液制备”标准,即GB601—88,根据此标准制备的标准溶液,准确度很高,其相对误差不大于0.1%,这对于某些要求很高的分析检验,如化学试剂纯度的测定,是十分必要的,而对于食品中某些常量的分析测定,就有些小题大做了。根据食品的特点,各项指标一般要求精确到,4-I或±0.1。以蛋白质含量为例,标准要求≥8.0为合格,按有效数字的概念,绝对误差不超过末位数的半个单位,上述数值的绝对误差为±0.05,相对误差为±0.6%,列于这样准确度要求的检验,强调用误差为0.1%的标准溶液来滴定,显然是不合理的。

  一个常规分析实验室所其备的仪器、环境条件等,可以确保标准溶液的准确度达到0.2% ,这种准确度的标准溶液,既能满足一般分析工作的需譬,又有比较广泛的适用性。

  3.2 产品标准与方法标准配套的误差

  标准,具有科学性和严肃性。但在实际工作中,产品标准与方法标准有时会不匹配,主要表现是:分析方法的准确度远远高于结果要求的准确度,或分析过程中各参数的准确度不一致的问题。

  例如:某一产品,标准要求的水份含量要小于等于5.0%,也就是说检验结果要求准确到0.1,而方法标准则要求用分析天平来称取样品,虽然分析天平的误差很小(绝对误差为±0.0002),但与检验结果的准确度要求相比,使用分析天平是完全没有必要的。

  

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