一 、術(shù)語和定義
準(zhǔn)確度
準(zhǔn)確度指,檢測結(jié)果與真實(shí)值之間相符合的程度。(檢測結(jié)果與真實(shí)值之間差別越小,則分析檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度越高)
精密度
精密度指,在重復(fù)檢測中,各次檢測結(jié)果之間彼此的符合程度。(各次檢測結(jié)果之間越接近,則說明分析檢測結(jié)果的精密度越高)
重復(fù)性
重復(fù)性指,在相同測量條件下,對同一被測量進(jìn)行連續(xù)、多次測量所得結(jié)果之間的一致性。
重復(fù)性條件包括:相同的測量程序、相同的測量者、相同的條件下,使用相同的測量儀器設(shè)備,在短時間內(nèi)進(jìn)行的重復(fù)性測量。
再現(xiàn)性(復(fù)現(xiàn)性)
在改變測量條件下,同一被測量的測定結(jié)果之間的一致性。
改變條件包括:測量原理、測量方法、測量人、參考測量標(biāo)準(zhǔn)、測量地點(diǎn)、測量條件以及測量時間等。
二 、誤差的種類、來源和消除
根據(jù)誤差的來源和性質(zhì),誤差可以分為以下幾種:
系統(tǒng)誤差(又稱規(guī)律誤差)
1.1系統(tǒng)誤差的定義
※ 系統(tǒng)誤差是指,在偏離檢測條件下,按某個規(guī)律變化的誤差。
※ 系統(tǒng)誤差是指,同一量的多次測量過程中,保持恒定或可以預(yù)知的方式變化的測量誤差。
1.2 系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)
系統(tǒng)誤差又稱可測量誤差,它是由檢測過程中某些經(jīng)常性原因引起的,再重復(fù)測定中會重復(fù)出現(xiàn),它對檢測結(jié)果的影響是比較固定的。
1.3系統(tǒng)誤差的主要來源
a)方法誤差
主要由于檢測方法本身存在的缺陷引起的。如重量法檢測中,檢測物有少量分解或吸附了某些雜質(zhì)、滴定分析中,反應(yīng)進(jìn)行的不完全、等當(dāng)點(diǎn)和滴定終點(diǎn)不一致等;
b)儀器誤差
由儀器設(shè)備精密度不夠,引起的的誤差。如天平(特別是電子天平,在0.1-0.9mg之間)、砝碼、容量瓶等;
C)試劑誤差
試劑的純度不夠、蒸餾水中含的雜質(zhì),都會引起檢測結(jié)果的偏高或偏低;
d)操作誤差
由試驗(yàn)驗(yàn)人員操作不當(dāng)、不規(guī)范所引起的的誤差。如,有的檢驗(yàn)人員對顏色觀察不敏感,明明已到等當(dāng)點(diǎn)、顏色已發(fā)生突變,可他卻看不出來;或在容量分析滴定讀數(shù)時,讀數(shù)時間、讀數(shù)方法都不正確,按個人習(xí)慣而進(jìn)行的操作。
1.4 系統(tǒng)誤差的消除
a)對照試驗(yàn)
即用可靠的分析方法對照、用已知結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)試樣對照(包括標(biāo)準(zhǔn)加入法),或由不同的實(shí)驗(yàn)室、不同的分析人員進(jìn)行對照等。(實(shí)驗(yàn)室資質(zhì)認(rèn)定要求做比對計劃,如人員比對、樣品復(fù)測及實(shí)驗(yàn)室之間的比對等都屬于比對試驗(yàn))。
b)空白試驗(yàn)
即在沒有試樣存在的情況下,按照標(biāo)準(zhǔn)檢測方法的同樣條件和操作步驟進(jìn)行試驗(yàn),所得的結(jié)果值為空白值,*終,用被測樣品的檢驗(yàn)結(jié)果減去空白值,即可得到比較準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。(即實(shí)測結(jié)果=樣品結(jié)果-空白值)(再例:重量法中的空白坩堝)。
c)校正試驗(yàn)
即對儀器設(shè)備和檢驗(yàn)方法進(jìn)行校正,以校正值的方式,消除系統(tǒng)誤差。
被測樣品的含量 = 樣品的檢測結(jié)果 × 標(biāo)樣含量/標(biāo)樣檢測結(jié)果
公式中:標(biāo)樣含量/標(biāo)樣檢測結(jié)果 — 即校正系數(shù)K
