測定の不確実性：正確度と精度

科学者は通常、発見したものの質を確認し、結果の精度と正確さの両方を評価するために、数量を繰り返し測定します。 同じ方法で繰り返した場合に非常に類似した結果が得られる場合、その測定は精度が高いといえます。 正しい値、または許容値に非常に近い結果が得られる場合は、その測定は正確と見なされます。 精度が高い値は互いに一致し、正確な値は真の値と一致します。  

製薬会社の品質管理化学者が、 500 mL の咳止めシロップを保管ボトルに入れるために、 3 種類の機械の精度と正確度をチェックする必要があるとします。 化学者は各装置を使用して 5 本のボトルに充填し、表 1 に示すように実際に充填された量を慎重に決定します。

これらの結果を検討して、化学者はディスペンサー #1 が精度は高いが正確ではないと報告しました。 ディスペンサー #1 のすべての値は互いに近いですが、いずれの値も目標の値 500 mL に近い値がありません。 ディスペンサー #2 の結果は、正確度は向上しましたが（値は 500 mL に近い値）、精度が低下しました（互いに近い値ではない）。 最終的に、化学者はディスペンサー #3 がうまく機能しており、咳止めシロップを正確に（すべての量が目標の量の 0.2 mL 以内）、かつ精度よく（量が互いに 0.2 mL 以内で）分注していると報告しました。

非常に正確な測定値は精度も高い傾向があります。 ただし、高精度の測定は必ずしも正確ではない場合があります。 たとえば、不適切に較正された温度計や、間違って量られた重量計は、精度は高いけれども不正確な値になる可能性があります。

偶然誤差と系統誤差

科学者たちは常に、最高の正確さと精度で測定値を記録するよう最善を尽くしています。 ただし、誤差が発生することがあります。 これらの誤差は偶然または系統的である可能性があります。

偶然誤差は、測定過程の一貫性のなさ、または測定中の変動、または測定される数量自体の変動によって、発生します。 このような誤差は、繰り返しの測定では真の値から高すぎたり低すぎたりして変動します。 たとえば、科学者がミミズの長さを定規を使って測定するとします。 この測定過程での偶然誤差は、科学者が定規を読み取る一貫性のない方法が原因で発生した可能性があります。また、ミミズが静止しておらず、体の動きによって正しい長さの測定が困難な場合もあります。 偶然誤差は回避できませんが、繰り返し試行で平均化することができます。

系統誤差は、継続的な問題によって発生し、測定値に一貫した不一致が生じます。 これらの誤差は、真の値から一貫して高すぎるか低すぎる傾向があります。 これらは予測可能で、ほとんどが器械に由来します。 たとえば、重量計が正しく較正されていないと、常に物体を実際の値より重く量る可能性があります。 ただし、偶然誤差とは異なり、測定を繰り返しても、系統誤差は平均化できません。

このテキストは Openstax, Chemistry 2e, Section 1.5: Measurement Uncertainty, Accuracy, and Precision.から引用しています。