測量不確定度在檢測實(shí)驗(yàn)室中的運(yùn)用研究

摘 要：本文介紹了測量不確定度的基本概念與常規(guī)方法，闡述了測量和測量誤差兩者的差別，利用重量法檢測生活飲用水內(nèi)懸浮物的不確定度評定方法，希望能分享經(jīng)驗(yàn)與方法，共同優(yōu)化飲用水等食品檢測工作質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：食品安全;生活飲用水;不確定度評定;實(shí)驗(yàn)檢測

Abstract：This paper introduces the basic concept and conventional methods of measurement uncertainty， expounds the difference between measurement and measurement error， and uses gravimetric method to evaluate the uncertainty of suspended solids in drinking water， hoping to share experience and methods， and jointly optimize the quality of food testing such as drinking water.

Key words：Food safety; Drinking water; Uncertainty evaluation; Experimental detection

中圖分類號：X832

近些年，測量不確定度在實(shí)驗(yàn)室檢測領(lǐng)域中有較廣泛應(yīng)用。測量不確定度可以理解為度量檢測結(jié)果可能存有的誤差，其也是定量闡明檢測結(jié)果品質(zhì)優(yōu)良的重要指標(biāo)，故而是一個和測量結(jié)果密切相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。一個完整的檢測結(jié)果，不僅要給出被測量對象的最佳預(yù)測值，還需給出測量結(jié)果的不確定度，全部的不確定度分量均為分散性服務(wù)，包括和修正值、參照測量標(biāo)準(zhǔn)存在相關(guān)性的分量。目前不確定度涉及很多新術(shù)語及數(shù)理統(tǒng)計學(xué)有關(guān)內(nèi)容，復(fù)雜度較高且不容易操作，這在無形中增加了不確定度評定工作量。筆者通過回顧既往自身實(shí)驗(yàn)室工作歷程，對不確定度評定相關(guān)內(nèi)容作出整理分析。

1 測量不確定度評定的常規(guī)方法

在業(yè)內(nèi)，采用標(biāo)準(zhǔn)差表示的測量不確定度被稱為測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度，其通常涵蓋數(shù)個分量，一些分量能夠評定測量列結(jié)果作出統(tǒng)計分析的方法，被稱為A類不確定度評定，采用標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)識;而其他一些分量是以經(jīng)驗(yàn)或他類信息為基礎(chǔ)，采用非統(tǒng)計方法做出評定，稱為B類不確定度評定。從某種層面上分析，隨機(jī)效應(yīng)影響著測量不確定度，如果已經(jīng)辨識出的系統(tǒng)評定缺乏完善性，進(jìn)而對最佳預(yù)測值無法確定的程度[1]。

在辨識不確定度始源以后，應(yīng)預(yù)估與不確定度相關(guān)的各個分量，針對那些小于最大分量1/3的分量，只有在該類分量數(shù)目繁多時才進(jìn)行仔細(xì)評估，應(yīng)將工作的側(cè)重點(diǎn)放置于辨識與認(rèn)真評估那些重要分量層面上，尤其是占據(jù)支配地位的分量。

2 檢測實(shí)驗(yàn)室對測量不確定度評定提出的標(biāo)準(zhǔn)要求國家標(biāo)準(zhǔn)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》（GB/T 5750.4-2006）[2]內(nèi)針對檢測報告明確做出適時評定檢測不確定度的內(nèi)容，若不確定度和檢測結(jié)果的實(shí)用性或者應(yīng)用相關(guān)聯(lián)，或者客戶群體明文做出要求，或者不確定度對規(guī)范約束的相符性形成影響時，檢測報告內(nèi)還需要囊括和不確定度相關(guān)的信息。

正因如此，在管理體系運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，檢測實(shí)驗(yàn)室工作人員要高度重視測量不確定度評定工作，進(jìn)而最大限度地迎合客戶、廣大消費(fèi)者及其他各個相關(guān)方的期許與主觀需求。

3 測量不確定度和測量誤差之間的差別

從定義層面上分析，測量誤差是測量結(jié)果和真值的差，其將真值或約定值設(shè)為中心，測量誤差是一個理想化概念，通常無法獲得精確值，不能定量化;而測量不確定度是將被測量的估計值設(shè)為中心，其呈現(xiàn)出的是測量人員對被測量真值在某個量值范疇中做出的估測，其可以進(jìn)行定量評定。本文從如下幾個方面闡述測量不確定度和測量誤差的區(qū)別。

可操作性。測量不確定度可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)、材料、理論分析及既往經(jīng)驗(yàn)等做出分析評估，科學(xué)設(shè)定測量不確定度的置信區(qū)間與置信水準(zhǔn)，由權(quán)威國際組織擬編了測量不確定度統(tǒng)一的評定與表示方法，即GUM，可操作性較強(qiáng)。而對于測量誤差而言，因?yàn)檎嬷凳俏粗獢?shù)，故而無法得到測量誤差的具體值，尚未形成統(tǒng)一的評定方法。

闡述方法。測量不確定度完整的闡述由測量結(jié)果的置信區(qū)間及測量結(jié)果落在該置信區(qū)間中的置信概率構(gòu)成。測量誤差是一個帶有正負(fù)號的確切數(shù)值。