誤差偶然(隨機(jī)誤差、不定誤差)
2.1誤差偶然(也稱隨機(jī)誤差、不定誤差)定義
偶然誤差指,由于在測定過程中一系列有關(guān)因素微小的隨機(jī)波動而形成的具有相互抵償性的誤差。
2.2 誤差偶然(隨機(jī)誤差、不定誤差)特點(diǎn)
誤差偶然(隨機(jī)誤差、不定誤差)特點(diǎn)就個體而言是不確定的,產(chǎn)生的的這種誤差的原因是不固定的,它的來源往往也一時難以察覺,可能是由于測定過程中外界的偶然波動、儀器設(shè)備及檢測分析人員某些微小變化等所引起的,誤差的絕對值和符號是可變的,檢測結(jié)果時大時小、時正時負(fù),帶有偶然性。但當(dāng)進(jìn)行很多次重復(fù)測定時,就會發(fā)現(xiàn),誤差偶然(隨機(jī)誤差、不定誤差)具有統(tǒng)計規(guī)律性,即服從于正態(tài)分布。
粗大誤差(簡稱粗差、也稱過失誤差、疏忽誤差)
3.1粗大誤差定義:
※ 粗大誤差指,在一定測量條件下,測量值明顯偏離實(shí)際值所形成的誤差(亦稱離群值)。
※ 粗大誤差指,明顯超出測定條件下預(yù)期的誤差,即是明顯歪曲檢測結(jié)果的誤差。
3.2粗大誤差的來源
產(chǎn)生粗大誤差的原因有主觀因素,也有客觀因素。例如,由于實(shí)驗(yàn)人員的疏忽、失誤,造成檢測時的錯讀、錯記、錯算或電壓不穩(wěn)
定到致使儀器波動導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)的異常值等。含有粗大誤差的檢測結(jié)果成為“壞值”,壞值應(yīng)想辦法予以發(fā)現(xiàn)和剔除。
3.3粗大誤差的消除
剔除粗大誤差*常用的方法是萊依達(dá)(即3S)準(zhǔn)則(3S即3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差),該準(zhǔn)則要求檢測結(jié)果的次數(shù)不能小于10次,否則不能剔除任何“壞值”,對于非從事計量檢測工作而言,進(jìn)行檢驗(yàn)10次以上的分析化學(xué)不太現(xiàn)實(shí),因此,我們采取4法和Q檢驗(yàn)法。在后面將逐一以介紹。
以上我們較詳細(xì)的介紹了系統(tǒng)誤差、偶然誤差及粗大誤差。區(qū)別三類誤差的主要依據(jù)是人們對誤差的掌握程度和控制的程度,能掌握其數(shù)值變化規(guī)律的,則認(rèn)為是系統(tǒng)誤差;掌握其統(tǒng)計規(guī)律的,則認(rèn)為偶然(隨機(jī))誤差;實(shí)際上未掌握規(guī)律的認(rèn)為是粗大誤差。由于掌握和控制的程度受到需要和可能兩方面的制約,當(dāng)檢測要求和觀察范圍不同時、掌握和控制的程度也不同,就會出現(xiàn)同一誤差在不同的場合下屬于不同的類別。因而,系統(tǒng)誤差與偶然誤差沒有一條不可逾越的明顯界限(只能是一個過渡區(qū))。而且,兩者在一定條件下可能互相轉(zhuǎn)化。例如,某一產(chǎn)品,由于其用途不同其精度要求也不同,對于精度要求高的,出現(xiàn)的粗大誤差,對于精度要求低的產(chǎn)品而言屬于隨機(jī)誤差。同樣,粗大誤差和數(shù)值很大隨機(jī)誤差間的也沒有明顯的界限,也存在類似的轉(zhuǎn)化。因而,如果想刻意的劃定不同類別間的誤差的界限,是沒有必要的。
三 、誤差理論在質(zhì)量控制中的應(yīng)用
利用誤差理論對日常檢驗(yàn)工作進(jìn)行質(zhì)量控制,有著重要的意義。如在《實(shí)驗(yàn)室資質(zhì)認(rèn)定評審準(zhǔn)則》的5.7結(jié)果質(zhì)量控制中的5.7.1提出了質(zhì)量控制的幾種方法:
a)定期使用有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),開展內(nèi)部質(zhì)量控制;
b)參加實(shí)驗(yàn)室之間的比對或能力試驗(yàn);
c)使用不同的方法進(jìn)行重復(fù)性檢測;
d)對留存樣品進(jìn)行再檢測;
e)分析同一樣品不同特性結(jié)果的相關(guān)性。
3.1利用系統(tǒng)誤差和偶然誤差對日常檢驗(yàn)工作進(jìn)行質(zhì)量控制
