Back to chapter

1.9:

Meetonzekerheid: Nauwkeurigheid en Precisie

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Uncertainty in Measurement: Accuracy and Precision

Languages

Share

Wetenschappers voeren herhaalde metingen van een hoeveelheid uit tijdens experimenten om ervoor te zorgen dat hun resultaten nauwkeurig en precies zijn. De nauwkeurigheid van een meting is de mate waarin de resultaten de werkelijke of geaccepteerde waarde benaderen. Beschouw twee studenten, A en B, die herhaaldelijk een goudstaaf wogen waarvan bekend was dat deze een werkelijke massa van 10 gram had.Student A rapporteerde drie waarden van 9, 5 gram, 10 gram en 10, 5 gram, terwijl student B een massa van 8, 5 gram, 8, 6 gram en 8, 5 gram rapporteerde. Student A rapporteerde waarden die dichter bij de werkelijke massa van de staaf lagen in vergelijking met student B.De metingen van student A waren dus nauwkeuriger”Precisie, aan de andere kant, is de maatstaf van hoe nauw de resultaten met elkaar overeenkomen, of hoe reproduceerbaar ze zijn. Van een meting wordt gezegd dat deze nauwkeurig is als deze zeer vergelijkbare resultaten geeft wanneer deze wordt herhaald onder dezelfde omstandigheden.De waarden voor de massa van de goudstaaf die door student B werden gerapporteerd, leken bijvoorbeeld erg op elkaar in vergelijking met student A.Dat is precisie”Nauwkeurigheid en precisie zijn twee verschillende meetkwaliteiten die onafhankelijk van elkaar zijn. Een bepaalde reeks metingen kan dus of nauwkeurig, of precies, of geen van beide, of beide zijn. De metingen voor de massa van de goudbaar door student A waren nauwkeuriger, dicht bij de werkelijke waarde van 10 gram, maar niet precies, omdat ze niet dicht bij elkaar lagen.Integendeel, de metingen van student B waren precies, maar niet nauwkeurig. Zeer nauwkeurige waarden zijn meestal ook precies. Zoals een weegschaal die herhaaldelijk de ware of dicht bij de ware massa toont voor alle objecten.Zeer precieze metingen zijn echter niet noodzakelijk nauwkeurig als dezelfde balans onjuist is gekalibreerd kan dit precieze maar onnauwkeurige metingen geven. Dit kan tot wetenschappelijke fouten leiden. Fouten in het meetproces zijn een veelvoorkomend probleem.Dergelijke fouten kunnen in twee categorieën, willekeurig en systematisch, worden ingedeeld. Willekeurige fouten zijn het resultaat van inconsistentie in het meetproces of variaties in de gemeten hoeveelheid. Deze resulteren in schommelingen, te hoog of te laag, rond de werkelijke waarde.Stel je je een wetenschapper die de lengte van een regenworm meet met een schuifmaat voor. Inconsistentie van de wetenschapper om de schalen correct te lezen, of continue lichaamsbeweging van regenworm tijdens de meting, kan resulteren in onjuiste lengte-metingen. Willekeurige fouten kunnen niet worden vermeden, maar kunnen worden gemiddeld door middel van herhaalde proeven.Systematische fouten zijn het resultaat van een hardnekkig probleem en leiden tot een consistente meetdiscrepantie. Deze fouten zijn meestal te hoog of te laag in vergelijking met de werkelijke waarde. Bijvoorbeeld gewichten die worden gemeten met een onjuist gekalibreerde weegschaal.Deze zijn voorspelbaar en meestal instrumentgerelateerd. In tegenstelling tot willekeurige fouten kan het echter niet worden gemiddeld door herhaalde metingen.

1.9:

Meetonzekerheid: Nauwkeurigheid en Precisie

Scientists typically make repeated measurements of a quantity to ensure the quality of their findings and to evaluate both the precision and the accuracy of their results. Measurements are said to be precise if they yield very similar results when repeated in the same manner. A measurement is considered accurate if it yields a result that is very close to the true or the accepted value. Precise values agree with each other; accurate values agree with a true value. 

Suppose a quality control chemist at a pharmaceutical company is tasked with checking the accuracy and precision of three different machines, meant to dispense 500 mL of cough syrup into storage bottles. The chemist proceeds to use each machine to fill five bottles and then carefully determines the actual volume dispensed, as reported in Table 1.

Table 1. Volume (mL) of Cough Syrup Delivered by 500 mL Dispensers
Dispenser #1 Dispenser #2 Dispenser #3
493.5 502.4 500.0
494.0 498.2 499.8
493.5 500.0 500.0
494.0 498.5 500.1
494.2 494.6 499.9

Considering these results, the chemist reported that dispenser #1 is precise but not accurate. All the values from dispense #1 are close to each other, but none of the values are close to the target value of 500 mL. Results for dispenser #2 showed improved accuracy (values are close to 500 mL) but worse precision (not close to one another). Finally, the chemist reported that dispenser #3 is working well, and it is dispensing cough syrup both accurately (all volumes are within 0.2 mL of the target volume) and precisely (volumes differ from each other by no more than 0.2 mL).

Highly accurate measurements tend to be precise, too. However, highly precise measurements may not necessarily be accurate. For example, an improperly calibrated thermometer or a faulty weighing balance may give precise readings that are inaccurate.

Random and Systematic Errors

Scientists always try their best to record their measurements with the utmost accuracy and precision. However, sometimes errors do occur. These errors may be random or systematic.

Random errors are observed due to the inconsistency or fluctuation in the measurement process or variations in the quantity itself that is being measured. Such errors fluctuate from too high or too low from the true value in repeated measurements. Consider a scientist measuring the length of an earthworm using a ruler. Random error in this measuring process might be the result of the inconsistent method in which the scientist reads the scales, or if the earthworm isn’t still and its body movements might pose difficulty in taking correct length measurements. Random error cannot be avoided; however, it can be averaged out with repeated trials.

Systematic errors arise from a persistent issue and result in a consistent discrepancy in measurement. These errors tend to be consistently either too high or too low from the true value. These are predictable and are mostly instrumental in nature. For instance, an improperly calibrated weighing balance may consistently weigh objects heavier than their true value. However, unlike random error, systemic errors cannot average out with repeated measurements.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 1.5: Measurement Uncertainty, Accuracy, and Precision.