实验数据处理讲解学习.ppt
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1、XUTSchool of sciences实验数据处理XUTSchool of sciences10.1 有效数字有效数字 重点重点 (概念、运算规则)(概念、运算规则)10.2 误差与偏差误差与偏差 重点重点 (概念、误差及传递)(概念、误差及传递)10.3 实验数据的统计分析实验数据的统计分析 难点难点 (t分布曲线、平均值的置信区间、分布曲线、平均值的置信区间、t检验法、检验法、F检验法)检验法)10.4 实验数据优化实验数据优化 (回归分析、正交试验设计)(回归分析、正交试验设计)第第10章章 实验数据处理实验数据处理XUTSchool of sciences 如:如:1.0g与与1.
2、00g的的测量精度分别为测量精度分别为0.1g、0.01g。两者有不同含义,两者有不同含义,1.0g表示被测物质的质量为表示被测物质的质量为1.00.1g,1.00g表示被测物质的质量为表示被测物质的质量为1.000.01g。因因此此,在在实实验验数数据据的的记记录录和和结结果果的的计计算算中中,保保留留几几位位数数字字不不是是任任意意的的,而而是是根根据据测测量量仪仪器器、分分析析方方法法的的准准确确性性决定的。这就涉及到决定的。这就涉及到有效数字有效数字的概念:的概念:10.1.1 有效数字的概念有效数字的概念在分析测试工作中实际能测量到的数字为在分析测试工作中实际能测量到的数字为有效数字
3、有效数字。10.1 有效数字有效数字 在在分分测测试试析析中中,为为了了得得到到准准确确的的分分析析结结果果,不不仅仅要要准准确确地地进进行行各各种种测测量量,而而且且还还要要正正确确地地记记录录和和计计算算。分分析析结结果果所所表表达达的的不不仅仅仅仅是是试试样样中中待待测测组组分分的的含含量量,而而且且反反映映了了测量方法、仪器的准确度。测量方法、仪器的准确度。XUTSchool of sciencesa.用万分之一分析天平用万分之一分析天平:10.2345g实验数据的准确性与分析测试仪器的测量精度有关:实验数据的准确性与分析测试仪器的测量精度有关:同一试样采用不同测量精度的仪器测量,所得
4、数据的有效数同一试样采用不同测量精度的仪器测量,所得数据的有效数字位数不同,其中有效数字位数多的测量更精确。字位数不同,其中有效数字位数多的测量更精确。准确数字准确数字 可疑数字可疑数字都是有效数字都是有效数字准确数字准确数字 可疑数字可疑数字b.用精度为用精度为0.01g的天平的天平:10.23g如称量某一试样的质量如称量某一试样的质量6位位4位位若干位准确数字若干位准确数字末位可疑数字末位可疑数字+有效数字有效数字=XUTSchool of sciences(1 1)记录测量值时必须且只能保留一位不确定的数字)记录测量值时必须且只能保留一位不确定的数字(2 2)非零数字都是有效数字)非零数
5、字都是有效数字(3 3)非零数字前的非零数字前的0 0不是有效数字:不是有效数字:0.00268 0.00268 3 3位位 非零数字之间的非零数字之间的0 0是有效数字:是有效数字:0.20068 0.20068 5 5位位 对小数,非零数字后的对小数,非零数字后的0 0是有效数字:是有效数字:0.26800 0.26800 5 5位位(4 4)数字后的)数字后的0 0含义不清楚时含义不清楚时,最好用最好用指数形式指数形式表示:表示:如如整数末位或末几位的整数末位或末几位的0 0含义不明:含义不明:26800 26800?2.68102.68104 4 3 3位位;2.680102.6801
6、04 4 4 4位位;2.6800102.6800104 4 5 5位位(5 5)常数常数、e e及及倍数、分数倍数、分数的有效数字位数可认为的有效数字位数可认为没有限制没有限制 (6 6)首位数字大于等于)首位数字大于等于8,8,可可多计一位多计一位有效数字:有效数字:95.2%95.2%4 4位位 (7 7)对数的有效数字位数以)对数的有效数字位数以小数部分小数部分计:计:pH=10.28pH=10.28 2 2位位有效数字位数的确定:有效数字位数的确定:XUTSchool of sciences有效数字位数的确定有效数字位数的确定0.1000 20.78%0.0526 3.5910-60
