環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備量值溯源的確認(rèn)研究

李微艷 孫玉桃 李海露 楊 茜 韓麗麗

湖南省土壤肥料研究所 湖南 長沙410125

環(huán)境監(jiān)測過程中會使用到大量儀器設(shè)備，涉及到量值溯源這一專業(yè)概念，但目前在進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測時，部分工作人員對于量值溯源的認(rèn)知僅停留在儀器設(shè)備檢定這一層面，量值溯源的概念、實(shí)施方法等并沒有更加深入的認(rèn)知，導(dǎo)致量值溯源檢定、校準(zhǔn)等環(huán)節(jié)無法更加有效展開，影響到環(huán)境監(jiān)測量值統(tǒng)一性。鑒于此，下面重點(diǎn)分析環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備量值溯源確認(rèn)方法。

1 儀器檢定方案

環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備需檢定，一般包括首次檢定、周期性檢定、修理后檢定三種檢定模式，檢定要求如下：第一，首次檢定。影響環(huán)境監(jiān)測結(jié)果的儀器設(shè)備需要在正式使用之前組織檢定與校準(zhǔn)，滿足參數(shù)要求后可以投入正常使用，例如新采購設(shè)備、借出后返還設(shè)備等；第二，周期性檢定。處在使用狀態(tài)下的儀器設(shè)備，根據(jù)量值溯源關(guān)系展開周期性檢定，檢定內(nèi)容包含儀器設(shè)備型號與準(zhǔn)確度、原檢定證書的編號與使用期限、檢定時間等；第三，儀器設(shè)備維修之后，需要及時進(jìn)行檢定，確保合格之后可以投入使用。

2 環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備量值溯源確認(rèn)

2.1 量值溯源前確認(rèn) 在國家強(qiáng)制檢定目錄中的所有計量器具，要求由法定計量檢定機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)計量檢定工作，明確量值溯源，不屬于國家強(qiáng)制檢定目錄的計量器具，建議采用校準(zhǔn)的方式完成量值溯源。實(shí)施校準(zhǔn)操作時，需要選擇資質(zhì)高的計量檢定機(jī)構(gòu)合作，也可以自行校準(zhǔn)。儀器設(shè)備正式量值溯源前，應(yīng)該有科學(xué)可行的實(shí)施方案，如果是與計量單位合作，還應(yīng)該提前考察計量單位的資質(zhì)，確認(rèn)送檢儀器設(shè)備校準(zhǔn)因子，做好量值溯源的準(zhǔn)備工作[1]。

例如針對液相色譜原子熒光聯(lián)用儀實(shí)施量值溯源確認(rèn)，該儀器設(shè)備聯(lián)用狀態(tài)下可進(jìn)行無機(jī)砷檢測。若出現(xiàn)液相色譜無法繼續(xù)運(yùn)行，但原子熒光部分可正常使用的情況，那么需要優(yōu)化檢定計劃，要求單獨(dú)校準(zhǔn)原子熒光部分，可以避免資源浪費(fèi)[2]。另外，原子熒光儀的校準(zhǔn)，計量單位可以根據(jù)不同元素實(shí)施，以保證最終校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 量值溯源后確認(rèn)

2.2.1 證書 環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備的量值溯源確認(rèn)，要有完整且滿足規(guī)范要求的檢定校準(zhǔn)證書，也可以將其視為檢驗(yàn)檢測報告，其中需要包含如下內(nèi)容：①證書編號；②客戶名稱；③檢定與校準(zhǔn)單位；④被檢定校準(zhǔn)儀器設(shè)備信息；⑤檢定校準(zhǔn)專用章；⑥三級審核簽字；⑦檢定校準(zhǔn)日期與有效期。

檢定校準(zhǔn)的內(nèi)容包括設(shè)備的名稱與編號，計量機(jī)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)器與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)相關(guān)信息，例如名稱、編號、測量范疇、準(zhǔn)確度、最大允許誤差以及溯源有效時間等。另外，檢定規(guī)程中要求的檢定項(xiàng)目、最終檢定結(jié)果、校準(zhǔn)項(xiàng)目結(jié)果、測量不確定度等也是證書中的關(guān)鍵性內(nèi)容，其中包括儀器設(shè)備的外觀、計量性能、示值誤差、校準(zhǔn)值、示值誤差等[3]。

2.2.2 檢定與校準(zhǔn)依據(jù) 量值溯源檢定嚴(yán)格按照檢定規(guī)程展開，校準(zhǔn)依據(jù)為校準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范。實(shí)施檢定之前應(yīng)該先檢查計量機(jī)構(gòu)參考依據(jù)的有效性，隨后在規(guī)程中確定被檢定儀器設(shè)備所屬種類，確保儀器設(shè)備在可檢查范疇內(nèi)[4]。提供的校準(zhǔn)證書是以國家計量校準(zhǔn)規(guī)范為依據(jù)，也可以按照非強(qiáng)制檢定計量器具參考的計量檢定規(guī)程實(shí)施檢定，或者其他已經(jīng)明確的校準(zhǔn)方式，通常量值溯源中前兩種方式比較常見。

我國相關(guān)部門發(fā)布的國家計量技術(shù)規(guī)范以計量檢定規(guī)程為主，而非國家計量校準(zhǔn)規(guī)范?，F(xiàn)行校準(zhǔn)規(guī)范體系需要在研究、實(shí)踐中不斷完善與優(yōu)化，才能夠滿足高精端儀器設(shè)備檢定要求。按照檢測校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室操作規(guī)范，量值溯源確認(rèn)操作過程中，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)要以客戶需求為前提，選擇適合的校準(zhǔn)方式。但是很多客戶提出儀器設(shè)備校準(zhǔn)要求時，并未明確規(guī)定方法，建議首先采用行業(yè)內(nèi)通行的規(guī)范校準(zhǔn)方法，要求采用校準(zhǔn)方法的有效性與規(guī)范性，滿足被校準(zhǔn)儀器設(shè)備校準(zhǔn)要求。

