淺談有效數(shù)字規(guī)則在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

【摘要】：在環(huán)境監(jiān)測分析中，正確記錄測量數(shù)據(jù)及正確進(jìn)行計算是獲得準(zhǔn)確監(jiān)測結(jié)果的重要方面，本文結(jié)合實(shí)際工作詳細(xì)論述環(huán)境監(jiān)測中有效數(shù)字如何應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】：有效數(shù)字；環(huán)境監(jiān)測；應(yīng)用

環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境管理的基本手段和信息基礎(chǔ)，環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)是衡量和反映環(huán)境管理水平的尺子。新的《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》明確規(guī)定：“監(jiān)測機(jī)構(gòu)及其負(fù)責(zé)人對監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性負(fù)責(zé)。”，可見為各級政府環(huán)境保護(hù)主管部門掌握和評價環(huán)境質(zhì)量狀況并預(yù)測其發(fā)展趨勢，進(jìn)行環(huán)境管理和環(huán)境執(zhí)法提供的監(jiān)測數(shù)據(jù)要真實(shí)，它的準(zhǔn)確性對于環(huán)境監(jiān)測管理更有著非常重要的意義。

在環(huán)境監(jiān)測分析中，為了得到準(zhǔn)確的結(jié)果，不僅要通過正確地進(jìn)行化驗操作來準(zhǔn)確地測定各種數(shù)據(jù)，還要正確地進(jìn)行記錄測量數(shù)據(jù)和正確進(jìn)行計算，這是獲得準(zhǔn)確監(jiān)測結(jié)果另一重要方面，否則，即使實(shí)驗做得再完美，由于錯誤的記錄和計算也不可能報出準(zhǔn)確可靠的結(jié)果。為此，結(jié)合實(shí)際工作談?wù)劖h(huán)境監(jiān)測中有效數(shù)字的應(yīng)用。

1 、分析中原始數(shù)據(jù)的記錄

實(shí)驗分析中原始數(shù)據(jù)必須是用眼睛直接觀察到的，記錄時一要真實(shí)記錄用眼睛能直接觀察到的數(shù)據(jù)，二是正確記錄有效數(shù)字的位數(shù)，三是正確記錄數(shù)據(jù)的單位。

1.1原始數(shù)據(jù)必須是用眼睛直接觀測到的，不能是計算出來的

化學(xué)分析法在重量分析時，用分析天平稱量，因試劑不能直接放在天平盤上，需放在容器中，所以稱量的原始數(shù)據(jù)包括稱量器具的重量和試劑的重量；在容量滴定分析時，無論初讀數(shù)是否是0，原始數(shù)據(jù)都包括初讀數(shù)與終讀數(shù)。

1.2正確記錄有效數(shù)字的位數(shù)

在環(huán)境監(jiān)測分析工作中，涉及監(jiān)測結(jié)果的有效數(shù)字的原始數(shù)據(jù)多為稱量的重量、量取或消耗的體積、吸光值等，記錄這些原始數(shù)據(jù)時，要根據(jù)分析方法及儀器的準(zhǔn)確度等來確定數(shù)據(jù)的有效數(shù)字。記錄測定數(shù)據(jù)時，只保留一位可疑數(shù)字，不得隨意增添和刪減，隨意少記錄或多記錄一位，都不能客觀地反應(yīng)實(shí)際數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

1.2.1天平

天平是定量分析工作中不可缺少的重要儀器，是獲得可靠分析結(jié)果的保證。環(huán)境監(jiān)測分析實(shí)驗室常用的有分析天平、電子天平和托盤天平。在重量稱量過程中用萬分之一的分析天平時，有效數(shù)字可以記錄到小數(shù)點(diǎn)后第四位，即能精確到0.0001克；電子天平是天平中最新發(fā)展的一類天平，稱量快捷，使用方法簡便，稱量時需等天平的數(shù)值完全不會變時再讀取完整數(shù)據(jù)。托盤天平精確度一般為0.1g或0.2g，稱量數(shù)據(jù)記錄到小數(shù)點(diǎn)后第二位。

1.2.2玻璃量器

用玻璃量器量取溶液時，不同量器有效數(shù)字的確定情況各不相同。

刻度移液管（分度吸管、刻度吸管）需保留到最小刻度的下一位，

也就是要讀到最小量程。滴定管和移液管（單標(biāo)線吸管）都能準(zhǔn)確測量溶液體積到0.01mL，數(shù)據(jù)記錄到小數(shù)點(diǎn)后第二位。所以用50滴定管測定溶液體積，如測量體積大于10小于50，應(yīng)記錄為4為有效數(shù)字，例如寫成20.21；小于10 ，應(yīng)記錄為3為有效數(shù)字，例如寫成3.18 mL。當(dāng)用25mL移液管移取溶液時，應(yīng)記錄為25.00mL；當(dāng)用5mL吸取關(guān)系取溶液時，應(yīng)記錄為5.00mL。

