環境監測數據處理和常用術語

摘 要：環境監測中所得到的許多物理、化學和生物學數據，是描述和評價環境質量的基本依據。由于監測系統的條件限制以及操作人員的技術水平，測試值與真值之間常存在差異；環境污染的流動性、變異性以及與時空因素關系，使某一區域的環境質量由許多因素綜合所決定：描述某一河流的環境質量，必須對整條河流按規定布點.以一定頻率測定，根據大量數據綜合才能表述它的環境質量，所有這一切都需通過統計處理。

關鍵詞：誤差 準確度 靈敏度 統計

監測中所得到的許多物理、化學和生物學數據，是描述和評價環境質量的基本依據。由于監測系統的條件限制以及操作人員的技術水平，測試值與真值之間常存在差異；環境污染的流動性、變異性以及與時空因素關系，使某一區域的環境質量由許多因素綜合所決定：描述某一河流的環境質量，必須對整條河流按規定布點.以一定頻率測定，根據大量數據綜合才能表述它的環境質量，所有這一切都需通過統計處理。

分析誤差

環境檢測分析的任務是為了準確地測定各種環境中的化學成分或污染物質的含量，因此對分析結果的準確度非常高的要求。但是由于受到分析方法、測量儀器、試劑藥品、環境因素以及分析人員主觀操作條件等方面的限制，使得測定結果與真實值往往出現一定的差異。所以在分析測定的全過程中，必然存在著一定的分析誤差。

誤差來源

誤差是分析結果（測定值）與真實值之間的差值。根據誤差的性質和來源，可將誤差分為系統誤差和偶然誤差。

系統誤差

是由分析過程中某些經常發生的確定因素造成的。在相同條件下重復測定時系統誤差會重復出現，而且具有一定的方向性，即測定值比真實值總是偏高或偏低。因此，系統誤差易于發現，其大小可以估計，可以加以校正。系統誤差又稱為可測誤差。

產生系統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、化學反應進行不完全、干擾物影響、指示劑指示滴定中點與理論當點不重合等。

2.儀器誤差是由于儀器本身的缺陷或未經校準引起的。如天平未調節零點、砝碼未校準、量器的刻度不夠準確等。

3.試劑誤差是由試劑中含有雜質而引起。

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

5.恒定的環境誤差是由于測定時環境條件的明顯變化引起的，如不同季節室溫的改變等。

系統誤差可以通過采取不同的方法，如校準儀器，進行空白試驗、對照試驗、回收試驗、等而得到適當的校正，使系統誤差減小或消除。

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定時溫度的變化、電壓的波動、儀器的噪聲震動、分析人員的能力等，它們所引起的誤差有時大、有時小、有時正、有時負，沒有什么規律性，難以發現和控制。因此，偶然誤差又稱隨機誤差或不可測誤差。

偶然誤差雖難以確定，但如果消除了系統誤差之后，在相同條件下多次測定，可以發現偶然誤差的統計規律性，其分布服從高斯正態分布，它具有以下特點：

1.單峰性，即絕對值小的誤差出現的機會多，絕對值大的誤差出現的機會少。

2.對稱性，即大小相等的正負誤差出現的機會相等。

3.抵償性，即偶然誤差的算術平均值趨近于零。

當測定次數無限多時，理論上偶然誤差可以消除。但是，在實際的環境監測分析中，測定次數總是有限的，從而使偶然誤差不可避免。要想減小偶然誤差，需要適當增加測定次數。

另外，由于分析人員的粗心大意或不按操作規定試驗而引起明顯錯誤，例如所用器皿未進行測定清洗，藥品使用錯誤，讀數偏差，記錄錯誤及計算錯誤等，這些都是不應有的過失，所以也稱這種過失引起的誤差為過失誤差。過失誤差嚴格說來不屬于一般誤差的范圍，一經發現，就應將這些測定結果剔除，并查明原因，及時改正。

誤差的表示方法

絕對誤差和相對誤差

1.絕對誤差指測定值與真值之差，即

絕對誤差=測定值-真值

2.相對誤差是指絕對誤差與真值之比，常用百分數表示，即

相對誤差=|測定值-真值|/真實值（即絕對誤差所占真實值的百分比）

絕對誤差和相對誤差均能反映測定結果的準確程度，誤差越小越準確。

絕對偏差和相對偏差

1.絕對偏差是指某一測定值（xi）與多次測量

的平均值之差（x），即

絕對偏差=測定值-平均值

2.相對偏差是指絕對偏差與平均值之比，常用百分數表示，即

相對偏差=絕對偏差/平均值

3.極差是指對同一樣品測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

相對標準偏差也叫變異系數（CV），即標準偏差在平均值中所占的百分數。

CV=s×100%

準確度、精密度和靈敏度

準確度

準確度是用一個特定的分析程序所獲得的分析結果（單次測定值或重復測定值的均值）與假定的或公認的真值之間符合程度的度量。它是反映分析方法或測量系統存在的系統誤差和偶然誤差的綜合指標，并決定其分析結果的可靠性。準確度用絕對誤差和瓣對誤差表示。

評價準確度的方法有兩種：

第一種是用某一方法分析標準物質，由其結果確定準確度；第二種是“加標回收法”，即在樣品中加入標準物質，測定其回收率，以確定準確度，多次回收試驗還可發現方法的系統誤差，其計算式如下

回收率=（加標試樣測定值-試樣測定值）/加標值

通常加入的標準物質的量應與待測物質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分析均一樣品所得測定值的一致程度，它反映分析方法或測量系統所存在的偶然誤差的大小。它的大小通常可用極差、標準偏差或相對標準偏差來表示。

在討論精密度時，可以常用如下一些術語。

1.平行性指在同一實驗室中，當分析人員、分析設備和分析時間都相同時，用同一分析方法對同一樣品進行雙份或多份平行樣測定結果之間的符合程度。

2.重復性指在同一實驗室內，當分析人員、分析設備和分析時間三個因素中至少確一項不相同時，用同一分析方法對同一樣品進行的兩次或兩次以上獨立測定，其結果之間剖符合程度。

3.再現性指在不同實驗室（分析人員、分析設備甚至分析時間都不相同），用同一勻析方法對同一樣品進行多次測定，其結果之間的符合程度。

通常室內精密度是指平行性和重復性的總和，而室間精密度（即再現性），通常用分析標準溶液的方法來確定。

靈敏度

靈敏度是指一個分析方法或分析儀器在被測物質改變單位質量或單位濃度時所引起的響應量變化的程度。它反映了該方法或儀器的分辨能力。靈敏度可因實驗條件的改變而變化，但在一定的實驗條件下，靈敏度具有相對穩定性。

在實際工作中，可用校準曲線的斜率來度量靈敏度的高低。

校準曲線包括通常所謂的“工作曲線”和“標準曲線”，如圖4-2所示。它的直線部分代表了被測物質的質量或濃度與分析方法或儀器的響應量（或其他指示量）之間的定量關系。其數學表達式為

A=kc+a

檢出限

檢出限是指一個分析方法對被測物質在給定的可靠度內能夠被檢出的最小質量或最低濃度。檢出限通常是相對于空白測定而言。在環境監測中，檢出限常用最小檢出量的絕對量來表示，如0.1μg；也常用最低檢出濃度來表示，如0.01mg/L等。要注意，如果實驗操作條件改變，最低檢出濃度也會產生變化。

作者簡介：葉三斌（1989.06--）；性別：男，籍貫：河南省三門峽，民族：漢族，學歷：本科，畢業于商丘師范學院；現有職稱：助理工程師；研究方向：環保工程。