7、.02 1103 100 1000练习练习4 位位3 位位1 位位位数不确定位数不确定 XUTSchool of sciences10.1.2 有效数字的运算规则有效数字的运算规则1修约规则修约规则 各测量值的有效数字位数确定之后,就要将它后面多各测量值的有效数字位数确定之后,就要将它后面多余的数字舍弃。余的数字舍弃。舍弃多余数字的过程,叫做舍弃多余数字的过程,叫做“数字修约数字修约”;所遵循的规则称为所遵循的规则称为“数字修约规则数字修约规则”(GB8170-1987)。口诀:四要舍,六要入,五后有数要进位,五后无数(包括口诀:四要舍,六要入,五后有数要进位,五后无数(包括 零)看前方,前方
8、奇数就进位,前方偶数全舍光。零)看前方,前方奇数就进位,前方偶数全舍光。四舍六入五成双四舍六入五成双修约后末位数为偶数修约后末位数为偶数XUTSchool of sciences 将下列数据修约为四位有效数字将下列数据修约为四位有效数字 2.4374 2.4376 2.4365 2.4375 2.43651 2.4372.4382.4362.4382.437练习练习10.1 10.1 有效数字有效数字一次修约到位,禁止分次修约一次修约到位,禁止分次修约 4.1464.14.154.2注意注意2位位XUTSchool of sciences(1 1)加减运算)加减运算:以各项中绝对误差最大的数为
9、准以各项中绝对误差最大的数为准,和或差只,和或差只保留一位可疑数字保留一位可疑数字,即与,即与小数点后位数最少小数点后位数最少的数取得一致。的数取得一致。28.5 10.03 0.712+4.131643.3736?28.5 10.0 0.7+4.143.3先修约,后计算先修约,后计算 0.1 0.01 0.001 0.00012运算规则运算规则每个数据的最后一位都存在每个数据的最后一位都存在11的绝对误差的绝对误差XUTSchool of sciences(2 2)乘除法)乘除法:以相对误差最大的数为准,积或商以相对误差最大的数为准,积或商只保留一位可只保留一位可 疑数字,即疑数字,即按按有
10、效数字位数最少的数有效数字位数最少的数进行修约和进行修约和计算。计算。解:解:三个数的最后一位都存在三个数的最后一位都存在11的绝对误差,相对误差各为:的绝对误差,相对误差各为:(131816)100=0.003计算计算:0.0235 20.03 3.1816=0.147946002?(12003)100=0.05(1235)100=0.40.02350.0235相对误差最大,修相对误差最大,修约时按约时按3 3位有效数字计算位有效数字计算0.0235 20.0 3.18=0.148注意:注意:首位数字为首位数字为8 8或或9 9,可,可 多保留一位多保留一位有效数字。有效数字。9.35 0.
11、1856=1.736如如XUTSchool of sciences(3 3)乘方或开方运算)乘方或开方运算 原数据有几位有效数字,结果就可保留几位,若一个原数据有几位有效数字,结果就可保留几位,若一个数的乘方或开方结果,还将参加下面的运算,则乘方或开数的乘方或开方结果,还将参加下面的运算,则乘方或开方后的结果可多保留一位有效数字。方后的结果可多保留一位有效数字。3.142=9.860=9.86(4 4)对数运算)对数运算 在对数运算中,所取对数的有效数字位数应与真数的在对数运算中,所取对数的有效数字位数应与真数的有效数字位数相等。有效数字位数相等。例:例:例:例:XUTSchool of sc
12、iences精密度高精密度高准确度高准确度高精密度低精密度低准确度低准确度低精密度高精密度高准确度低准确度低在分析测试中,用误差反映准确度,用偏差反映精密度。在分析测试中,用误差反映准确度,用偏差反映精密度。精密度与准确度的形象化图示精密度与准确度的形象化图示10.2 误差与偏差误差与偏差XUTSchool of sciences1.1.在在分分析析测测试试中中,分分析析结结果果应应具具有有一一定定的的准准确确度度。不不准准确确的的结结果果会会导导致致产产品品的的报报废废,资资源源的的浪浪费费,甚甚至至在在科科学学上上会会得得出出错错误误的的结结论论。但但是是在在世世界界上上没没有有绝绝对对准
