定量分析中的误差和数据处理
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第2章定量分析中的误差及分析数据的处理(上)§2-1定量分析的误差§2-1-1 误差的种类、性质及产生的原因1. 系统误差——由某种固定原因引起的误差(1) 特点a.单向性:对分析结果的影响比较恒定;b.重现性:在同一条件下,重复测定,重复出现;c.可测性:可以测定,可以消除。
产生的原因?(2) 系统误差产生的原因a.方法误差——选择的方法不够完善例:重量分析中沉淀的溶解损失;滴定分析中指示剂选择不当。
b.仪器误差——仪器本身的缺陷例:天平两臂不等,砝码未校正;滴定管,容量瓶未校正。
c.试剂误差——所用试剂有杂质例:去离子水不合格;试剂纯度不够(含待测组份或干扰离子)。
d.主观误差——操作人员主观因素造成例:对指示剂颜色辨别偏深或偏浅;滴定管读数不准,洗涤沉淀不充分等。
2.随机误差(偶然误差——由某些无法控制及避免的偶然因素造成的)(1) 特点a.不恒定b.难以校正c.服从正态分布(统计规律)(2) 产生的原因a.偶然因素(温度、电压等)b.分析仪器读数的不确定性方向不定,大小不定,难以预测3. 过失误差重作实验!误差如何定量表示?一、误差与准确度1. 绝对误差E a ──测定结果与真实值之间的差值测得值-真实值(E a =x-x T )真值——有时用标准值或多次测定的平均值代替准确度──分析结果与真实值的接近程度准确度的高低用误差的大小来衡量误差──测得值与真值(客观存在的真实数值)的差值误差的绝对值越小准确度越高,误差一般用绝对误差和相对误差来表示。
§2-1-2准确度与精密度三、准确度和精密度的关系——分析结果的衡量指标。
准确度──分析结果与真实值的接近程度精密度──分析结果相互的接近程度表示方法来源对结果的影响准确度——绝对误差——系统误差——正确性相对误差偶然误差精密度——平均偏差——偶然误差——重现性标准偏差相对平均偏差极差§2-2、提高分析结果准确度的方法1. 系统误差的减免(1) 方法误差——采用标准方法,对照实验用新方法对标准样品进行测定,将测定结果与标准值相对照(2) 仪器误差——校正仪器(3) 试剂误差——作空白实验:通常用蒸馏水代替试样,而其余条件均与正常测定相同2. 偶然误差的减免——增加平行测定的次数:一般分析实验平行测定3-4次3.控制测量的相对误差任何测量仪器的测量精确度都是有限度的由测量精度的限制而引起的误差又称为测量的不确定性,属于随机误差例如,滴定管读数误差滴定管的最小刻度为0.1 mL,要求测量精确到0.01 mL,最后一位数字只能估计最后一位的读数误差在正负一个单位之内,即±0.01 mL在滴定过程中要获取一个体积值V(mL)需要两次读数按最不利的情况考虑,两次滴定管的读数误差相叠加,则所获取的体积值的读数误差为±0.02 mL这个最大可能绝对误差的大小是固定的,是由滴定管本身的精度决定的——绝对误差可以设法控制体积值本身的大小而使由它引起的相对误差在所要求的±0.1%之内§2-3 有效数字及其运算法则2-3-1 有效数字1.实验过程中常遇到的两类数字(1)测量值或计算值。
定量分析中的误差和分析数据统计处理分析化学是化学学科的一个重要分支,是研究物质化学组成、含量、结构的分析方法及有关理论的一门学科。
它可分为定性分析和定量分析两个部门。
定性分析的任务是鉴定物质由哪些元素或离子组成,对于有机物质还需要确定其官能团及分子结构。
定量分析的任务是测定物质各组成部分的含量。
在进行物质分析时,首先要确定物质有哪些组分,然后选择适当的分析方法来测定各组分的含量。
分析化学是一门实践性很强的学科,是一门以实验为基础的科学。
在学习过程中一定要理论联系实际,加强实验环节的训练。
通过本课程的学习,要求掌握分析化学的基本理论知识和基本分析方法,加强分析化学的基本操作技能的训练,培养严谨、求实的实验作风和科学的态度,树立准确的“量”的概念,提高分析问题和解决问题的能力,提高综合素质,为学习后继课程打下坚实的基础。
定量分析的任务是测定试样中组分的含量,要求测定的结果必须达到一定的准确度,方能满足生产和科学研究的需要。
显然不准确的分析结果将会导致生产的损失、资源的浪费、科学上的错误结论。
因此我们将在这一节中学习在定量分析中的数据处理、定量分析的数据处理在分析测试过程中,由于主、客观条件的限制,使得测定结果不可能和真实含量完全一致,即使是技术熟练的人,用同一最完善的分析方法和精密的仪器,对同一试样仔细的进行多次分析,其结果也不会完全一样,而是在一定范围内波动,这就说明分析过程中客观存在着难于避免的误差。
因此,人们在进行定量分析时,不仅要得到被测组分的含量,而且必须对分析结果进行评价,判断分析结果的可靠程度,检查产生误差的原因,使分析结果尽量接近客观真实值。
1、准确度一误差的表征误差越小,准确度越高准确度:分析结果与真实值的接近程度。
误差:测定值xi或测量平均值x与真实值卩之差。
真实值(true value )是指某一物理量本身具有的客观存在的真实数值。
准确度的高低用误差的大小来衡量,误差越小,表示测定结果与真实值越接近,分析结果的准确度越高;反之,误差越大,准确度越低。
定量分析中的误差和数据处理
1.准确度和精密度有什么区别?
