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什么是實驗室天平的稱量不確定度?

在選擇實驗室天平并評估它是否符合您的標準時,不確定性并不像可讀性或線性等其他因素那樣廣為人知,但它同樣重要。雖然不確定性用于各種科學和變量,但在這篇博文中,我們將幫助您了解與實驗室天平相關的稱量不確定性。

什么是稱重不確定度?

稱量不確定度是可以合理假設在測量精確值范圍內的值范圍。這是一個笨拙的定義,所以讓我們解開它。

例如,當您測量粉末并且電子天平告訴您它的重量為 0.0067 克時,您假設粉末的質量為 0.0067 克。根據天平的可讀性,您可以假設它是向上或向下舍入的(因此它實際上可能是 0.006712g 或 0.006699g,因為您的天平只顯示小數點后 4 位)但您的結果仍在可接受的范圍內測量的真實值。

實驗室設定了稱為容差的要求來解釋不確定性。只要電子天平的不確定度在指南規定的公差范圍內,就可以接受。

準確性和不確定性之間有什么區別?

我們將準確性定義為“顯示與已知重量的理想值相匹配的值的能力”。如果這聽起來很像不確定性的定義,那么你并不是唯一一個犯這個錯誤的人。盡管是兩個不同的概念,但由于它們的關系,這兩個術語經?;Q使用。準確度表示讀數與準確值的接近程度,而不確定性則涉及可能影響結果準確度的因素。因此,準確性告訴您測量值和準確值有多相似,不確定性量化了這種相似性,讓您知道它的可靠性。還在撓頭嗎?讓我們舉個例子。

假設您正在測量樣品。你在天平上測量了幾次(只是為了舉例;這樣的測試應該在實驗室環境中至少進行十次),你得到 0.0100g、0.0101g、0.0102g 和 0.0100g。這意味著您的結果范圍在 0.0100g 和 0.0102g 之間。根據您的天平等級和您實驗室的要求,您可以通過使測試的稱量落在真實值的一定百分比內來檢查準確性(通常使用 0.10%,但可能取決于當地計量和您自己的實驗室)。但是你有多確定重量實際上在這個范圍內?這就是不確定性的來源。通過計算不確定性,您可以獲得一個數字(通常是百分比),表示您對測量值真正落在該范圍之間的把握程度。

為什么不確定性是測量的重要參數?

不確定性是理解和分析儀器校準結果、靈敏度、可讀性、可重復性、標準偏差等的關鍵因素。必須為質量控制措施正確計算它,因為它是決定產品或測試是否可接受的變量之一。

如果沒有適當的不確定性測量,就不可能獲得實驗室認證。計算不確定度允許用戶設置公差,以確保高標準的可重復結果。對于測量濃度足夠高的極小物質的實驗室來說,不確定度測量是必不可少的,因為它們可以幫助提供可靠的結果。不確定性是校準實驗室的基礎,因為它們設定了判斷所有結果的標準。

此外,不確定性可以用來判斷實驗的質量,讓人們更有意義地比較結果。如果實驗室告訴您他們進行了 20 次測量并獲得了精確而準確的結果,您可能會對他們的結果印象深刻。但假設他們只有 67% 的人確信他們的結果是準確的,而 69% 的人確信他們的結果是準確的。還印象深刻嗎?

它還可以幫助人們比較實驗。如果兩個團隊進行實驗以證明一種物質對人有一定的影響,那么他們的不確定性測量是了解哪個團隊創造了更好的實驗以及是否可以進行比較的好方法。

不確定性和標準偏差之間的關系是什么?

如果您認為準確性和不確定性之間的差異令人困惑,我很抱歉地說標準偏差沒有幫助。標準偏差是測量值與真實值之間的差異。準確性是這些值的接近程度,不確定性是測量值的可靠性。標準偏差是影響不確定性的一個因素。存在直接相關性:標準偏差越高,不確定性越高(反之亦然)。不確定性也依賴于其他因素,但標準偏差的影響非常明顯,并且往往是評估不確定性的良好參數。