容量瓶用于配制一定容量的溶液，一般保留4位有效數(shù)字，不能因為溶液超過或者沒有達(dá)到刻度線而估算改變小數(shù)點(diǎn)后面的數(shù)字。例如當(dāng)用250mL容量瓶配制溶液時，所配溶液體積應(yīng)即為250.0mL；當(dāng)用50mL容量瓶配制溶液時，應(yīng)記錄為50.00mL。

量筒、量杯讀數(shù)到小數(shù)點(diǎn)后一位用小量筒時，數(shù)據(jù)記錄到小數(shù)點(diǎn)后第一位，用大量筒時，數(shù)據(jù)記錄到個位。用于粗略測量溶液濃度的比色管，數(shù)據(jù)記錄到個位。

1.2.3光學(xué)分析法

分光光度法測量時，吸光值記錄到小數(shù)點(diǎn)后三位。

1.3有效數(shù)字與單位的量無關(guān)

計算濃度單位需改變時，其有效數(shù)字位數(shù)不變。

溶液濃度可分為質(zhì)量- 體積濃度、質(zhì)量濃度（如質(zhì)量百分濃度）和體積濃度（如摩爾濃度、當(dāng)量濃度），原始記錄濃度單位通常用質(zhì)量-體積濃度（g/m3、mg/L、μg/L）或質(zhì)量百分比濃度（mg/kg 、g/g） ，而不用體積濃度，表示濃度的PPm、PPb、PPt和質(zhì)量分?jǐn)?shù)也不用于記錄。 例如：測量一樣品汞的含量12.00μg/L，若以mg/L為單位，應(yīng)記作0.1200mg/L，保留4位有效數(shù)字；再如：某樣品中汞的濃度為0.06 mg/L，若以微克每升為單位時應(yīng)記作0.6×102μg/L。

2、 監(jiān)測結(jié)果有效數(shù)字的確定

有效數(shù)字在進(jìn)行具體運(yùn)算時數(shù)值的修約計算按照《數(shù)值修約規(guī)則》（GB/T8170）進(jìn)行，不再贅述。在這里，只談?wù)劖h(huán)境監(jiān)測中監(jiān)測結(jié)果有效數(shù)字運(yùn)算過程中規(guī)律性的內(nèi)容。

在環(huán)境監(jiān)測分析中，結(jié)果往往通常不是由一步測量直接得到的，而是由多個測量值通過計算所確定，每步測量都有誤差，這些誤差最后都要引入分析結(jié)果，因此，計算結(jié)果的誤差必須與測量誤差對結(jié)果的影響相一致。

2.1 分析時若方法規(guī)定用比色管或容量瓶量取體積，此體積值在監(jiān)測結(jié)果計算中當(dāng)常數(shù)看待。

2.2 監(jiān)測結(jié)果的有效數(shù)字所能達(dá)到的數(shù)位，不能超過方法最低檢出濃度的有效數(shù)字所能達(dá)到的位數(shù)。

例如：納氏試劑分光光度法測定水中氨氮，方法最低檢出濃度為0.025mg/L，用此法測定結(jié)果的有效數(shù)字達(dá)到的位數(shù)不能超過小數(shù)點(diǎn)后第三位；酚二磺酸法測定水中硝酸鹽氮，方法最低檢出濃度為0.02mg/L，用此法測定結(jié)果的有效數(shù)字達(dá)到的位數(shù)不能超過小數(shù)點(diǎn)后第二位。

2.3依據(jù)有效數(shù)字運(yùn)算規(guī)則，確定結(jié)果的有效數(shù)字

2.3.1重量分析法

重量分析法中，監(jiān)測結(jié)果的有效數(shù)字一般取決于兩次稱量差值的有效數(shù)字。

2.3.2容量分析法

容量滴定分析中，監(jiān)測結(jié)果的有效數(shù)字一般取決于所消耗的標(biāo)準(zhǔn)溶液量的有效數(shù)字或者是標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量差值的有效數(shù)字。

2.3.3分光光度法

分光光度法分析中，監(jiān)測結(jié)果的有效數(shù)字一般取決于樣品吸光度值的有效數(shù)字?；貧w方程斜率取三位有效數(shù)字參加運(yùn)算。

