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測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理及表達(dá)（一）
發(fā)布時(shí)間：2017-09-01
一、概述
當(dāng)對(duì)物質(zhì)的特性量值進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于測(cè)定用的儀器和工具的限制、測(cè)試方法的不完善、分析操作和測(cè)試環(huán)境的變化、測(cè)試人員本身的技術(shù)水平及經(jīng)驗(yàn)的影響，使分析檢測(cè)結(jié)果總是帶有誤差。人們?cè)趯?shí)際的分析中往往不能得到真值，而只能對(duì)其作出相對(duì)準(zhǔn)確的估計(jì)，如何正確表達(dá)這種含有誤差的分析結(jié)果，如何評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠程度，這在理化檢驗(yàn)及分析測(cè)試工作中是十分重要的問(wèn)題。隨著分析化學(xué)的發(fā)展、分析儀器自動(dòng)化程度的提高，分析數(shù)據(jù)的獲得越來(lái)越快速，因此正確估計(jì)測(cè)量誤差是十分必要的。
隨著資源開(kāi)發(fā)、貿(mào)易交流、生產(chǎn)控制、科學(xué)研究的需要，分析測(cè)量工作在化學(xué)、物理、生物以及工程等領(lǐng)域越來(lái)越普遍，而且超越了單個(gè)實(shí)驗(yàn)室范圍，逐漸變成多個(gè)實(shí)驗(yàn)室乃至區(qū)域性和國(guó)際性的合作實(shí)驗(yàn)測(cè)量。測(cè)量領(lǐng)域向著痕量分析、價(jià)態(tài)分析、表面、微區(qū)分析發(fā)展。隨著分析技術(shù)的發(fā)展，測(cè)量又向著準(zhǔn)確、快速、靈敏的方向發(fā)展。測(cè)量的基本目標(biāo)就是要達(dá)到結(jié)果的準(zhǔn)確、一致。可是，在技術(shù)高度發(fā)展的今天，低劣測(cè)量還是經(jīng)常可見(jiàn)。
表2―1列出了對(duì)美國(guó)舊金山灣污泥的測(cè)量結(jié)果。從這個(gè)結(jié)果可以看出，不同實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)量數(shù)據(jù)之間有很大差異，很難判斷污染的真實(shí)情況，因此也難于對(duì)污染進(jìn)行有效治理。
加拿大對(duì)港灣沉積物中的多環(huán)芳香烴的測(cè)量，由不同分析測(cè)試技術(shù)所得結(jié)果見(jiàn)表2―2所示。從表2―2中可以看出，不同分析技術(shù)之間也存在較大差異。
歐共體標(biāo)準(zhǔn)局(BCR)曾經(jīng)組織共同體國(guó)家的分析實(shí)驗(yàn)室，測(cè)量橄欖葉中6種重金屬元素含量，各實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果見(jiàn)表2―3所示。歐洮I 40個(gè)水平較高的實(shí)驗(yàn)室分析奶粉中9種污染物的含量，結(jié)果見(jiàn)表2―4所示。
從表2―3、表2―4可以看出，即使水平較高的實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行復(fù)雜基體中痕量組分的分析測(cè)定中，分析結(jié)果也有上百倍的差異。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，美國(guó)用光譜法分析鋼樣，只要使低劣的分析減少l％，則每年至少可節(jié)約500萬(wàn)美元。美國(guó)臨床化驗(yàn)分析，每年大約要進(jìn)行30億次。估計(jì)約有10％～25％的測(cè)量由于不夠可靠需重新測(cè)量，又由于這種低劣測(cè)量造成的損失將達(dá)3億美元以上。據(jù)美國(guó)和德國(guó)專(zhuān)家透露，僅在化學(xué)測(cè)量領(lǐng)域，減少不可靠數(shù)據(jù)的重復(fù)測(cè)量，一年內(nèi)在美國(guó)有500億美元，在德國(guó)有20億馬克的經(jīng)濟(jì)效益。
從以上例子中可以看出，一方面測(cè)量本身確實(shí)存在誤差，需要對(duì)其進(jìn)行研究；另一方面在實(shí)驗(yàn)室之間，在不同分析方法之間也存在誤差，同樣也需要對(duì)其進(jìn)行研究。研究誤差的目的并非要使誤差趨于零，或小到不能再小的程度，因?yàn)檫@往往是辦不到的，而且為了進(jìn)一步減小誤差，要花費(fèi)大量的勞力和代價(jià)，這在很多情況下是不合算的。研究誤差的目的是要對(duì)自己實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷其最接近的值是多少，其可靠性如何，正確地處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，充分利用數(shù)據(jù)信息，以便得到更接近真實(shí)值的最佳結(jié)果，應(yīng)合理地計(jì)算所得結(jié)果的誤差。既不能將誤差算得過(guò)小，以免造成對(duì)生產(chǎn)的危害，也不能將誤差算得過(guò)大，以免造成人力、設(shè)備的浪費(fèi)。研究誤差理論還可以幫助我們正確地組織實(shí)驗(yàn)和測(cè)量，合理地設(shè)計(jì)儀器，選用儀器及選定測(cè)量方法，使我們能以最經(jīng)濟(jì)的方式獲得最有效的結(jié)果。在數(shù)據(jù)處理中所要解決的問(wèn)題是選擇真值的最佳估計(jì)值以及確定該估計(jì)值的誤差，而要解決這些問(wèn)題的最基本手段就是應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理。
參考資料：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值原則和統(tǒng)計(jì)學(xué)原理
