生命科学研究方法-1218实验误差及其控制

实验误差

IntroductiontoExperimentalError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）。Δi=xi

－xt

或Δj=xj

－xt

Δi

或Δj：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。

ExperimentalError

istheerrorcausedbytheconditionsoftheresearchexperimentitselfanditcreatesuncertaintythattheobservedeffectsmaynotbeduetothemanipulationoftheindependentvariable.（二）误差的基本特性

◆必然性

Δi

≠0；Δj

≠0

◆不确定性

Δi≠

Δj

；xi

≠xj

◆测不准性

xt

无法测知→Δ无法测知

（三）误差的分类

随机误差（randomerror）

误差系统误差（systematicerror

）

粗大误差（grosserror）

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（precisionerror）。◆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（

indeterminateerror

）或偶然误差（accidentalerror）。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：

⑴抽样误差（samplingerror）

⑵仪器精度不高

⑶环境条件波动

⑷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定误差（determinateerror）。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：

⑴仪器设备（InstrumentalErrors）

⑵测量方法（MethodErrors）

⑶实验人员（PersonalErrors）系统误差与随机误差的比较比较点系统误差随机误差原因可定因素，可不存在不定因素，总是存在性质单向性（或周期性）、非抵偿性服从概率统计规律影响准确度精密度◆系统误差的查考四种重要的方法：

⑴标准参照量的测定（

SRMorCRM

）

⑵空白分析（blankanalyses）

⑶多种方法比较（multiplemethodcomparison）

⑷

实验室间比较（round-robintest）（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。

Grosserrorsareundetectedmistakesthatcauseameasurementtobeverymuchfartherfromthemeanmeasurementthanothermeasurements.

◆

“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”（“experimenter’serror”

）。

Amistakeisameasurementwhichisknowntobeincorrectduetocarelessness,accidents,ortheineptitudeoftheexperimenter.Itisimportanttodistinguishmistakesfromerrors:mistakescanbeavoided.

◆粗大误差的原因

⑴人为错误做错、读错、记错、写错、算错等⑵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

⑴直观判断，及时剔除

⑵增加测量次数，继续观察

⑶

统计学方法判别

3

准则

Grubbs准则

Chauvenet准则

Romanovsky准则

Dixon准则三、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