环境监测数据处理和常用术语

摘 要：环境监测中所得到的许多物理、化学和生物学数据，是描述和评价环境质量的基本依据。由于监测系统的条件限制以及操作人员的技术水平，测试值与真值之间常存在差异；环境污染的流动性、变异性以及与时空因素关系，使某一区域的环境质量由许多因素综合所决定：描述某一河流的环境质量，必须对整条河流按规定布点.以一定频率测定，根据大量数据综合才能表述它的环境质量，所有这一切都需通过统计处理。

关键词：误差 准确度 灵敏度 统计

监测中所得到的许多物理、化学和生物学数据，是描述和评价环境质量的基本依据。由于监测系统的条件限制以及操作人员的技术水平，测试值与真值之间常存在差异；环境污染的流动性、变异性以及与时空因素关系，使某一区域的环境质量由许多因素综合所决定：描述某一河流的环境质量，必须对整条河流按规定布点.以一定频率测定，根据大量数据综合才能表述它的环境质量，所有这一切都需通过统计处理。

分析误差

环境检测分析的任务是为了准确地测定各种环境中的化学成分或污染物质的含量，因此对分析结果的准确度非常高的要求。但是由于受到分析方法、测量仪器、试剂药品、环境因素以及分析人员主观操作条件等方面的限制，使得测定结果与真实值往往出现一定的差异。所以在分析测定的全过程中，必然存在着一定的分析误差。

误差来源

误差是分析结果（测定值）与真实值之间的差值。根据误差的性质和来源，可将误差分为系统误差和偶然误差。

系统误差

是由分析过程中某些经常发生的确定因素造成的。在相同条件下重复测定时系统误差会重复出现，而且具有一定的方向性，即测定值比真实值总是偏高或偏低。因此，系统误差易于发现，其大小可以估计，可以加以校正。系统误差又称为可测误差。

产生系统误差的主要原因如下。

1.方法误差是由于分析方法不够完善而造成的。比如分析操作步骤繁琐、化学反应进行不完全、干扰物影响、指示剂指示滴定中点与理论当点不重合等。

2.仪器误差是由于仪器本身的缺陷或未经校准引起的。如天平未调节零点、砝码未校准、量器的刻度不够准确等。

3.试剂误差是由试剂中含有杂质而引起。

4.恒定的个人误差是由于分析人员感觉器官的差异、反应的敏捷程度和个人操作的习惯造成的。

5.恒定的环境误差是由于测定时环境条件的明显变化引起的，如不同季节室温的改变等。

系统误差可以通过采取不同的方法，如校准仪器，进行空白试验、对照试验、回收试验、等而得到适当的校正，使系统误差减小或消除。

偶然误差

偶然误差是分析过程中一些偶然的因素造成的。这些偶然的因素如测定时温度的变化、电压的波动、仪器的噪声震动、分析人员的能力等，它们所引起的误差有时大、有时小、有时正、有时负，没有什么规律性，难以发现和控制。因此，偶然误差又称随机误差或不可测误差。

偶然误差虽难以确定，但如果消除了系统误差之后，在相同条件下多次测定，可以发现偶然误差的统计规律性，其分布服从高斯正态分布，它具有以下特点：

1.单峰性，即绝对值小的误差出现的机会多，绝对值大的误差出现的机会少。

2.对称性，即大小相等的正负误差出现的机会相等。

3.抵偿性，即偶然误差的算术平均值趋近于零。

当测定次数无限多时，理论上偶然误差可以消除。但是，在实际的环境监测分析中，测定次数总是有限的，从而使偶然误差不可避免。要想减小偶然误差，需要适当增加测定次数。

另外，由于分析人员的粗心大意或不按操作规定试验而引起明显错误，例如所用器皿未进行测定清洗，药品使用错误，读数偏差，记录错误及计算错误等，这些都是不应有的过失，所以也称这种过失引起的误差为过失误差。过失误差严格说来不属于一般误差的范围，一经发现，就应将这些测定结果剔除，并查明原因，及时改正。