例如：取50.00 mL水樣分析硝酸鹽氮時，吸光值為0.021，斜率b=0.00899吸光度/微克，則濃度（mg/L） =（0.021/0.00899）/50.00，從計算過程判斷分析結(jié)果應(yīng)為二位有效數(shù)字，即0.047 mg/L，但因該方法最低檢出濃度為0.02 mg/L，故正確地分析結(jié)果應(yīng)是0.05 mg/L。當(dāng)取5.00 mL水樣分析時，吸光值為0.588，用同一曲線，斜率不變，則濃度（mg/L） =（0.588/0.00899）/5.00， 分析結(jié)果應(yīng)為三位有效數(shù)字，即13.1 mg/L。

2.3.4依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（地方）的標(biāo)準(zhǔn)值確定數(shù)據(jù)有效數(shù)字。

監(jiān)測值與國家標(biāo)準(zhǔn)（地方）的標(biāo)準(zhǔn)值比較時，監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)字位數(shù)多余標(biāo)準(zhǔn)值的位數(shù)，應(yīng)據(jù)此做出超標(biāo)與否的判定。例如國家標(biāo)準(zhǔn)給出標(biāo)準(zhǔn)值8 mg/L，而監(jiān)測數(shù)據(jù)8.23 mg/L，若判為超標(biāo)，顯然判定者把標(biāo)準(zhǔn)值理解為8.00 mg/L，這樣就出現(xiàn)了因有效數(shù)字位數(shù)而引起執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的寬嚴(yán)問題，應(yīng)予以注意。

3 、應(yīng)注意其他問題

3.1正確選用量器

用玻璃量器量取溶液或樣品時，管徑越粗，其精確度越小，實(shí)驗中應(yīng)根據(jù)所取溶液或樣品體積，盡量選用能一次量取的最小規(guī)格的器量。

3.2正確確定樣品用量

在日常分析中，當(dāng)樣品中待測物質(zhì)濃度大需稀釋后分析，若用分光光度法，應(yīng)使稀釋后的樣品吸光值達(dá)到三位有效數(shù)字，測定結(jié)果才準(zhǔn)確；若用容量法分析，應(yīng)是所消耗的標(biāo)準(zhǔn)溶液體積達(dá)四位有效數(shù)字。例如：用納氏試劑分光光度法測定水中氨氮，樣品稀釋100倍后取水樣50.00 mL測定，吸光值為0.008，這樣計算出的樣品濃度只有一位有效數(shù)字，顯然是不合理的。

3.3注意分析過程中的誤差

在整個分析過程中每一步驟的誤差都應(yīng)小于方法的準(zhǔn)確度可達(dá)到的誤差，分析結(jié)果的準(zhǔn)確度不得高于分析過程中各步驟中誤差最大的哪一步的準(zhǔn)確度。

例如，在分析樣品時，取樣誤差為1%，吸光度誤差為10%，則分析結(jié)果的準(zhǔn)確度不會高于比色中吸光度的準(zhǔn)確度。

3.4注意標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗量

容量滴定分析中，標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗量若是以差值的量參加計算，應(yīng)使滴定差值保持的有效數(shù)字位數(shù)良好，以保證結(jié)果的準(zhǔn)確度。

例如，重鉻酸鉀法測定化學(xué)需用量，樣品濃度高稀釋后分析，若空白消耗硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液V0=26.60mL，某甲將樣品稀釋后滴定消耗硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液V1=16.60mL，V0與V1的差值為10.00，則結(jié)果可取四位有效數(shù)字；某乙將樣品比甲稀釋倍數(shù)大，滴定時消耗硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液V2=18.00mL，V0與V2的差值為8.60，則結(jié)果可取三位有效數(shù)字。

3.5注意樣品稀釋后取樣

樣品稀釋后取樣需根據(jù)稀釋過程中所用量器確定取樣量的有效數(shù)字參加計算。

總結(jié)：在環(huán)境監(jiān)測分析工作中，不但要正確表達(dá)數(shù)值的大小，而且還要正確表達(dá)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度，對有效數(shù)字的正確理解和應(yīng)用是一個不容忽視的重要問題。

[參考文獻(xiàn)]： 化學(xué)工業(yè)出版社，環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量保證手冊化學(xué)工業(yè)出版社，化驗員讀本

【作者簡介】

姓名：王愛春（1970.05--）；性別：女，籍貫：黑龍江省哈爾濱市人，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于濰坊學(xué)院；現(xiàn)有職稱：中級工程師；研究方向：環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理；