為保證檢測結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,通過用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控,具體的做法是:用一標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或用檢測結(jié)果穩(wěn)定、均勻的在有效期內(nèi)的樣品,在規(guī)定的時間間隔內(nèi),對同一(標(biāo)物)樣品進(jìn)行重復(fù)檢測,將檢測結(jié)果匯成曲線,
通過坐標(biāo)上檢測點(diǎn)的結(jié)果,將其聯(lián)成線,通過曲線可判定誤差的類型:
a)假設(shè)我們每10天檢測一次,共有10個點(diǎn),而這10個點(diǎn)在標(biāo)準(zhǔn)值之間上下波動,無規(guī)律可言,則說明是偶然誤差,是正常狀態(tài);
b)當(dāng)檢測的結(jié)果呈現(xiàn)出規(guī)律性,或在真值線以上、或在真值線以下、或呈現(xiàn)一條斜線,則視為出現(xiàn)了系統(tǒng)誤差,這種情況下,應(yīng)查找出現(xiàn)系統(tǒng)的原因,并找到消除系統(tǒng)誤差的原因。
3.2參加實(shí)驗(yàn)室間比對和能力驗(yàn)證
a)實(shí)驗(yàn)室間比對
參加實(shí)驗(yàn)室之間的比對,也是進(jìn)行質(zhì)量控制的一種方法,在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室比對時,應(yīng)充分考慮比對樣品的均勻度及穩(wěn)定性,如果比對樣品滿足不了以上條件,則比對結(jié)果毫無意義。
b)能力驗(yàn)證是指,利用實(shí)驗(yàn)室檢測數(shù)據(jù)的的比對,確定實(shí)驗(yàn)室從事特定測試活動的技術(shù)能力。能力驗(yàn)證一般由省級以上技術(shù)監(jiān)督局或國家認(rèn)監(jiān)委組織。
3.3 使用不同的方法進(jìn)行重復(fù)性檢測
通過使用不同的檢測方法,用同一樣品、同一檢測人員、相同環(huán)境條件下進(jìn)行的重復(fù)性檢測,以減少檢測方法帶來的系統(tǒng)誤差。
3.4 對留存樣品進(jìn)行再檢測
對留樣進(jìn)行再檢測,即實(shí)驗(yàn)室資質(zhì)認(rèn)定現(xiàn)場考核方法,稱之為“樣品復(fù)測”。樣品復(fù)測包括“盲樣檢測”即用已知結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行的檢測;另一種樣品復(fù)測的方法,即在樣品的有效期內(nèi),對樣品進(jìn)行的再檢測。樣品的再檢測是考核樣品結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性或再現(xiàn)性,即在不同時間、不同人員(也可是原檢測人員)、不同地點(diǎn)及不同檢測方法等,通過樣品的復(fù)現(xiàn)性用以考核檢測人員獨(dú)立操作的能力,通過結(jié)果誤差的分析,對實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量進(jìn)行有效控制。
3.5分析同一樣品不同特性結(jié)果的相關(guān)性
每個產(chǎn)品或樣品的各項(xiàng)結(jié)果都有相關(guān)性,正如人的正常高度和體重有一定的比例一樣,當(dāng)過重或過輕都不正常一樣。
實(shí)驗(yàn)室誤差分析就大的方面而論,主要分為軟件方面、硬件方面和其它方面。軟件方面實(shí)驗(yàn)室誤差分析主要包括檢驗(yàn)人員的主要因素,實(shí)際操作、檢驗(yàn)方法和檢驗(yàn)理論;硬件實(shí)驗(yàn)室誤差分析主要包括檢驗(yàn)設(shè)備和環(huán)境條件;其它方面實(shí)驗(yàn)室誤差分析主要指由于科技水平限制而無法預(yù)知的那些方面。其中,軟件方面實(shí)驗(yàn)室誤差分析和硬件方面實(shí)驗(yàn)室誤差分析是實(shí)驗(yàn)室誤差分析的主要組成部分。因此,搞好實(shí)驗(yàn)室誤差分析,主要就是搞好軟件方面和硬件方面的實(shí)驗(yàn)室誤差分析。其次,還與檢驗(yàn)方法是否合理,所涉及的環(huán)境、標(biāo)準(zhǔn)溶液、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與方法標(biāo)準(zhǔn)配套等因素有關(guān)。
