測量誤差與精密度和準(zhǔn)確度的區(qū)別在哪里

前言

如何評(píng)價(jià)分析測試數(shù)據(jù)的質(zhì)量，或者說明其測定數(shù)據(jù)在多大程度上是可靠的，一直是分析工作者和管理者關(guān)心和希望解決的問題。

在日常分析測試工作中，測量誤差、測量不確定度、精密度、準(zhǔn)確度、偏差、方差等是經(jīng)常運(yùn)用的術(shù)語，它直接關(guān)系到測量結(jié)果的可靠程度和量值的準(zhǔn)確一致。

傳統(tǒng)的方法多是用精密度和準(zhǔn)確度來衡量。但是，通常說的準(zhǔn)確度和誤差只是一個(gè)定性的、理想化的概念，因?yàn)閷?shí)際樣品的真值是不知道的。而精密度只是表示最終測定數(shù)據(jù)的重復(fù)性，不能真正衡量其測定的可靠程度。

作為一名分析測試人員，這些術(shù)語是應(yīng)該搞清楚的概念，但這些概念互相聯(lián)系又有區(qū)別，也常常使人不知所云。

下面小編就帶大家看一下它們的區(qū)別在哪里。

測量誤差

測量誤差表示測量結(jié)果偏離真值的程度。

真值是一個(gè)理想的概念，嚴(yán)格意義上的真值通過實(shí)際測量是不能得到的，因此誤差也就不能夠準(zhǔn)確得到。

在實(shí)際誤差評(píng)定過程中，常常以約定真值作為真值來使用，約定真值本身有可能存在誤差，因而得到的只能是誤差的估計(jì)值。

此外，誤差本身的概念在實(shí)際應(yīng)用過程中容易出現(xiàn)混亂和錯(cuò)誤理解。按照誤差的定義，誤差應(yīng)是一個(gè)差值。當(dāng)測量結(jié)果大于真值時(shí)，誤差為正，反之亦然。誤差在數(shù)軸上應(yīng)該是一個(gè)點(diǎn)，但實(shí)際上不少情況下對測量結(jié)果的誤差都是以一個(gè)區(qū)間來表示（從一定程度上也反映了誤差定義的不合理），這實(shí)際上更像不確定度的范圍，不符合誤差的定義。

在實(shí)際工作中，產(chǎn)生誤差的原因很多，如方法、儀器、試劑產(chǎn)生的誤差，恒定的個(gè)人誤差，恒定的環(huán)境誤差，過失誤差，不可控制或未加控制的因素變動(dòng)等。

由于系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差是兩個(gè)性質(zhì)不同的量，前者用標(biāo)準(zhǔn)偏差或其倍數(shù)表示，后者用可能產(chǎn)生的最大誤差表示。數(shù)學(xué)上無法解決兩個(gè)不同性質(zhì)的量之間的合成問題。因此，長期以來誤差的合成方法上一直無法統(tǒng)一。這使得不同的測量結(jié)果之間缺乏可比性。

不確定度

測量不確定度為“表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果想聯(lián)系的參數(shù)”。

定義中的參數(shù)可能是標(biāo)準(zhǔn)偏差或置信區(qū)間寬度。不確定度是建立在誤差理論基礎(chǔ)上的一個(gè)新概念，它表示由于測量誤差的存在而對被測量值不能肯定的程度，是定量說明測量結(jié)果質(zhì)量的重要參數(shù)。

例如，測量結(jié)果可能非常接近真值（誤差很小），但由于認(rèn)知不足，人們賦予的不確定度落在一個(gè)較大的區(qū)間內(nèi)。也可能實(shí)際測量誤差很大，但由于分析估計(jì)不足，給出的不確定度偏小。

一個(gè)完整的測量結(jié)果，不僅要表示其量值的大小，還需要給出測量的不確定度，表示了被測量值在一定概率水平所處的范圍。測量不確定度越小，其測量結(jié)果的可疑程度越小，可信度越大，測量的質(zhì)量就越高，測量數(shù)據(jù)的使用價(jià)值越高。

