環(huán)境監(jiān)測中儀器分析方法不確定度的評估探討

摘要：本文以環(huán)境監(jiān)測為背景，分析了儀器分析方法不確定度評估誤差來源，并從儀器分析方法不確定度評估模型構(gòu)建、儀器分析方法不確定度數(shù)據(jù)處理等方面，結(jié)合實際環(huán)境監(jiān)測儀器分析方法不確定度評估案例，對環(huán)境監(jiān)測中儀器分析方法不確定度評估方法進行了深入探究，以期為環(huán)境監(jiān)測儀器分析方法不確定度評估科學(xué)性的提升提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測;儀器分析方法;不確定度

中圖分類號：X85 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）05-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.05.092

Abstract： Based on environmental monitoring， this paper analyzes the source of error in the uncertainty assessment of instrumental analysis methods. And from the instrument analysis method uncertainty evaluation model construction，instrument analysis method uncertainty data processing and so on. Combined with the actual environmental monitoring instrument analysis method uncertainty evaluation case， the method of uncertainty assessment of instrument analysis method in environmental monitoring is deeply explored， in order to provide a basis for the scientific improvement of the uncertainty assessment of environmental monitoring instrument analysis method.

Keywords：Environmental monitoring;Instrumental analysis method; Uncertainty

“提供可以代表環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及變化趨勢的數(shù)據(jù)”，是環(huán)境監(jiān)測的核心內(nèi)容。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)是判斷環(huán)境質(zhì)量、分析階段環(huán)境問題、制定環(huán)境管理方案的主要依據(jù)，其質(zhì)量直接影響了環(huán)境后期管理工作效率。因此，為彌補環(huán)境監(jiān)測中儀器分析方法準確度及誤差缺陷，對環(huán)境監(jiān)測中儀器分析方法不確定度進行適當(dāng)分析具有非常重要的意義。

1 環(huán)境監(jiān)測中儀器分析方法不確定度概述

儀器分析方法不確定度主要是儀器分析方法測量數(shù)據(jù)的分散性，其根據(jù)環(huán)境質(zhì)量的變化而動態(tài)變化。儀器分析方法不確定度評估需要遵循精確度高、嚴密分析的原則，即要求數(shù)據(jù)具有較高的精確度。但是由于人為因素影響，儀器分析方法不確定度評估過程中會產(chǎn)生誤差，因此，在儀器分析方法不確定度評估過程中，需要遵循科學(xué)合理的原則，以保證環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)可代表實際環(huán)境變化的真實情況[1]。

2 環(huán)境監(jiān)測中儀器分析方法不確定度評估誤差來源

儀器分析方法不確定度測量過程中產(chǎn)生的誤差主要包括系統(tǒng)誤差、人為誤差兩種類型，其中系統(tǒng)誤差主要由原子吸收儀自身因素導(dǎo)致，而人為誤差主要是在測量過程中，由于測量人員不了解正確數(shù)據(jù)處理方法導(dǎo)致的數(shù)據(jù)真實度不足的情況。

3 環(huán)境監(jiān)測中儀器分析方法不確定度的評估措施

3.1 儀器分析方法不確定度模型構(gòu)建

在環(huán)境監(jiān)測過程中，不確定度主要采用原子吸收光譜進行分析，即利用分光光度計，進行環(huán)境中被測量元素含量測量。隨后依據(jù)元素含量水平，進行標準曲線圖的繪制。通過標準曲線圖，環(huán)境監(jiān)測人員可以確定環(huán)境中不確定度。結(jié)合標準數(shù)值校正，可得出準確的評估結(jié)果。在實際環(huán)境監(jiān)測儀器分析方法不確定度評估過程中，原子吸收光譜不確定度分析模型主要為：測量元素實際含量=測量元素溶液濃度與對照空白溶液濃度差*被測量元素溶液體系/被測量元素質(zhì)量。

3.2 儀器分析方法不確定度數(shù)據(jù)處理

儀器分析方法不確定度計算環(huán)節(jié)較復(fù)雜，其涉及了多種分量的處理。因此，在實際儀器分析方法不確定度評估過程中，檢測人員需要選擇關(guān)鍵分量數(shù)據(jù)，對相關(guān)分量進行綜合處理，保證儀器分析方法不確定度評估的真實性及有效性[2]。

3.3 儀器分析方法不確定度實例評估

本次試驗主要以環(huán)境監(jiān)測水質(zhì)分析中重金屬鋅含量測試全過程不確定來源為目標，具體如下：

首先，實驗儀器及試劑選擇。本次試驗用儀器主要為美國熱電的儀器S4AASystem型原子吸收分光光度計及梅特勒AB104-S型電子天平。其中原子吸收分光光度計主要模塊為鋅空心陰極燈，光譜通帶為0.40nm，乙炔流量為1.8L/min，空氣流量為10.0L/min。