13、准确确的的分分析结果。析结果。2.2.误差是客观存在的。有系统误差和随机误差之分。误差是客观存在的。有系统误差和随机误差之分。与误差有关的术语:与误差有关的术语:误差的引入:误差的引入:XUTSchool of sciences10.2.1 误差与偏差的概念误差与偏差的概念1误差误差(2)(2)误差的表示方法:误差的表示方法:(1)(1)误差:测定结果(误差:测定结果(x x)与真实值()与真实值(x xT T)之间的差值。)之间的差值。(3)(3)误差的物理意义:表示测定结果与真实值接近的程度。误差的物理意义:表示测定结果与真实值接近的程度。反映准确度大小反映准确度大小。误差越小。误差越小,
14、准确度越高。准确度越高。XUTSchool of sciences铝合金中含铝合金中含Al 82.03%(真实值真实值),实验测得值为,实验测得值为81.95%,则,则误差为负值,表示测定值小于真实值,误差为负值,表示测定值小于真实值,测定结果偏低测定结果偏低。误差为正值,表示测定值大于真实值,测定结果偏高。误差为正值,表示测定值大于真实值,测定结果偏高。例例XUTSchool of sciences2偏差偏差(2)(2)偏差的表示方法:偏差的表示方法:(1)(1)偏差:个别测定结果(偏差:个别测定结果(x xi i)与平均值()与平均值(x x)之间的差值。)之间的差值。注意:注意:单次测量
15、结果的偏差之和为零。单次测量结果的偏差之和为零。精密度精密度不能用偏差不能用偏差之和来表示,之和来表示,常用平均偏差常用平均偏差、标准偏差表示。标准偏差表示。XUTSchool of sciences(2)(2)偏差的表示方法:偏差的表示方法:a.a.绝对偏差、绝对偏差、b.b.平均偏差平均偏差、c.c.标准偏差标准偏差标准偏差标准偏差相对标准偏差相对标准偏差RSDRSD:变异系数变异系数-总体平均值总体平均值,若校正了系统误若校正了系统误差,差,代表真值。代表真值。n-1-自由度自由度,具独立偏差的数目。具独立偏差的数目。XUTSchool of sciences(3)(3)偏差的物理意义:
16、表示测定结果与平均值接近的程度。偏差的物理意义:表示测定结果与平均值接近的程度。反映精密度大小反映精密度大小。偏差越小。偏差越小,精密度越高。精密度越高。引入标准偏差的目的:充分反映测定数据的分散程度引入标准偏差的目的:充分反映测定数据的分散程度,表示一组平行测定值的精密度。表示一组平行测定值的精密度。用标准偏差来表示精密度较用标准偏差来表示精密度较平均偏差平均偏差好。好。例例对同一样品,有两组测定数据,其单次测定偏差分别为:对同一样品,有两组测定数据,其单次测定偏差分别为:第一批:第一批:-0.2 -0.1 -0.1 0 0.1 0.1 0.2-0.2 -0.1 -0.1 0 0.1 0.1
17、 0.2第二批:第二批:-0.2 -0.2 0 0 0 0.1 0.3 -0.2 -0.2 0 0 0 0.1 0.3 标准偏差:标准偏差:s1=0.02 s2=0.03说明第一批数据的精密度较高。说明第一批数据的精密度较高。XUTSchool of sciences例如例如,测定维生素丸剂中铁的含量,计算测定结果的平均值、,测定维生素丸剂中铁的含量,计算测定结果的平均值、平均偏差、相对平均偏差、标准偏差及相对标准偏差。已知平均偏差、相对平均偏差、标准偏差及相对标准偏差。已知5 5次测定值为:次测定值为:含量含量(%)4.047 4.042 4.049 4.035 4.032偏差偏差di(%)
18、0.006 0.001 0.008 -0.006 -0.00936 1 64 36 81XUTSchool of sciences测量结果总有不确定性,任何测量都有误差。测量结果总有不确定性,任何测量都有误差。为了获得可靠数据,应分析误差产生的原因、为了获得可靠数据,应分析误差产生的原因、了解误差的传递规律。了解误差的传递规律。系统误差系统误差随机误差随机误差+XUTSchool of sciences10.2.2 系统误差及其传递系统误差及其传递1.系统误差系统误差(可测误差)(可测误差)在分析测试中由一些固定因素造成的误差。在分析测试中由一些固定因素造成的误差。产生原因产生原因:方法误差方
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