在實(shí)際工作中，測量不確定度可能來源有很多，如定義不完整、取樣、基體效應(yīng)、環(huán)境條件、質(zhì)量和容量器皿的不確定、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、測量方法和程序中的估計(jì)和假定以及隨機(jī)變化等。測量不確定度一般來源于隨機(jī)性和模糊性，這就使得測量不確定度一般有許多分量組成。在評(píng)估總不確定度時(shí)，可能有必要分析不確定的每一個(gè)來源并分別處理，以確定其對總不確定度的貢獻(xiàn)。每一個(gè)貢獻(xiàn)量即為一個(gè)不確定度分量。

精密度和準(zhǔn)確度

精度細(xì)分為：

準(zhǔn)確度：系統(tǒng)誤差對測量結(jié)果的影響。

精密度：隨機(jī)誤差對測量結(jié)果的影響。

精確度：系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差綜合后對測量結(jié)果的影響。
精度是誤差理論中的說法，與測量不確定度是不用的概念，在誤差理論中，精度定量的特征可用目前的測量不確定度（對測量結(jié)果而言）和極限誤差（對測量儀器儀表）來表示。

對測量而言，精密度高的準(zhǔn)確度不一定高，準(zhǔn)確度高的精密度不一定高，但精確度高的準(zhǔn)確度和精密度都高，精度是精確度的簡稱。目前，不提倡精度的說法。

我們看待精密度和準(zhǔn)確度就如同打靶一樣，靶心為真值，設(shè)計(jì)點(diǎn)為測試結(jié)果，分為4種情況：

上述4種情況中，第1種情況最好，各測試結(jié)果很接近，精密度好，平均值與真值很接近，正確度好。既精密，又正確，稱為準(zhǔn)確度好。這是分析工作者所追求的。

第2種情況，各測試結(jié)果接近程度與圖1相同，只是整體從靶心沿半徑往外平移一大段距離。表示的期望從靶心移到從外往內(nèi)第一與第二圈之間。與第1種情況相比，精密度不變，正確度變差了。

第3種情況，是圖1中測試結(jié)果以靶心為中心，各自沿半徑往外平移不等距離，象炸開了一樣，變得很分散了。與第1種情況相比，正確度不變，精密度變差了。

第4種情況，各次測試結(jié)果接近程度與圖3相同，整體偏移程度與圖2相同。與第1種情況相比，精密度變差，正確度也變差了。既不精密，又不正確，準(zhǔn)確度差。

相對標(biāo)準(zhǔn)偏差和方差

偏差：描述的是預(yù)測值（估計(jì)值）的期望與真實(shí)值之間的差距。偏差越大，越偏離真實(shí)數(shù)據(jù)，如下圖第二行所示。相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD，relative standard deviation）就是指：標(biāo)準(zhǔn)偏差與計(jì)算結(jié)果算術(shù)平均值的比值。相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）=標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）/計(jì)算結(jié)果的算術(shù)平均值（X）*100%，該值通常用來表示分析測試結(jié)果的精密度。

方差：描述的是預(yù)測值的變化范圍，離散程度，也就是離其期望值的距離。方差是衡量源數(shù)據(jù)和期望值相差的度量值。方差越大，數(shù)據(jù)的分布越分散，如下圖右列所示。

方差分為離散型方差和連續(xù)型方差，在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上，當(dāng)數(shù)據(jù)分布比較分散（即數(shù)據(jù)在平均數(shù)附近波動(dòng)較大）時(shí)，各個(gè)數(shù)據(jù)與平均數(shù)的差的平方和較大，方差就較大；當(dāng)數(shù)據(jù)分布比較集中時(shí)，各個(gè)數(shù)據(jù)與平均數(shù)的差的平方和較小。因此方差越大，數(shù)據(jù)的波動(dòng)越大；方差越小，數(shù)據(jù)的波動(dòng)就越小。

當(dāng)一份分析報(bào)告標(biāo)明了這批數(shù)據(jù)的偏倚(表明了正確度)和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(表明了精密度) ,也就標(biāo)明了這批數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

當(dāng)分析質(zhì)量不能滿足規(guī)范的規(guī)定或與數(shù)據(jù)用戶的約定要求時(shí),需要從人員(責(zé)任心和專業(yè)素養(yǎng))、 儀器(特別是儀器的校準(zhǔn))、 方法(特別是化驗(yàn)中的樣品分解方法)和環(huán)境(溫度、 濕度、 振動(dòng)、 電磁干擾、 污染等) 4個(gè)方面檢查原因并采取相應(yīng)措施,把問題解決了才可繼續(xù)進(jìn)行分析。

審核編輯：劉清