軟件方面實(shí)驗(yàn)室誤差分析
軟件方面實(shí)驗(yàn)室誤差分析是實(shí)驗(yàn)室誤差分析的關(guān)鍵。它是實(shí)踐技能、檢驗(yàn)方法、檢驗(yàn)理論、檢驗(yàn)信息過程的綜合體。要搞好軟件方面的實(shí)驗(yàn)室誤差分析必須對這個綜合體加以分析并予以改進(jìn)。對綜合體分析應(yīng)從以下兩個方面進(jìn)行:
1.1 人員誤差分析
檢驗(yàn)人員由于主觀因素和實(shí)際操作水平的不同必然會實(shí)驗(yàn)帶來誤差。其中主觀因素的誤差尤其難以控制,因?yàn)槊總人的生理特點(diǎn)、個性和習(xí)慣各不相同,要想預(yù)防和消除這些由主觀因素帶來的誤差,就必須要求檢驗(yàn)人員有強(qiáng)烈的責(zé)任心,對工作認(rèn)真負(fù)責(zé),嚴(yán)格執(zhí)行實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)人員規(guī)章制度,力求盡量可能摒棄那些可能影響實(shí)驗(yàn)的不良因素。實(shí)際操作水平的提高不但需要檢驗(yàn)人員具備熟練的檢驗(yàn)測試技能,而是還要具備豐富的科學(xué)理論知識,這就需要我們檢驗(yàn)人員不懈的努力實(shí)習(xí)和長期的工作經(jīng)驗(yàn)積累。
1.2 檢驗(yàn)方法(檢驗(yàn)理論)誤差
檢驗(yàn)方法誤差主要指檢驗(yàn)理論不十分完備,特別是忽略和簡化所引起的誤差。通用的實(shí)驗(yàn)、檢驗(yàn)方法是在長期實(shí)踐中逐漸形成并不斷加以完善的。特別是在實(shí)際應(yīng)用中,本著簡單、快速、準(zhǔn)確的要求,對檢驗(yàn)方法進(jìn)行合理的壓縮和簡化,壓縮和簡化后的檢驗(yàn)方法雖然提高了檢驗(yàn)速度和檢測效率,但潛在地增大了實(shí)驗(yàn)誤差。如檢測碳酸飲料中的有機(jī)酸含*,采用傾折法消除飲料中二氧化碳對實(shí)驗(yàn)后果的影響。這種方法雖然提高了檢驗(yàn)速度,但傾折法對飲料飲料中二氧化碳消除并不十分明顯,所以說,傾折法并不是一個理想的壓縮和簡化的實(shí)驗(yàn)方法。因此,在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室誤差分析時,我們必須考慮到這一點(diǎn)。同時,要求檢驗(yàn)人員必須認(rèn)真分析檢驗(yàn)方法,從試樣制備、檢驗(yàn)操作直至檢驗(yàn)結(jié)果的分析與處理進(jìn)行控制分析,保證檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
硬件方面實(shí)驗(yàn)室誤差分析
硬件方面實(shí)驗(yàn)室誤差分析是實(shí)驗(yàn)室誤差分析的基礎(chǔ)。搞好實(shí)驗(yàn)室硬件建設(shè)是減少實(shí)驗(yàn)誤差,提高質(zhì)檢水平的根本。實(shí)驗(yàn)室的硬件主要指檢測儀器、設(shè)備和工作環(huán)境。
2.1 檢測儀器、設(shè)備誤差
儀器、設(shè)備作為講師器具,其本身的結(jié)構(gòu)、工藝以及磨損、老化、故障都能引起誤差。因此,對檢測儀器、設(shè)備的保養(yǎng)、維護(hù)和使用要嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室檢測設(shè)備的規(guī)定,防止因檢測儀器、設(shè)備人為磨損和不正當(dāng)操作損壞而引起的器具誤差。另外,大多數(shù)檢測儀器、設(shè)備都是按相對測量法設(shè)計的,因此,在檢驗(yàn)前或檢驗(yàn)過程中必須用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定度,以消除檢測儀器、設(shè)備誤差。