本次試驗主要用試劑為優(yōu)級純高氯酸、優(yōu)級純硝酸。

其次，測量方法及結(jié)果評定。在具體測試過程中，首先需要進行鋅標準用溶液的配置，鋅標準用溶液主要采用1000mg/L的鋅標準溶液，取鋅標準溶液10.00mL置于1000mL容量瓶中，采用（1+499）硝酸溶液，定容至刻度線;隨后取6支100mL容量瓶，分別吸取0.00mL、0.50mL、1.00mL、3.00mL、5.00mL、10.00mL鋅標準用溶液，采用（1+499）硝酸溶液定容至刻度線，混合均勻后備用;隨后依據(jù)《水質(zhì)銅、鉛、鋅、鎘的測定原子吸收分光光度法》（GB/T 7475-1987）中關(guān)于廢水中鋅含量相關(guān)規(guī)定，將樣品混勻后量取100.0mL，置于200mL燒杯內(nèi);加入5mL硝酸，在電熱板上加熱消解，確保樣品不沸騰，蒸至10mL左右，加入5mL硝酸和2mL高氯酸，再蒸至1mL左右;取下冷卻，加水溶解殘渣，通過中速濾紙（預(yù)先用酸洗）濾入100mL容量瓶中，用水稀釋至標線;重復(fù)測量五次后進行結(jié)果分析。

再次，分析方法不確定度評估。依據(jù)污水中鋅含量計算公式，可得原子吸收分光光度法分析不確定度合成公式為：[標準溶液配置引入不確定度2+標準用溶液配置引入不確定度2+標準曲線系列配置量器引入不確定度2]1/2。根據(jù)以上公式可得本次測量不確定度主要來源為樣品消化液濃度、電子天平樣品稱取質(zhì)量、樣品含水率、消化液定容體積幾個模塊[3]。其中在標準溶液配置模塊引起的不確定度主要為總鋅標準濃度不確定度，儀器提供不確定度證書為1.1%，將整體實驗數(shù)據(jù)以矩形排列，可知總鋅標準溶液濃度相對不確定度為：1.25%/31/2=0.005589。

在標準鋅使用液配置階段引入的不確定度主要包括單標線移液管不確定度、250mL容量瓶不確定度兩個模塊。其中制造商提供5.0mL單標線移液管容量允許誤差為±0.01mL，依據(jù)均勻分布可得標準不確定度為1.1*10-3;而制造商提供250mL容量瓶容量允許誤差為0.20mL。依據(jù)均勻分布原則，可得容量瓶引入不確定度為：0.20/31/2/250=2.8556*10-4。

標準曲線系列配置刻度管單次引入不確定度允許誤差為±0.025mL，依據(jù)均勻分布原則，可得出標準曲線系列配置刻度管單次相對不確定度為0.025/31/2=0.0145。按標準系列移取5次、總移取體系偏差為25.0計算，可得出標準曲線系列配置量器不確定度為0.0135*51/2/25.0=6.2565*10-3。標準曲線擬合引入不確定度主要依據(jù)擬合回歸方程式：y=0.1272x+0.008進行計算，標準曲線擬合引入相對標準不確定度分析階段，需要綜合考慮標準系列點數(shù)、測量樣品次數(shù)、標準系列鋅濃度平均值、標準系列各點鋅濃度、測量消化樣品與空白后濃度均值差等因素，最終擬合計算的標準曲線擬合相對標準不確定度為9.03*10-3。儀器分析引入相對不確定度主要依據(jù)儀器檢定證書相對標準偏差，以相對標準偏差為1.8%進行計算，可得儀器分析引入相對不確定度為0.84*10-2。

稱量天平引入不確定度計算過程中，由于標準樣品稱重量為0.100g，試驗用電子天平稱量變動性標準偏差、天平校正不確定度均為稱量不確定度來源。其中稱量變動性標準偏差為0.05mg，依據(jù)均勻正態(tài)分布公式可得其不確定度為0.05/31/2=0.02956;依據(jù)儀器檢測證書給出的最大偏差0.25mg，可得天平校正均勻分布換算標準偏差為0.25/31/2=0.14656。相對標準不確定度為0.145/0.29=2.0。

最后，不確定度合成及擴展。代入以上數(shù)值，可得出樣品合成相對標準不確定度為1.8556*10-2。若擴展因子為1.5，則擴展不確定度為1.5*1.86*10-2=0.027256。

4 總結(jié)

綜上所述，化學(xué)分析是環(huán)境質(zhì)量檢測的重要方式，化學(xué)分析儀器誤差、人為操作誤差等因素，均會影響環(huán)境監(jiān)測效果。因此，在環(huán)境監(jiān)測儀器分析方法應(yīng)用過程中，相關(guān)人員需要依據(jù)具體監(jiān)測項目，綜合分析樣品消化液濃度、電子天平樣品稱取質(zhì)量、樣品含水率、消化液定容體積等因素，對化學(xué)分析過程中各模塊不確定度進行合成分析，并適當(dāng)擴展，保證化學(xué)分析實驗結(jié)果準確性。

參考文獻

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收稿日期：2019-02-15

作者簡介：徐苗（1981-），女，漢族，本科學(xué)歷，環(huán)保工程師，研究方向為環(huán)境監(jiān)測。