误差的表示方法

绝对误差和相对误差

1.绝对误差指测定值与真值之差，即

绝对误差=测定值-真值

2.相对误差是指绝对误差与真值之比，常用百分数表示，即

相对误差=|测定值-真值|/真实值（即绝对误差所占真实值的百分比）

绝对误差和相对误差均能反映测定结果的准确程度，误差越小越准确。

绝对偏差和相对偏差

1.绝对偏差是指某一测定值（xi）与多次测量

的平均值之差（x），即

绝对偏差=测定值-平均值

2.相对偏差是指绝对偏差与平均值之比，常用百分数表示，即

相对偏差=绝对偏差/平均值

3.极差是指对同一样品测定值中最大值与最小值之差，表示误差的范围，即

极差=最大值-最小值

相对标准偏差也叫变异系数（CV），即标准偏差在平均值中所占的百分数。

CV=s×100%

准确度、精密度和灵敏度

准确度

准确度是用一个特定的分析程序所获得的分析结果（单次测定值或重复测定值的均值）与假定的或公认的真值之间符合程度的度量。它是反映分析方法或测量系统存在的系统误差和偶然误差的综合指标，并决定其分析结果的可靠性。准确度用绝对误差和瓣对误差表示。

评价准确度的方法有两种：

第一种是用某一方法分析标准物质，由其结果确定准确度；第二种是“加标回收法”，即在样品中加入标准物质，测定其回收率，以确定准确度，多次回收试验还可发现方法的系统误差，其计算式如下

回收率=（加标试样测定值-试样测定值）/加标值

通常加入的标准物质的量应与待测物质的浓度水平接近为宜。

精密度

精密度是指用一特定的分析程序在受控条件下重复分析均一样品所得测定值的一致程度，它反映分析方法或测量系统所存在的偶然误差的大小。它的大小通常可用极差、标准偏差或相对标准偏差来表示。

在讨论精密度时，可以常用如下一些术语。

1.平行性指在同一实验室中，当分析人员、分析设备和分析时间都相同时，用同一分析方法对同一样品进行双份或多份平行样测定结果之间的符合程度。

2.重复性指在同一实验室内，当分析人员、分析设备和分析时间三个因素中至少确一项不相同时，用同一分析方法对同一样品进行的两次或两次以上独立测定，其结果之间剖符合程度。

3.再现性指在不同实验室（分析人员、分析设备甚至分析时间都不相同），用同一匀析方法对同一样品进行多次测定，其结果之间的符合程度。

通常室内精密度是指平行性和重复性的总和，而室间精密度（即再现性），通常用分析标准溶液的方法来确定。

灵敏度

灵敏度是指一个分析方法或分析仪器在被测物质改变单位质量或单位浓度时所引起的响应量变化的程度。它反映了该方法或仪器的分辨能力。灵敏度可因实验条件的改变而变化，但在一定的实验条件下，灵敏度具有相对稳定性。

在实际工作中，可用校准曲线的斜率来度量灵敏度的高低。

校准曲线包括通常所谓的“工作曲线”和“标准曲线”，如图4-2所示。它的直线部分代表了被测物质的质量或浓度与分析方法或仪器的响应量（或其他指示量）之间的定量关系。其数学表达式为

A=kc+a

检出限

检出限是指一个分析方法对被测物质在给定的可靠度内能够被检出的最小质量或最低浓度。检出限通常是相对于空白测定而言。在环境监测中，检出限常用最小檢出量的绝对量来表示，如0.1μg；也常用最低检出浓度来表示，如0.01mg/L等。要注意，如果实验操作条件改变，最低检出浓度也会产生变化。

作者简介：叶三斌（1989.06--）；性别：男，籍贯：河南省三门峡，民族：汉族，学历：本科，毕业于商丘师范学院；现有职称：助理工程师；研究方向：环保工程。