2.2 工作環(huán)境誤差
工作環(huán)境主要包括溫度、濕度、大氣壓強(qiáng)、電場、磁場、振動等因素。可以說,在實(shí)驗(yàn)室日常工作中,工作環(huán)境是經(jīng)常被考慮到的因素。如我們在實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)時經(jīng)常記錄下的當(dāng)時室內(nèi)溫度和濕度這兩個環(huán)境參數(shù),其實(shí)就是考慮到環(huán)境因素對分析實(shí)驗(yàn)的影響。環(huán)境誤差作為實(shí)驗(yàn)室一種誤差來源,是我們無法徹底消除的克服的,我們只有通過不斷地改善實(shí)驗(yàn)條件,減少來自環(huán)境方面的誤差。這就要求我們的各級政府都要重視實(shí)驗(yàn)室建設(shè)并給予積極的財政支持,保證實(shí)驗(yàn)室正常開展工作。
標(biāo)準(zhǔn)溶液、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與方法標(biāo)準(zhǔn)的分析
3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液誤差
標(biāo)準(zhǔn)溶液是滴定分析的基礎(chǔ),它的準(zhǔn)確與否,直接影響到分析結(jié)果。1988年,國家頒布了“化學(xué)試劑,滴定分析用標(biāo)準(zhǔn)溶液制備”標(biāo)準(zhǔn),即GB601—88,根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)制備的標(biāo)準(zhǔn)溶液,準(zhǔn)確度很高,其相對誤差不大于0.1%,這對于某些要求很高的分析檢驗(yàn),如化學(xué)試劑純度的測定,是十分必要的,而對于食品中某些常量的分析測定,就有些小題大做了。根據(jù)食品的特點(diǎn),各項(xiàng)指標(biāo)一般要求精確到,4-I或±0.1。以蛋白質(zhì)含量為例,標(biāo)準(zhǔn)要求≥8.0為合格,按有效數(shù)字的概念,絕對誤差不超過末位數(shù)的半個單位,上述數(shù)值的絕對誤差為±0.05,相對誤差為±0.6%,列于這樣準(zhǔn)確度要求的檢驗(yàn),強(qiáng)調(diào)用誤差為0.1%的標(biāo)準(zhǔn)溶液來滴定,顯然是不合理的。
一個常規(guī)分析實(shí)驗(yàn)室所其備的儀器、環(huán)境條件等,可以確保標(biāo)準(zhǔn)溶液的準(zhǔn)確度達(dá)到0.2% ,這種準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)溶液,既能滿足一般分析工作的需譬,又有比較廣泛的適用性。
3.2 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與方法標(biāo)準(zhǔn)配套的誤差
標(biāo)準(zhǔn),具有科學(xué)性和嚴(yán)肅性。但在實(shí)際工作中,產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與方法標(biāo)準(zhǔn)有時會不匹配,主要表現(xiàn)是:分析方法的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于結(jié)果要求的準(zhǔn)確度,或分析過程中各參數(shù)的準(zhǔn)確度不一致的問題。
例如:某一產(chǎn)品,標(biāo)準(zhǔn)要求的水份含量要小于等于5.0%,也就是說檢驗(yàn)結(jié)果要求準(zhǔn)確到0.1,而方法標(biāo)準(zhǔn)則要求用分析天平來稱取樣品,雖然分析天平的誤差很小(絕對誤差為±0.0002),但與檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度要求相比,使用分析天平是完全沒有必要的。