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知识星球|【知识点】化学实验室里面的“偏差”大揭秘

我们作为一名化学检测员,在计算和分析实验结果时,确实需要准确理解并掌握各种偏差的含义及其计算方法。以下是对相对偏差、绝对偏差、标准偏差,相对标准偏差的详细讲解及示例:

一、绝对偏差

  1. 含义:绝对偏差是指单次测定值与算术平均值之间的差别。它反映了单个测定结果对平均值的偏离程度。

  2. 计算公式:绝对偏差(D)= 单次测定值(x)- 算术平均值(x)

  3. 示例

    • 假设对某样品进行5次测定,得到的结果分别为:36.41、36.40、36.36、36.39、36.41。首先计算算术平均值x=(36.41+36.40+36.36+36.39+36.41)/5=36.394。然后计算各次测定的绝对偏差,例如D1=36.41-36.394=0.016。

二、相对偏差

  1. 含义:相对偏差是指某一次测量的绝对偏差占平均值的百分比。它同样用于衡量单项测定结果对平均值的偏离程度。

  2. 计算公式:相对偏差(RD)=(绝对偏差 / 算术平均值)× 100%

  3. 示例

    • 继续使用上述示例中的数据,已知D1=0.016,算术平均值x=36.394,则相对偏差RD1=(0.016 / 36.394)× 100%≈0.044%。

三、标准偏差

  1. 含义:标准偏差是衡量数据分散程度的一种更可靠的指标。它通过将单次测量值对平均值的偏差先平方再总和,然后开方得到。标准偏差能够更灵敏地反映出较大偏差的存在,从而更好地说明数据的分散程度。

  2. 计算公式:当测量次数不多时(n

    • 相对标准偏差(RSD)=(标准偏差 / 算术平均值)× 100%
  3. 示例

    • 假设用EDTA滴定法测得纯FeSO4·H2O中铁的质量分数4次,分别为:20.01%、20.03%、20.04%、20.05%。首先计算算术平均值x=(20.01+20.03+20.04+20.05)/4=20.0325%。然后计算各次测定的偏差的平方和,例如(20.01-20.0325)²=0.00046225。最后计算标准偏差S=√[(0.00046225+...)/(4-1)],结果再除以算术平均值并乘以100%得到相对标准偏差。

四、相对标准偏差

  1. 含义相对标准偏差(RSD)又叫标准偏差系数、变异系数、变动系数等,是一种统计度量,表明数据集相对于其平均值的离散程度。它是通过计算数据的标准偏差除以其平均值再乘以100%得到的。相对标准偏差以百分比表示,其值始终为正。相对标准偏差越小,说明数据的离散程度越低,即数据越接近其平均值,测量结果的重复性和精确度越高。

  2. 计算公式

    RSD = (标准差 / 平均值) × 100%
    其中,标准差是反映一组数据与平均值之间离散程度的度量,计算公式为:标准差 = √(Σ(xᵢ - ‾x)² / N),其中xᵢ是第i个数据值,‾x是所有数据值的平均值,N是数据个数。平均值是一组数据的中心趋势,计算公式为:平均值 = Σxᵢ / N。

     

  3. 示例

    • 假设有一组化学检测数据为:2, 4, 4, 4, 5, 5, 7, 9。
       
      1、首先计算平均值:平均值 = (2 + 4 + 4 + 4 + 5 + 5 + 7 + 9) / 8 = 5。
      2、然后计算标准差:
      计算每个数据点与平均值的差:2-5=-3,4-5=-1,4-5=-1,4-5=-1,5-5=0,5-5=0,7-5=2,9-5=4。
      计算差的平方:(-3)²=9,(-1)²=1,(-1)²=1,(-1)²=1,0²=0,0²=0,2²=4,4²=16。
      计算平方和:9+1+1+1+0+0+4+16=32。
      计算标准差:标准差 = √(32 / 8) = √4 = 2(注意:这里为了简化计算,直接取了整数结果,实际计算中应保留更多有效数字以提高精度)。但按照更精确的计算方法,标准差应为√((9+1+1+1+0+0+4+16)/8) = √(28/8) = √(3.5) ≈ 1.87(四舍五入到小数点后两位),但在此示例中,我们仍采用简化后的结果2进行后续计算,以展示计算过程。在实际应用中,应使用精确值。
    • 注意:上述简化计算过程仅用于说明计算步骤,实际计算时应使用精确值。按照精确值计算,标准差应为1.87左右(具体值取决于平方和计算的精度)。
  4.  
    3、最后计算相对标准偏差:RSD = (2 / 5) × 100% = 40%。但请注意,由于我们在计算标准差时采用了简化方法,因此这里得到的RSD值也是一个近似值。在实际应用中,应使用精确的标准差值来计算RSD。
  5.  
    更精确的示例计算(使用精确的标准差值):
    假设我们有一组更精确的数据:2.0, 4.0, 4.1, 4.2, 5.0, 5.1, 7.0, 9.0,按照上述步骤计算:
    1、平均值 = (2.0 + 4.0 + 4.1 + 4.2 + 5.0 + 5.1 + 7.0 + 9.0) / 8 = 5.0625。
    2、标准差(精确计算):标准差 = √(((2.0-5.0625)² + ... + (9.0-5.0625)²) / 8) ≈ 1.96(四舍五入到小数点后一位,实际计算中应保留更多有效数字)。
    3、相对标准偏差(精确计算):RSD = (1.96 / 5.0625) × 100% ≈ 38.7%(四舍五入到小数点后一位)。
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