合成方法。當(dāng)不確定度分量相互獨(dú)立無關(guān)聯(lián)時，可以采用方和根方法合成反正要考慮到有關(guān)項。誤差等于系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差之和，由不同誤差分量的代數(shù)和計算出的。

4 重量法檢測水內(nèi)懸浮物的不確定度評定

4.1 獲得檢測結(jié)果

依照《檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》[3]內(nèi)設(shè)定的操作規(guī)程完成檢測，針對同種樣品分別提取10份，重復(fù)進(jìn)行10次檢測，利用公式（1）測算水中懸浮物含量C[4]：

（1）

公式（1）中，C-懸浮物含量，單位為mg·L-1;

A-懸浮物+濾膜+稱量瓶重，單位為g;B-濾膜+稱量瓶重，單位為g;V-試樣體積，單位為mL。

懸浮物含量C見表1。

4.2 測量不確定度的始源

測量不確定度的始源有：①由稱量引入的不確定度。②由水樣取樣體積引進(jìn)的不確定度。③重復(fù)測量試樣引進(jìn)的不確定度。其中，①、②隸屬于B類評定的范疇，③屬于A類評定[5]。

4.3 評估不確定度分量

（1）因重復(fù)測量樣品而引入的不確定度。針對同一樣品，依照GB/T 5750.4-2006內(nèi)規(guī)定要求均勻的提取10份，在互為獨(dú)立的條件下重復(fù)檢測10次，

10次檢測后測算出平均值為104 mg·L-1。①取舍可疑數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)研究過程中，經(jīng)常會遇到檢測到一組數(shù)據(jù)內(nèi)有部分?jǐn)?shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)存在較大差異的情況，若有確切理由證實(shí)其是因過失偏差引起的，則可以將其舍棄。否則，如果僅是為維持結(jié)果統(tǒng)一性而盲目丟舍，則是錯誤的。在測評不確定度前，應(yīng)先檢測檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。依照置信水平為95%，自由度f=n-1=9，采用格魯布斯法檢驗(yàn)，依照從小到大的順序排列檢測值，有C1

（2）稱量引進(jìn)的不確定度。①天平校準(zhǔn)時引進(jìn)的不確定度u1（w）。本試驗(yàn)研究中天平允許偏差最大值MPE=±0.1 mg，考慮均勻分布的問題，包含因子k=，由電子天平校準(zhǔn)產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1（w）=0.58 mg。②天平顯示值的分辨力引進(jìn)的不確定度u2（w）。通過閱讀天平說明書可以了解到其分辨力是0.1 mg，遵照勻稱分布規(guī)律，區(qū)間半寬a為0.05 mg，包含因子k=，由此測算出引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2（w）=0.029 mg。③測量引入的合成不確定度u（w）=0.091 6 mg[8]。

整合如上運(yùn)算，測得由稱量引起的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel=8.9×10-3。

（3）取樣體積引入的不確定度。①100 mL單標(biāo)線移液管引進(jìn)的不確定度。允許偏差是±0.08 mL，依照勻稱分布考慮，由此引進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1（V1）=0.046 mL。

②水樣溫差引進(jìn)的不確定度。在本次試驗(yàn)研究中，水樣溫差的變化范圍為±3 ℃時，引入的體積改變時[5]：2.90×10-4×3×100=0.63 mL。依照勻稱分布考慮問題，由水樣溫差改變引進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（V2）=0.036 mL。

綜合如上測算內(nèi)容，由取樣體積引起的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel=5.85×10-2。

4.4 確定合成不確定度

依照不確定度傳導(dǎo)規(guī)律進(jìn)行合成，測算出相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度Urel=1.97×10-2。

標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（C）=濃度×Urel=104×1.97×10-2=2.05 mg·L-1。

4.5 拓展不確定度

依照正態(tài)分布分析問題，包含因子k=2，則拓展不確定度U=k×u（C）=2×2.0 mg·L-1=4.10 mg·L-1≈4.0 mg·L-1[9]。

4.6 生成測量結(jié)果與不確定度報告

水樣懸浮物的測量結(jié)果是104 mg·L-1，相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為1.97×10-2，拓展不確定度是4.0 mg·L-1，由相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘以包含因子k=2作出，提供大概95.0%的包含率。

5 結(jié)語

通常狀況下，常規(guī)的理化實(shí)驗(yàn)室采用重量法檢測評定不確定度，有便于操作、快速等優(yōu)勢。在重復(fù)條件下所獲取測量列的不確定度和其他評定方法獲得的結(jié)果更具客觀性，且在統(tǒng)計學(xué)層面上有嚴(yán)謹(jǐn)性特征，但需要有較多的重復(fù)評定頻次。另外，在該測量程序內(nèi)重復(fù)觀測值并不是以簡易形式進(jìn)行數(shù)次讀數(shù)，而是要確保不同測量過程之間的獨(dú)立性。

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作者簡介：王珊妹（1979—），女，本科，檢驗(yàn)技師;研究方向?yàn)槭称焚|(zhì)量管理。