科學方法/測量誤差控制
也許控制實驗誤差最重要的步驟是設計您的實驗,使其產生儘可能少的系統誤差。為了做到這一點,瞭解您要測量的物件至關重要。例如,假設您想測量過氧化氫分解產生的氧氣的重量
您需要問自己:如何將氧氣與水和未反應的過氧化氫分離?如何防止氧氣洩漏?您是想直接測量重量,還是透過從其他值(例如壓力)計算得出?
養成在開始實驗之前問自己“這個實驗可能出現什麼問題?”的習慣。然後,如果可以的話,將其設計成使可能出現的問題儘可能地輕微,然後在執行時儘可能小心地避免剩餘的問題。
所有測量儀器都需要以某種方式進行校準,以確保讀取的值接近被測量的屬性的真實值。尺子在製造時都與標準進行比較,因此當尺子上標記一英寸時,它確實是真正的一英寸。
許多儀器會隨著時間的推移而失去校準,從而失去其準確性。因此,有必要對其進行重新校準。儀器通常透過測量具有明確定義的屬性的標準或幾個標準來重新校準。例如,可以透過稱量一個 5 克的砝碼,並調整刻度盤直到讀數為 5.000 克來校準秤。仔細按照儀器手冊進行校準程式,以便可以減輕由於測量不準確而造成的任何測量偏差。
測量儀器永遠不會給你一個完全準確的答案。例如,如果您正在使用量筒測量液體的體積,您需要估計儀器上的哪個刻度線最接近真實體積(或根據您的視力在刻度線之間進行插值)。大多數計算機化的測量裝置,例如許多現代秤,會進行多次測量並取平均值以獲得準確的結果,但這些裝置也具有靈敏度限制。
製造商通常會報告其儀器的精確度。儀器的重複性是精確度的一種衡量標準,它衡量的是對相同量進行連續測量時測量的相似性。再現性本質上是在所有其他條件相同(或儘可能接近相同)的情況下,在實驗中獲得相同測量值的能力。例如,您可以使用同一秤多次測量物體的重量。如果每次讀數都顯著不同,則可能是儀器需要重新校準或重新穩定(例如,透過清潔接收器中的灰塵或確保設定正確)。如果儀器已正確校準並設定好,但測量結果仍然比製造商宣稱的精度變化更大,則儀器可能已損壞。
控制實驗間測量誤差的另一種方法是不斷評估測量的再現性。再現性本質上是透過在改變實驗的一部分的同時進行多次相同測量來測量的。例如,如果您在某一過程中測量緩衝液的 pH 值,您可以透過獨立地準備多個相同樣品,並測量每個樣品的 pH 值來評估緩衝液製備的再現性。如果 pH 測量值的差異大於儀器的測量精度(或重複性),則可能是緩衝液的製備導致了該誤差。可以在更大過程的許多部分進行此類測試,以查明並解決最大的控制困難。
另一個可能的再現性測試是用不同的 pH 計測量同一個樣品。在聲稱結果可比之前,測試不同測量儀器的相容性非常重要,而此類再現性測量對於確定兩種儀器之間的關係至關重要。