標準偏差影響許多不同的變量,但最有用的計算之一是確定可重復性的標準偏差。

  1. 為此,請在相同條件(包括用戶和環境條件)下使用相同的天平和樣品進行多次測量并記錄每個結果。

  2. 通過將所有結果相加并將結果之和除以結果數來計算平均值。

  3. 從平均值中減去每個結果,然后將差值平方。在這個階段你應該只有正數。

  4. 將平方結果加在一起。

  5. 將平方結果的總和除以結果數減一。

  6. 得到商的平方根。

  7. (可選)如果您想要平均值的標準差,請取最后一個結果并將其除以結果數的平方根。

  8. 要獲得百分比形式的標準偏差(相對標準偏差),請將標準偏差乘以 100,然后將乘積除以平均值。

例子:

  1. 四個測量值:2、3、2、2

  2. (2+3+2+2) / 4 = (9) / 4 = 2.25

  3. 2.25 – 2 = 0.25。2.25 – 3 = -0.75。2.25 – 2 = 0.25。2.25 – 2 = 0.25。2.25 2 = 0.0625。-0.75 2 = 0.5625。2.25 2 = 0.0625。2.25 2 = 0.0625。

  4. 0.0625 + 0.5625 + 0.0625 + 0.0625 = 0.75

  5. 0.75 / (4 – 1) = 0.75 / 3 = 0.25

  6. √0.25 = 0.5。標準差 = 0.5。

  7. 0.5 / √ 4 = 0.5 / 2 = 0.25。RstdM = 0.25。

  8. (0.5 * 100) / 2.25 = 22.22%

不確定性和最小權重

如果您瀏覽過實驗室天平的規格,您可能已經注意到最小重量。最小重量是可以在儀器上測量的最小物質量,其不確定度不會超過所需的公差。這與天平可以測量的最小重量不同,只是在結果被認為太不可靠而無法用于某些應用之前,重量可以有多小。

電子天平可以測量小于最小重量的量,但確定性降低。由于影響不確定度和標準偏差的各種因素,最小重量不是一個穩定的值,這就是為什么用±表示。

大多數實驗室建議您始終稱量高于最小重量以確??煽康慕Y果。這意味著如果您需要可靠地測量少量,您應該密切注意天平的最小重量,以及它是否符合您實驗室的公差。這就是為什么一些實驗室似乎使用比他們需要的更精確的天平的原因。雖然分析天平可能具有足夠高的可讀性,但科學家可能需要半微量天平的最小重量。

不確定性與錯誤有何不同?

雖然它們經?;Q使用,但不確定性與錯誤不同。雖然錯誤會影響不確定性,但它們是會導致某種故障并阻止天平提供正確結果的錯誤。它們可以增加不確定性,但它們的容差應該要低得多。

由于測量的純粹性質,不確定性是不可避免的:無論是如何制造的,都有可能在預期質量和最終質量之間存在一些偏差,無論多么微小。這不是一個錯誤,只是我們生活的世界的一個副產品,并且會受到許多不同因素的影響。

從本質上講,不確定性意味著無論天平多么精確和準確,無論產品應該如何稱量,都可能存在細微的差異,因為我們不知道確切的重量,即使我們知道,外部因素也可能會改變它. 錯誤是導致天平給出錯誤讀數的問題。

如何計算實驗室天平的不確定度?

不確定性不是與單個讀數相關的數字。相反,它是衡量結果是否可靠的指標。這意味著在計算不確定度時,需要計算可讀性、可重復性、校準、密度、參考質量、誤差、稱重結果、環境影響以及許多其他因素。遺憾的是,沒有明確的答案,因為需要為每個需要評估的值測量不確定性。然后需要將這些不確定性結果組合成方程,以說明它們各自的重要性以及哪些讀數相互影響。每次計算的結果都需要作為一個完整的集合來查看,才能真正了解天平可靠性的全貌。由于與計算不確定性相關的復雜性,

可接受的稱量不確定度百分比是多少?

這實際上取決于實驗室和您需要測量的樣品類型。制藥實驗室和校準實驗室可能有不同的可接受百分比,具體取決于天平和樣品。因為它是特定于應用程序的,所以您必須參考您實驗室的指南和公差。

通常,不確定度可以表示為樣品的重量(被測量的值)、±符號和測量不確定度本身的值。因此,如果天平的不確定度測量值為 1mg,而您測量的是 10g,則結果應為 10±0.01%。理想情況下,這個數字應該盡可能低。到底有多低取決于您的容忍度。

稱量不確定度是一個復雜的話題,在查看實驗室天平時必須了解它。它影響重量測量的幾乎所有方面。


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