答:准确度是指测定值与真值(如试样中待测组分的真实含量)相符合的程度,用误
差和相对误差表示。
精密度是在相同条件下多次重复测定结果之间相符合的程度,用偏差
表示。
2.下列情况引起的误差是系统误差还是随机误差?
(1)使用有缺损的砝码;(系)
(2)称量试样时吸收了空气中的水分;(系)(3)称量时天平的停点稍有变动;(随)
(4)读取滴定管读数时,最后一位数字几次读不一致;(随)(5)标定NaOH用
的H2C2O4?2H2O部分风化;(系)(6)标定HCI用的NaOH标准溶液吸收了CO2 。
(系)3.实验中有四种天平,其性能见下表达
台称普通天平分析天平半微量天平
最大载重 100g 200g 200g 20g 感量(分度值)0.1g 1mg 0.1mg 0.01mg 为下列天平选择合适天平:
(1)称取基准确邻苯二甲酸氢钾约0.5g,以标定NaOH溶液的浓度;(分析天
平)
(2)取10g工业用K2Cr2O7,配取铬酸洗液;(台称)(3)称取甲基橙,配制0.1%甲基橙溶液100ml;(普通天平)(4)称一块约4g重的铂片,要准确到小数点后第五位。
(半微量天平)
4.如何表示总体数据的集中趋势和分散性?如何表示样本数据的集中趋势和分散
性?
答:总体数据的集中趋势用总体平均值μ表示;分散性用标准偏差σ表示。
样本
数据的集中趋势用算术平均x表示;分散性用标准偏差S表示。
5.如何报告分析结果?
答:在报告分析结果时,要反映数据的集中趋势和分散性,一般用三项值:x(表示集中
趋势),标准差s(表示分散性),和测定次数n。
6.某试样分析结果为x=16.94%,n=4,若该分析方法的σ=0.04%,则当置信度为95%
0.04时,μ=(16.74±1.96)%=(16.74±0.04)%
4 试就此计算说明置信度和置信区间的含义。
答:置信度是分析结果在某一区间内出现的概率,相应的区间为置信区间。
计算结果说明,95%置信度时,以16.94为中心,包含μ值的置信区(16.740.04)%。
7.何谓对照分析?何谓空白分析?他们在提高分析结果准确度各起什么作用?
答:对照分析是:取已知准确组成的试样(例如标准试样或纯物质,已知试样的组成最好与未知试样的组成相似,含量相近。
用测定试样的方法,在相同条件下平
行测定,得到的平均值x标
空白分析是:在不加待测组分的情况下,用分析试样完全相同的方法及条件进行平行测定。
所得结果称为空白值。
对照分析用于校正方法误差,即消除测定中的系统误差。
?空白分析用于消除水、试剂和器皿带进杂质所造成的系统误差。
8.请指出下列实验记录中的错误:
(1) 测天平零点 e0??0.12?0.02?0.13e0?0.09 :答:e0??0.1?0.0?0.1e0?0.1(2)
(2)用HCl标准溶液滴定25.00mlNaOH溶液 VHCl: 24.1 24.2 24.1 VHCl=24.13 答:滴定管读数记录不准确:VHCI?24.10,24.20,24.10,VHCI?24.13 (3) 称取0.4328g
Na2B4O7,用量筒加入约20.00ml水;答:用量筒加入约20.0ml水
(4)由滴定管放出20ml NaOH溶液,以甲基橙作指示剂,用HCI标准溶液滴定。
答:由滴定管放出20.00mlNaOH溶液。
习题
1.测定某试样的含铁量,六次测定的结果(以%计)
20.48,20.55,20.58,20.60,20.53和20.50。
计算这个数据集的平均值、中位数、平均偏差、标准偏差和全距。
应如何报告分析结果?计算95%的置信度的置信区间。
1解:x?(20.48?20.55?20.58?20.60?20.53?20.50)?20.54a中位数?
