化学中的误差控制

【摘 要 】化学分析测试是一个繁琐的程序,往往存在不同程度的误差.误差大小直接影响测试数据的精确度以及地质解释问题.本文对分析化学中的误差来源进行了分析,认为取样质量、样品处理、方法选择、仪器与试剂精度、测试过程、实验记录、数据检查、数据统计分析等环节都可能是出现误差的来源.为了提高分析数据的精确度,提出了化学分析实验过程中若干控制误差的措施和方法,明确指出了分析实验室必须加强的质量保证和质量评价等管理问题.

【关 键 词 】误差控制；化学分析；准确度

化学分析是根据定量化学反应的计量关系,对待测组分进行分析测试的过程.化学分析过程经常包含多个繁琐的步骤,往往需要经过一系列的复杂操作步骤才能得到化学分析的测试数据.这其中,分析方法、分析过程、仪器与试剂精度、实验条件等方面都会对测量结果产生影响,并导致误差产生.本文从误差来源、误差控制、分析实验室质量保证、综合评价质量保证等方面对化学分析中的误差的产生进行讨论,并提出控制误差的方法.

1.化学分析中的误差来源

1.1分析方法选择不当

化学分析结果的准确度首先取决于分析方法的选择和及方法对样品的适用性[1].通常化学分析法适用于常量分析,用于微量分析时得到的数据比用仪器分析得到的结果较差.即便是我们常量成分的分析,化学分析方法也会产生较大的误差,如在滴定过程中,由于反应进行得不完全,化学计量总和滴定终点不相符合,以及由于条件没有控制好和发生副反应等原因,都会引起系统的测定误差.因此,根据实际情况,选择适当的分析方法和适用的样品显得十分重要.

1.2分析过程中实验人员操作不当

由于实验人员操作不当或经验不足而引起的分析误差,属于系统误差,这类误差在实验过程中可以重复出现.例如,在实验过程中不考虑试样的具体情况而盲目取样,就会造成样品的代表性不强.又比如,在试样处理过程中因使用了不适合的溶剂,导致溶样不全或温度控制不当,造成加热溶解过程中被测组分损失.在滴定终点时,对指示剂变色的判断不够敏锐,在读取滴定管内液体体积时,眼睛没有平视,忽高忽低,滴定管尖端的气泡排除不好,造成读数偏大或偏小等,这些都是实验人员操作不当引起的误差.

1.3仪器或试剂不合格

仪器或试剂不合格引起的误差也属于系统误差[2],例如使用的天平的灵敏度达不到工作要求,祛码质量不准确,容量瓶、滴定管的刻度未经过核正检定等,又如蒸馏水和试剂的纯度不够,使用了过期的标准溶液等均可产生仪器或试剂误差.

1.4实验环境条件发生变化

实验环境条件变化引起的误差是随机误差属于不可测误差.一般情况下,实验室的环境条件主要指温度和相对湿度.例如在测定试样时对天平室的温度和湿度有一定要求,如果温度偏低、湿度较大,就会导致天平的生锈以及测试样品在称量过程中吸收水分而引起一定的称量误差.测定油漆时对环境条件的要求也比较苛刻.另外环境温度变化对滴定管中溶液的体积会产生不可忽视的影响,容量仪器一般在20℃下进行校准,但实际使用时的温度往往不在20℃,从而使滴定管中液体的体积产生误差.

2.化学分析实验过程中的误差的控制

化学分析实验过程中的误差的控制工作必需贯穿于分析工作的始终,包括取样、样品处理、方法选择、测量过程、实验记录、数据检查、数据的统计分析,直到分析结果的表达等.

2.1取样的质量保证

完成一项定量分析的任务,分析结果能否反映样品组成的真实水平,其过程要受到很多环节的影响,不仅依赖于分析方法本身,而且与实验室仪器、标准对照物质及操作人员的技术水平等多种因素有关[3].要保证检验数据准确、可靠、不仅需要对实验室内的诸多因素进行控制,而且需要有一种量化的指标来说明和保证分析结果可靠.其中试样的采集和制备是定量分析工作中的重要环节,直接影响试样的代表性和分析结果的可靠性.因此,除了根据试样的性质、含量和分析结果对准确度要求来选择合适的分析方法和认真仔细操作以外,还要注意测定前的试样采集和处理工作.

2.2定量分析的过程

取样后,样品的定量分析过程,一般有样品的处理与分解、干扰组分的分离与待测组分富集、分析测定等几个环节所组成.

取样最重要的是要使取样具有代表性,对于各类的试样采集的具体操作方法可参阅国家标准和相关的行业标准.

试样的处理和分解分解要完全,不能有损失,分解过程中使用的试剂中绝不能含有被测组分和引入其他的干扰杂质.

分离和富集对于基体成分复杂,以及待测组份浓度较低的样品,为减小测量误差,统称需要进行分离、富集步骤.①分离：将干扰组分分离出去（被测组分含量高时）；②富集：将被测组分分离出去（被测组分含量低时）.

