環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理和常用術(shù)語

摘 要：環(huán)境監(jiān)測(cè)中所得到的許多物理、化學(xué)和生物學(xué)數(shù)據(jù)，是描述和評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量的基本依據(jù)。由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的條件限制以及操作人員的技術(shù)水平，測(cè)試值與真值之間常存在差異；環(huán)境污染的流動(dòng)性、變異性以及與時(shí)空因素關(guān)系，使某一區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量由許多因素綜合所決定：描述某一河流的環(huán)境質(zhì)量，必須對(duì)整條河流按規(guī)定布點(diǎn).以一定頻率測(cè)定，根據(jù)大量數(shù)據(jù)綜合才能表述它的環(huán)境質(zhì)量，所有這一切都需通過統(tǒng)計(jì)處理。

關(guān)鍵詞：誤差 準(zhǔn)確度 靈敏度 統(tǒng)計(jì)

監(jiān)測(cè)中所得到的許多物理、化學(xué)和生物學(xué)數(shù)據(jù)，是描述和評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量的基本依據(jù)。由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的條件限制以及操作人員的技術(shù)水平，測(cè)試值與真值之間常存在差異；環(huán)境污染的流動(dòng)性、變異性以及與時(shí)空因素關(guān)系，使某一區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量由許多因素綜合所決定：描述某一河流的環(huán)境質(zhì)量，必須對(duì)整條河流按規(guī)定布點(diǎn).以一定頻率測(cè)定，根據(jù)大量數(shù)據(jù)綜合才能表述它的環(huán)境質(zhì)量，所有這一切都需通過統(tǒng)計(jì)處理。

分析誤差

環(huán)境檢測(cè)分析的任務(wù)是為了準(zhǔn)確地測(cè)定各種環(huán)境中的化學(xué)成分或污染物質(zhì)的含量，因此對(duì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確度非常高的要求。但是由于受到分析方法、測(cè)量?jī)x器、試劑藥品、環(huán)境因素以及分析人員主觀操作條件等方面的限制，使得測(cè)定結(jié)果與真實(shí)值往往出現(xiàn)一定的差異。所以在分析測(cè)定的全過程中，必然存在著一定的分析誤差。

誤差來源

誤差是分析結(jié)果（測(cè)定值）與真實(shí)值之間的差值。根據(jù)誤差的性質(zhì)和來源，可將誤差分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差。

系統(tǒng)誤差

是由分析過程中某些經(jīng)常發(fā)生的確定因素造成的。在相同條件下重復(fù)測(cè)定時(shí)系統(tǒng)誤差會(huì)重復(fù)出現(xiàn)，而且具有一定的方向性，即測(cè)定值比真實(shí)值總是偏高或偏低。因此，系統(tǒng)誤差易于發(fā)現(xiàn)，其大小可以估計(jì)，可以加以校正。系統(tǒng)誤差又稱為可測(cè)誤差。

產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因如下。

1.方法誤差是由于分析方法不夠完善而造成的。比如分析操作步驟繁瑣、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行不完全、干擾物影響、指示劑指示滴定中點(diǎn)與理論當(dāng)點(diǎn)不重合等。

2.儀器誤差是由于儀器本身的缺陷或未經(jīng)校準(zhǔn)引起的。如天平未調(diào)節(jié)零點(diǎn)、砝碼未校準(zhǔn)、量器的刻度不夠準(zhǔn)確等。

3.試劑誤差是由試劑中含有雜質(zhì)而引起。

4.恒定的個(gè)人誤差是由于分析人員感覺器官的差異、反應(yīng)的敏捷程度和個(gè)人操作的習(xí)慣造成的。

5.恒定的環(huán)境誤差是由于測(cè)定時(shí)環(huán)境條件的明顯變化引起的，如不同季節(jié)室溫的改變等。

系統(tǒng)誤差可以通過采取不同的方法，如校準(zhǔn)儀器，進(jìn)行空白試驗(yàn)、對(duì)照試驗(yàn)、回收試驗(yàn)、等而得到適當(dāng)?shù)男Ｕ?，使系統(tǒng)誤差減小或消除。

偶然誤差

偶然誤差是分析過程中一些偶然的因素造成的。這些偶然的因素如測(cè)定時(shí)溫度的變化、電壓的波動(dòng)、儀器的噪聲震動(dòng)、分析人員的能力等，它們所引起的誤差有時(shí)大、有時(shí)小、有時(shí)正、有時(shí)負(fù)，沒有什么規(guī)律性，難以發(fā)現(xiàn)和控制。因此，偶然誤差又稱隨機(jī)誤差或不可測(cè)誤差。

偶然誤差雖難以確定，但如果消除了系統(tǒng)誤差之后，在相同條件下多次測(cè)定，可以發(fā)現(xiàn)偶然誤差的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性，其分布服從高斯正態(tài)分布，它具有以下特點(diǎn)：

1.單峰性，即絕對(duì)值小的誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，絕對(duì)值大的誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)少。

2.對(duì)稱性，即大小相等的正負(fù)誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)相等。

3.抵償性，即偶然誤差的算術(shù)平均值趨近于零。

當(dāng)測(cè)定次數(shù)無限多時(shí)，理論上偶然誤差可以消除。但是，在實(shí)際的環(huán)境監(jiān)測(cè)分析中，測(cè)定次數(shù)總是有限的，從而使偶然誤差不可避免。要想減小偶然誤差，需要適當(dāng)增加測(cè)定次數(shù)。