(20.53?20.55)?20.54!n1平均偏
差??xi?x?(20.48?20.54?20.55?20.54?20.58?20.54?20.60?20.54ni?16?20.53?20.54?20. 50?20.54)?0.04%?0.05%n?1全距R?xmax?xmin?20.60?20.48?0.12%分析结果报告:
x?20.54%,s?0.05%,n?6s0.05??x?t?(20.54?2.447?)%?(20.54?0.05)%n62.某化验室例行化验铁矿,其标准差σ=0.15%。
今测得某铁矿中Fe2O3的含量为58.25%,
若此分析结果分别是根据四次、九次测得的,计算95%置信度时各次结果平均值的置信区间。
标准差s?i?1?di2n解:n?4n?6
0.15??x?u?(58.25?1.96?)%?(58.25?0.15)%n4?0.15??x?u?(58.25?1.96?)%?(58.25?0.10)
%n6? 3.面种方法测定某矿样锰的百分含量,结果如下:
x1?10.56%,方法2 x2?10.64%,方法1
2S大2S小s1?0.10%s2?0.12%n1?11 n2?11
问(1)标准差之间是否有显著性差异(95%置信度)?(2)平均值之间是否有显著
性差异(95%置信度)?
F计算?t计
算?0.122??1.44?2.920.10s10.56?10.64n1n2?n1?n20.1011?11?1.876?2.08611?11x1?x24.
标定一溶液的浓度,得到下列结果:0.1141,0.1140,0.1148,0.1142(mol/L)。
问第三
个结果是否可以舍去(95%置信度)。
解:X?0.1143S?0.036%
T计算?Xn?X0.1148?0.1143??1.39?1.46 0.1148不能舍去 s0.036%5.测定某试样含
氯百分率,得到下列结果:30.44,30.52,30.60和30.12(%)
问 (1)30.12%是否应舍去?
(2)试样中含氯百分率最好用什么数值表示? (3)计算平均值的置信区间(95%置信度)?解:x?30.42%,s?0.21%
X?X130.42?30.12??1.43?1.46 30.12%不能舍去 (1) T计算?s0.211(2) 试样中
含氯百分率最好用中位数表示:M=(30.44+30.52)%=30.48%
2s0.21?(30.42?3.182?)%?(30.42?0.33)% (3)??x?tn46某分析人员提出一个测定氯的新方法,并以此方法分析了一个标准试样(标准值,得结果为x=16.72%,S=0.08%,n=4 问95%置信度时,所得结果是否存在x=16.62%)
系统误差?解:t计算?x??16.72?16.62n?4?2.5?3.182. s0.08%所得结果不存在系统误差。
7.下列各数的有效数字是几位?
(1)0.00058(两位)(2)3.6×10-5(两位)(3)0.0014%(两位)(4)
0.00987(三位)(5)35000(不确定)
(6)35000±10(四位)(7)3.5×104(两位)(8)3.500×104(四位)
(9)999(三位)
(10)0.002000(四位)
8.计算下列算式的结果(确定有效数字的位数):
(1)K2Cr2O7的摩尔质量:
39.0983×2+51.996×2+15.9996×7=294.19 (2)28.40ml0.0977mol/LHCl溶液中HCl含量:
28.40?0.0977(1.0079?35.453) =0.1012g
1000 (3)返滴定法结果计算:
0.1000(25.00?1.52)?246.47x%=×100%=57.87%
1.000?1000 (4)pH=5.03,求[H+] [H+]=9.3×10-6mol/L
31.0?4.03?10?4 (5)+5.8=7.7
3.152?0.002034
感谢您的阅读,祝您生活愉快。