科学方法/测量误差控制
也许控制实验误差最重要的步骤是设计您的实验,使其产生尽可能少的系统误差。为了做到这一点,了解您要测量的对象至关重要。例如,假设您想测量过氧化氢分解产生的氧气的重量
您需要问自己:如何将氧气与水和未反应的过氧化氢分离?如何防止氧气泄漏?您是想直接测量重量,还是通过从其他值(例如压力)计算得出?
养成在开始实验之前问自己“这个实验可能出现什么问题?”的习惯。然后,如果可以的话,将其设计成使可能出现的问题尽可能地轻微,然后在执行时尽可能小心地避免剩余的问题。
所有测量仪器都需要以某种方式进行校准,以确保读取的值接近被测量的属性的真实值。尺子在制造时都与标准进行比较,因此当尺子上标记一英寸时,它确实是真正的一英寸。
许多仪器会随着时间的推移而失去校准,从而失去其准确性。因此,有必要对其进行重新校准。仪器通常通过测量具有明确定义的属性的标准或几个标准来重新校准。例如,可以通过称量一个 5 克的砝码,并调整刻度盘直到读数为 5.000 克来校准秤。仔细按照仪器手册进行校准程序,以便可以减轻由于测量不准确而造成的任何测量偏差。
测量仪器永远不会给你一个完全准确的答案。例如,如果您正在使用量筒测量液体的体积,您需要估计仪器上的哪个刻度线最接近真实体积(或根据您的视力在刻度线之间进行插值)。大多数计算机化的测量设备,例如许多现代秤,会进行多次测量并取平均值以获得准确的结果,但这些设备也具有灵敏度限制。
制造商通常会报告其仪器的精确度。仪器的重复性是精确度的一种衡量标准,它衡量的是对相同量进行连续测量时测量的相似性。再现性本质上是在所有其他条件相同(或尽可能接近相同)的情况下,在实验中获得相同测量值的能力。例如,您可以使用同一秤多次测量物体的重量。如果每次读数都显着不同,则可能是仪器需要重新校准或重新稳定(例如,通过清洁接收器中的灰尘或确保设置正确)。如果仪器已正确校准并设置好,但测量结果仍然比制造商宣称的精度变化更大,则仪器可能已损坏。
控制实验间测量误差的另一种方法是不断评估测量的再现性。再现性本质上是通过在改变实验的一部分的同时进行多次相同测量来测量的。例如,如果您在某一过程中测量缓冲液的 pH 值,您可以通过独立地准备多个相同样品,并测量每个样品的 pH 值来评估缓冲液制备的再现性。如果 pH 测量值的差异大于仪器的测量精度(或重复性),则可能是缓冲液的制备导致了该误差。可以在更大过程的许多部分进行此类测试,以查明并解决最大的控制困难。
另一个可能的再现性测试是用不同的 pH 计测量同一个样品。在声称结果可比之前,测试不同测量仪器的兼容性非常重要,而此类再现性测量对于确定两种仪器之间的关系至关重要。