另外，由于分析人員的粗心大意或不按操作規(guī)定試驗(yàn)而引起明顯錯(cuò)誤，例如所用器皿未進(jìn)行測(cè)定清洗，藥品使用錯(cuò)誤，讀數(shù)偏差，記錄錯(cuò)誤及計(jì)算錯(cuò)誤等，這些都是不應(yīng)有的過失，所以也稱這種過失引起的誤差為過失誤差。過失誤差嚴(yán)格說來不屬于一般誤差的范圍，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，就應(yīng)將這些測(cè)定結(jié)果剔除，并查明原因，及時(shí)改正。

誤差的表示方法

絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差

1.絕對(duì)誤差指測(cè)定值與真值之差，即

絕對(duì)誤差=測(cè)定值-真值

2.相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差與真值之比，常用百分?jǐn)?shù)表示，即

相對(duì)誤差=|測(cè)定值-真值|/真實(shí)值（即絕對(duì)誤差所占真實(shí)值的百分比）

絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差均能反映測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確程度，誤差越小越準(zhǔn)確。

絕對(duì)偏差和相對(duì)偏差

1.絕對(duì)偏差是指某一測(cè)定值（xi）與多次測(cè)量

的平均值之差（x），即

絕對(duì)偏差=測(cè)定值-平均值

2.相對(duì)偏差是指絕對(duì)偏差與平均值之比，常用百分?jǐn)?shù)表示，即

相對(duì)偏差=絕對(duì)偏差/平均值

3.極差是指對(duì)同一樣品測(cè)定值中最大值與最小值之差，表示誤差的范圍，即

極差=最大值-最小值

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差也叫變異系數(shù)（CV），即標(biāo)準(zhǔn)偏差在平均值中所占的百分?jǐn)?shù)。

CV=s×100%

準(zhǔn)確度、精密度和靈敏度

準(zhǔn)確度

準(zhǔn)確度是用一個(gè)特定的分析程序所獲得的分析結(jié)果（單次測(cè)定值或重復(fù)測(cè)定值的均值）與假定的或公認(rèn)的真值之間符合程度的度量。它是反映分析方法或測(cè)量系統(tǒng)存在的系統(tǒng)誤差和偶然誤差的綜合指標(biāo)，并決定其分析結(jié)果的可靠性。準(zhǔn)確度用絕對(duì)誤差和瓣對(duì)誤差表示。

評(píng)價(jià)準(zhǔn)確度的方法有兩種：

第一種是用某一方法分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，由其結(jié)果確定準(zhǔn)確度；第二種是“加標(biāo)回收法”，即在樣品中加入標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，測(cè)定其回收率，以確定準(zhǔn)確度，多次回收試驗(yàn)還可發(fā)現(xiàn)方法的系統(tǒng)誤差，其計(jì)算式如下

回收率=（加標(biāo)試樣測(cè)定值-試樣測(cè)定值）/加標(biāo)值

通常加入的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的量應(yīng)與待測(cè)物質(zhì)的濃度水平接近為宜。

精密度

精密度是指用一特定的分析程序在受控條件下重復(fù)分析均一樣品所得測(cè)定值的一致程度，它反映分析方法或測(cè)量系統(tǒng)所存在的偶然誤差的大小。它的大小通常可用極差、標(biāo)準(zhǔn)偏差或相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示。

在討論精密度時(shí)，可以常用如下一些術(shù)語。

1.平行性指在同一實(shí)驗(yàn)室中，當(dāng)分析人員、分析設(shè)備和分析時(shí)間都相同時(shí)，用同一分析方法對(duì)同一樣品進(jìn)行雙份或多份平行樣測(cè)定結(jié)果之間的符合程度。

2.重復(fù)性指在同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，當(dāng)分析人員、分析設(shè)備和分析時(shí)間三個(gè)因素中至少確一項(xiàng)不相同時(shí)，用同一分析方法對(duì)同一樣品進(jìn)行的兩次或兩次以上獨(dú)立測(cè)定，其結(jié)果之間剖符合程度。

3.再現(xiàn)性指在不同實(shí)驗(yàn)室（分析人員、分析設(shè)備甚至分析時(shí)間都不相同），用同一勻析方法對(duì)同一樣品進(jìn)行多次測(cè)定，其結(jié)果之間的符合程度。

通常室內(nèi)精密度是指平行性和重復(fù)性的總和，而室間精密度（即再現(xiàn)性），通常用分析標(biāo)準(zhǔn)溶液的方法來確定。

靈敏度

靈敏度是指一個(gè)分析方法或分析儀器在被測(cè)物質(zhì)改變單位質(zhì)量或單位濃度時(shí)所引起的響應(yīng)量變化的程度。它反映了該方法或儀器的分辨能力。靈敏度可因?qū)嶒?yàn)條件的改變而變化，但在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，靈敏度具有相對(duì)穩(wěn)定性。

在實(shí)際工作中，可用校準(zhǔn)曲線的斜率來度量靈敏度的高低。

校準(zhǔn)曲線包括通常所謂的“工作曲線”和“標(biāo)準(zhǔn)曲線”，如圖4-2所示。它的直線部分代表了被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量或濃度與分析方法或儀器的響應(yīng)量（或其他指示量）之間的定量關(guān)系。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

A=kc+a

檢出限

檢出限是指一個(gè)分析方法對(duì)被測(cè)物質(zhì)在給定的可靠度內(nèi)能夠被檢出的最小質(zhì)量或最低濃度。檢出限通常是相對(duì)于空白測(cè)定而言。在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，檢出限常用最小檢出量的絕對(duì)量來表示，如0.1μg；也常用最低檢出濃度來表示，如0.01mg/L等。要注意，如果實(shí)驗(yàn)操作條件改變，最低檢出濃度也會(huì)產(chǎn)生變化。

作者簡(jiǎn)介：葉三斌（1989.06--）；性別：男，籍貫：河南省三門峽，民族：漢族，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于商丘師范學(xué)院；現(xiàn)有職稱：助理工程師；研究方向：環(huán)保工程。