分析测定应根据待测组分的性质、含量和对分析结果准确度的要求,选择合适的分析方法.

2.3分析结果数据处理的可靠性

分析结果的计算及评价,按照化学反应的化学计量关系进行计算,并对测定结果及其误差分布情况应用统计学的方法进行评价[4].分析结果数据处理既包括实验数据的取舍,有包括有效数字运算规则,分析数据的统计处理等.

在消除了系统误差后,所测得的数据出现显著的特大值或特小值,这样的数据是值得怀疑的.在分析实验中,已然知道某测定值是操作中的过失所造成的,应立即将此数据弃去.如找不出可疑值出现的原因,不应随意弃去或保留,而应按照数理统计（如4d法、Q检验法、Grubbs法）的方法来取舍.

总之,化学分析实验过程中控制误差,提高分析准确度的方法常以减小测量误差来保证分析结果的准确度；增加平行测定次数,减小随机误差；采用对照试验检验系统误差,以空白试验、仪器校准,其他方法校正的方法消除系统误差.

3.分析实验室质量保证 分析结果的准确性、精密性在实验室内分析测试.因此分析实验室质量控制和质量保证显得尤为重要[5-6].质量保证工作不仅是一项具体的技术工作,而且也是一项实验室管理工作.通过质量保证工作,应当使分析测试工作不断完善.质量保证工作不但能确保测量结果可靠,而且能达到提高工作效率,降低成本消耗.所以要注意分析中的质量保证和质量控制.

3.1分析实验室质量保证

质量保证的任务就是把所有的误差其中包括系统误差、随机误差,甚至因疏忽造成的误差减少到预期水平.质量保证的核心内容包括两方面,一方面对从取样到分析结果计算的分析全过程采取各种减少误差措施,进行质量控制；另一方面采用行之有效方法对分析结果进行质量检验和评价,及时发现分析过程中问题,确保分析结果的准确可靠.分析数据只有代表性、准确度、精密度、可比性和完整性,才是正确可靠的,也才能在使用中具有权威性和法律效力.

3.2分析实验室质量控制

一般要求测试人员技术能力要保证,仪器设备维护管理及定期检查,实验室应具备必要的基础条件.正确地选择分析方法,进行质量控制基础实验,建立实验分析质控程序、常规质量控制技术并完成质控图,最后进行各类质量控制技术的比较.应根据不同的目的,选用不同的质量控制技术,使得分析的全过程都处在质量受控的状态,一个给定系统对分析测试所得数据质量的要求限度还和其他一些因素有关,如分析速度等.这个限度就是在一定置信概率下,所得到的数据能达到一定的准确度与精密度,而为达到所要求的限度所采取的减少误差的措施的全部活动就是分析实验室质量控制.

3.3实验室间质量控制

实验室间误差控制是指由外部有工作经验和技术水平的第三方或技术组织,对各实验室及其分析工作者进行定期或不定期的分析质量考查的过程.这项工作常由上级部门发放标准试样在所属实验室之间进行比对分析,也可用质控样以随机考核的方式进行实际试样的考核,以检查各实验室数据的可比性及是否存在系统误差,检查分析误差是否受控,分析结果是否有效.

4.综合评价质量保证

综合分析评价工作在质量保证中具有特殊地位,直接影响到分析成果及分析效益的发挥[7].

4.1分析数据的表述

为了便于对原始数据进行分析和解释,通常使用表格和图件表示分析数据.对分析数据图表的要求是用最少的图表数量来获取最丰富的质量信息；在每一种具体图表中,尽可能反映多种信息；图表的格式应统一规定,以利于不同层次的信息交流；图表的种类应满足数据分析和解释工作的需要.

4.2分析数据的概括

分析数据概括的主要方法有频数分布概括法、中心趋势法、分散度法和空问概括法等.

4.3分析数据的分析

分析数据分析主要有完整性分析、数据分布规律分析、数据的时间序列分析、对照环境条件分析和变化趋势分析等.

4.4分析数据的解释

分析数据的解释就是在数据分析的基础上,对分析结果表明的意义进行解释和说明.分析数据的解释必须结合不同分析目的来进行.

4.5分析结果综合评价

分析结果的综合评价是在对各种分析数据资料归纳、分析和解释的基础上.对分析成果的一个更高层次的宏观概括,分析实验室的建立标志分析系统的建立,但分析质量并未确定,还要控制分析系统的数据质量、分析方法质量、分析体系质量、实验室供应、实验室环境条件、标准物质等参数的误差,以将系统各类误差降到最低,这种为获取可靠分析结果的全部活动,就是分析质量控制与保证,要确保分析结果准确、可靠,不仅要选择合适的分析方法,还要减少测量误差,通过增加平行测定的次数来降低随机误差,更要消除系统误差,通过分析化学中的质量保证和质量控制可以把所有的误差减小到预期的水平.