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【其他分析技术】有关化学分析中存在的误差分析

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2017-11-27 10:36
来源:大冶有色设计研究院有限公司化验室
施小英
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  化学分析的根本目的是提高分析结果的准确度,在实际化学分析中误差存在是不可避免的客观现象。本文对误差种类,分析结果的表示以及如何提高分析结果的准确度进行分析。

  化学分析的精密性,要求化学分析是绝对定量的,化学分析通过物质的化学反应,通过计算实验过程中所消耗的试剂量和反应的量来进行化学计量关系比较,通过使用化学仪器和试剂进行化学实验,以物质的化学反应为基础来进行定量分析。然而由于操作过程中的环境因素、试验因素以及人为因素等而造成一定误差,而非主观性的误差存在是符合化学研究规律的,也就是说化学分析中允许一定的误差存在。

  分析化学中的误差种类

  由于化学实验中存在环境不同,借助因素不同以及操作者的不同而产生多种误差,在测验分析中,根据误差产生的原因和误差表现出来的特征可以将化学分析中存在的误差分为系统误差、随机误差和过失误差三种:

  1.系统误差

  系统误差是由于某种固定原因造成的,其测定结果要么偏高,要么偏低,其正负差值也呈现出一定的规律性,而且在同一条件下,进行重复测定后,还会呈现出误差,这就使其表现出单向性和重复性的特点。

  根据系统误差形成的因素的不同,可以将系统误差产生的原因集结于方法误差、人为误差以及辅助品误差三种。方法误差是指试验方法的科学性缺失,在化学反应过程中由于实验进程间断性实施,进行空间的不同,以及对指示剂的选择等造成其误差出现。人为误差是指操作过程中分析人员的不正确性或是不规范化操作,引起实际值与正确值之间的偏差;或是由于分析人员自身因素造成,例如,试剂点滴刻度的读数不可能完全标准。

  辅助品误差,往往集中于容器误差、水和试剂误差两方面。由于容器的刻度不准确,天平砝码不准确等原因,造成误差出现,而在试验中,试剂和水的比例误差以及受其他元素的干扰性等,而形成误差。系统误差的大小,正负,从理论上讲,是能够检定和校正的。

  2.随机误差

  随机误差有某些偶然原因造成,是有各种随机因素共同作用的结果,测定结果在一定范围内波动,正负与大小都无法测量,具有不确定性,每次测量结果不固定,是分析化学中不可避免性的误差,例如,环境温度、湿度不同,实验结果会出现不同,压强不同,实验结果就会出现偏差等。

  随机误差很难找到具体原因,但是,经过多次测定,就会发现数据会呈现出一定规律,而进行一些平均数测定后,会降低随机误差,但是不可能完全避免随机误差的发生。

  3.粗差

  过失误差又称粗差,它是由于分析人员在工作中的失误以及不规范操作引起的,例如读错刻度,加错试剂,用错实验器具等,若是确定是过失误差,那么实验结果就无效,应当进行重新试验。由于误差是由于主观因素造成的,所以只要在操作时,严加注意,采用正确的试验方法,进行合理操作,就会避免过失误差的出现。

  分析结果的表示方式

  准确度和精密度是分析结果的主要表示方式,测量结果的准确度是指通过特定的分析程序,将测定结果与真值的差异表示出来,一般用相对误差表示,是反映系统误差和随机误差的一个综合指标。精密度是将各次分析结果与真值进行比较后所得的接近程度,以偏差表示,在比较过程中往往进行多次实验分析与计算,其表现出重复性与再现性的特征。

  在同一个实验室当中,分析人员、分析方法以及分析设备都相同的条件下,在不同时间对同一种样品进行多次测定比较,其中的符合程度就是其重复性,而在不同实验室中,以不同的分许设备,分析人员以及分析时间,采取相同的分析方法对同一种样品进行多次测试比较,其结果呈现的符合程度就是其再现性。一般来说,精密度好,准确度不一定好,在确定消除了系统误差的前提下,精密度可表达准确度。

  允许误差和公差

  允许误差一般指一特定元素在一定含量范围内所允许的最大测定误差,误差的存在是符合分析化学规律的,一般来说不同行业,不同样品以及不同的测试目的与方式,对其要求不相同。

  公差是生产部门对分析结果允许误差存在的一种表示方式,其数值是将多次测得数据进行分析后确定的,它用于分析结果的合格性判断,如果两次平行测定的数值之差在允许范围之内,则此结果有效,若超过允许的公差范围,则称为超差,这就要求对结果进行重新分析。

  公差范围的确定受多种因素的影响,不同物质的允许误差存在差别,一般而言,工业分析允许相对误差较大,一般在百分之几,而相对原子量的测定则对相对误差的要求较小,一般常量分析分析误差要求小于0.2%。

  提高分析准确度的方式

  1.减少测量误差,提高分析结果的准确度

  准确度的测定一般采用加标回收率的方式,即为在待测样品中加入一定的标准物质,在实验过程中进行规范化操作后,进行回收率测定,这是目前实验中常见的一种方式,通过多次的实验测量,便可以有效地发现系统误差。

  对一些具有差异性和争议性的测量结果进行比较,将测试值进行分析,根据结果与比较值进行准确度估计。再就是由于环境、试剂等外部因素等造成的误差,往往采取空白试验的方式,以修正实验结果。

  2.增加平行测定次数

  平行测定次数越多,其平均值就越接近真值,这就要求在化学分析中进行多次平行测定,一般要求2~4次,然后进行平均值计算。在标准滴定溶液浓度的标定中,一般要求有两人以上操作,每人操作次数不少于4次,而平行试验次数则要求不少于8次,不同的试验要求进行的平行测定次数不同,一般来说,要提高试验结果的准确度,进行多次试验是一种最直接的方法。

  3.选择合适的分析方法

  不同的分析方法引起不同的准确度,在选择分析方法时,要根据试验对准确度的要求以及试验中的组分含量的要求进行选择,同时进行分析方法比较,选择最佳的分析方法。例如,采用K2Cr2O7滴定法进行铁质量分数的测定实验,测得其结果为50.10%,方法的相对误差是0.2%,那么铁的质量分数范围应当在50.02%~50.18%,如果采用直接比色的方式,其相对误差则为2%,其结果与真值间的距离就变大了,所以,由此看来,利用仪器分析方法较好。

  4.消除系统误差

  一是,进行检查。在试验之处对试验环境、仪器、试剂和水等试验所需的物品进行检查,确定试验用品符合实验要求。在实验过程中,要及时检查分析仪器,对分析仪器不准确引起的误差及时矫正,例如,气相色谱仪器使用标准其体液体进行校准,pH计要根据要求使用标准溶液进行校准。

  二是,进行对照试验。其一,进行样品比较,即为将被测样品与已经测验过且结果准确的样品进行对照试验,以准确物质和准确样品作为比较参照,进行试验分析,例如,对钾离子与钠离子标准溶液进行色谱分析,其中,使用标准的溶液,水中含有适度甲醇。其二,进行方式比较,即,为运用标准方法与其他方法进行对照试验,通过方法对比,进行分析犯法的选择,进而避免系统误差。

  三是,进行空白试验,在不加被测分组的情况下,按照实验要求进行同样的步骤操作,独立完成试验,其所得结果就为空白值。

  结语

  由于,不同原因引起不同的误差,误差存在于化学分析之中是符合化学研究规律的,在化学分析中只有对其产生的原因和规律掌握了解,完善化学原理,以科学的试验方法进行试验,提高实验仪器的精确程度,就有可能避免误差的出现。

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