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如何确认方法“准确度”

2026-2-25 10:23| 编辑: 沙糖桔| 查看: 154| 评论: 0|来源: 小桔灯网|作者:贠楚

摘要: MSE分解公式表明所有的精准实践背后都蕴含着数理设计的巧思,即当在低维空间中遭遇复杂、纠缠的关系时,尝试将其“升维”到一个具有更优数学结构的空间。 ...

在分析化学、检验检测及各类测量实践中,“准确度”是衡量方法价值的核心标尺。一个准确的方法,其测量结果才能真实反映客观世界的本质,成为科学发现、质量控制与合规决策的可靠依据。确认一个方法的准确度需要严谨的实验设计作为基础,更需要深刻理解其背后所蕴含的数理思想。

一、 确认方法准确度的实验设计框架

确认准确度不是一次性的操作,而是一个系统性的验证过程。其实验设计必须遵循科学原则,提供完整、可核查的证据链。这一过程通常围绕评估“正确度”和“精密度”两大支柱展开。


第一步:确立评估策略与可接受标准

在实验开始前,必须明确:

评估策略将采用何种主要方式来评估正确度。国际通行的策略有三种:

策略A:使用有证标准物质(最直接、最权威的方式)。

策略B:与公认的参考方法进行比对。

策略C:通过加标回收率试验评估(最常用、适用范围最广的方式)。

可接受标准:预先设定精密度(如相对标准偏差RSD)和正确度(如回收率范围)的可接受限值。这些标准应基于方法用途、法规要求(如ICH, FDA,中国药典的规定)和风险分析来制定。


第二步:基于不同策略的实验设计与执行

策略A:使用有证标准物质

实验设计:选择与分析物、基质匹配的有证标准物质。在重复性条件下,独立制备并测定至少6份CRM样品。

数据分析

策略C:加标回收率试验(核心实践方法)这是评估方法在实际基质中准确度最常用的方法。

实验设计:

基质选择:选择有代表性的空白基质(如空白血清、空白土壤、空白饲料)。

浓度水平:设计至少3个浓度水平,覆盖方法的定量范围。通常包括:

定量限水平:验证方法在最低定量浓度的表现。

中等水平:接近预期样本的典型浓度。

高水平:接近定量范围上限。

重复次数:在每个浓度水平,独立制备并测定至少6份加标样品。

平行设置:同时测定相同数量的未加标空白样品,以扣除本底值(若存在)。

数据采集与计算:

测定每个加标样品的总浓度 Cfound

若存在本底,测定空白样品的平均浓度 Cblank。 

计算回收率:

其中 Cadded 为加入的标准品浓度。

计算每个浓度水平回收率的平均值 R和相对标准偏差 RSDR。。

结果评估:

正确度:各水平的平均回收率 R  应在预设的可接受范围内(如95%-105%,痕量分析可为80%-120%)。

精密度:各水平的  应低于预设标准(如≤15%,在LOQ处≤20%)。

综合判断:只有所有测试水平同时满足正确度和精密度的标准,才能认为方法在该范围内准确度符合要求。


第三步:综合性能评估——总误差与测量不确定度

总误差评估:在临床检验等领域,常用“允许总误差”框架。在某个浓度水平,计算:

其中,Bias可通过回收率换算(Bias=R−100%),SD为测定结果的标准差。若计算的TE小于规定的允许总误差,则方法在该水平的准确度被接受。

测量不确定度评定:这是对准确度更现代、更全面的量化。基于上述实验数据(特别是精密度数据),并识别其他误差来源(如标准品纯度、仪器校准、温度影响等),按照《测量不确定度表示指南》(GUM)进行合成:

最终报告形式为:结果 ± 扩展不确定度(如:10.2±0.3 mg/L, k=2)。一个合理、微小的不确定度是方法高准确度的最终数学表征。

二、 准确度背后的数理调和之美

准确度作为综合性指标,其魅力远不止于一个“合格”的结论。它体现了数学、统计学与哲学思想在处理“不完美测量”这一根本问题时的深邃与和谐。


1. 正交分解之美:偏差与方差的勾股定理

准确度的内核是均方误差(MSE)。对于一个估计量 θ 和真值 θ,其MSE存在一个必然的、优美的分解:

这一分解的数学必然性源于勾股定理。勾股定理的核心策略是:将复杂的长度比例问题,转化为更易于处理的面积相加问题,解决后再映射回长度。是一次“升维-降维”实践。将估计误差  θ−θ 视为一个向量,它可以唯一地分解为两个正交分量:偏差向量(系统偏离,方向固定)和方差向量(随机波动,期望为零)。由于正交,总误差的平方(MSE)等于两分量平方之和。这种结构清晰地将混沌的总误差,梳理为系统性与随机性两个来源,为诊断和改进指明了方向。


2. 权衡优化之美:偏差-方差权衡

上述分解引出了方法论的核心困境——偏差-方差权衡。在模型或方法复杂度的光谱上:

简单模型:通常具有高偏差、低方差。它可能系统性地忽略细节,但结果稳定。

复杂模型:通常具有低偏差、高方差。它理论上能逼近真相,但对数据噪声极为敏感,结果波动大。

准确度(MSE)的最优解,恰恰不落在偏差或方差的极值点,而存在于两者微妙的平衡点上。这迫使方法开发者不能一味追求“零偏差”或“零方差”,而必须在两者之间进行精妙的调和,寻找使总误差最小的“平衡点”。这一思想在机器学习正则化(如岭回归)、分析化学方法优化(如选择过滤强度与检测条件的平衡)中无处不在。


确认方法的准确度,因此成为一门兼具严谨技艺与深邃哲思的科学。


在实践层面,它要求我们遵循结构化的实验设计,通过加标回收、标准物质比对等手段,获取关于偏差和精密度的扎实数据,并以总误差或测量不确定度给出综合性的、量化的合格判据。


MSE分解公式表明所有的精准实践背后都蕴含着数理设计的巧思,即当在低维空间中遭遇复杂、纠缠的关系时,尝试将其“升维”到一个具有更优数学结构的空间。在那里,关系可能变得清晰、解耦(如正交)。解决问题后,再将智慧“降维”反哺于低维世界。这,或许就是准确度背后,最动人的数理调和之美。


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