2.2.3 檢定校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備計量要具備溯源性，即要求文件規(guī)定中校準(zhǔn)鏈不能出現(xiàn)間斷的現(xiàn)象，獲得的測量結(jié)果和參照對象關(guān)聯(lián)之后，測量結(jié)果必須要滿足溯源性要求，實(shí)現(xiàn)這一標(biāo)準(zhǔn)的有效方法便實(shí)際檢定校準(zhǔn)。在檢定校準(zhǔn)證書中一般會明確指出檢定校準(zhǔn)需要參照的技術(shù)參數(shù)，其中包含計量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度等級、最大允許誤差以及測量范疇，針對標(biāo)準(zhǔn)器、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的檢定校準(zhǔn)，需要選擇級別較高的被測量儀器設(shè)備[5]。

量值溯源確認(rèn)方面，檢定校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)應(yīng)該滿足如下要求：①溯源采用標(biāo)準(zhǔn)器、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可以溯源到國家計量基準(zhǔn)范疇，并且滿足有效時間；②證書中列出的計量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度等級、最大允許誤差應(yīng)該滿足或者超過被測量儀器設(shè)備規(guī)定；③參考計量標(biāo)準(zhǔn)測量范疇要求包含被測量儀器設(shè)備測量范疇。

2.2.4 檢定與校準(zhǔn)參數(shù) 檢定證書設(shè)定的檢定參數(shù)，要求以檢定規(guī)程為依據(jù)事實(shí)檢查與確認(rèn)，校準(zhǔn)證書中給出的結(jié)果是校準(zhǔn)項(xiàng)目與結(jié)果，提供測量不確定度。建議將證書結(jié)果、溯源方案中涉及到的校準(zhǔn)因子對比分析，校準(zhǔn)項(xiàng)目與結(jié)果符合儀器設(shè)備規(guī)定。因?yàn)樾?zhǔn)證書包括大量測量數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)室結(jié)合需求選擇重要數(shù)據(jù)展開評價。環(huán)境監(jiān)測需要用到液相色譜原子熒光聯(lián)用儀等復(fù)合儀器設(shè)備，該儀器設(shè)備同時具備原子熒光光度計、液相色譜儀功能，溯源期間結(jié)合實(shí)際要求確定指標(biāo)、參數(shù)即可。例如隔水式恒溫培養(yǎng)箱的校準(zhǔn)，不確定度/準(zhǔn)確度設(shè)定為A 級，校準(zhǔn)溫度為20°，濕度為60%RH，最終得出校準(zhǔn)結(jié)果如下：(1)設(shè)定溫度：41℃；(2)顯示溫度：41℃；(3)多點(diǎn)實(shí)測溫度：40.0℃、40.1℃、40.0℃、40.4℃、40.2℃；(4)溫度偏差：1.0℃；(5)溫度波動度0.1℃；(6)溫度均勻度：0.4℃；(7)校準(zhǔn)結(jié)果不確定度：U=0.3℃，k=2。

2.2.5 儀器設(shè)備性能規(guī)范 環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備的量值溯源，要求使用的配置儀器設(shè)備滿足性能方面的規(guī)定，其中包括測量操作的重復(fù)性、靈敏性、分辨率等。立足于量值溯源確認(rèn)，對于儀器設(shè)備性能的要求，可以設(shè)備最大允許誤差與示值誤差等層面實(shí)施評價。其中最大允許誤差主要是通過校準(zhǔn)規(guī)定、檢定規(guī)程、儀器設(shè)備產(chǎn)品說明書中設(shè)定的允許誤差極限值決定，也可以稱作儀器設(shè)備允許誤差限。另外，最大允許誤差(MPE)包括上、下限兩種，也可以稱作對稱限，符號為“±”，可以采用絕對誤差、相對誤差、示值誤差等形式表示，如果使用絕對誤差表示，MPE 不會受示值大小影響發(fā)生改變，環(huán)境監(jiān)測類儀器設(shè)備的量值溯源中十分常用。以500 mL單標(biāo)線容量瓶儀器設(shè)備為例，其最大允許誤差A(yù)、B級分別是±0.25mL、0.50mL；0.02級實(shí)驗(yàn)室酸度計的最大允許誤差是±0.02(pH)[6]。示值誤差為儀器設(shè)備示值、計量標(biāo)準(zhǔn)量值的差。一般校準(zhǔn)證書中會選擇絕對誤差，評價方法分為兩種，第一種是最大示值誤差小于最大允許誤差，該評定方式要求儀器設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的示值可以直接讀取或使用，第二種則是實(shí)際值測量不確定度小于最大允許誤差，該評定方式要求儀器設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下讀數(shù)必須結(jié)合修正值。按照檢定規(guī)程評定儀器設(shè)備的性能，如果規(guī)程規(guī)定檢定點(diǎn)示值誤差必須小于任意級別最大允許誤差，那么便可以判定示值誤差滿足該級別準(zhǔn)確度規(guī)定，無須將示值誤差評定測量不確定度這一因素可能造成的影響考慮其中，示值可以直接應(yīng)用，只需參照標(biāo)準(zhǔn)方法、技術(shù)參數(shù)規(guī)定與實(shí)驗(yàn)室使用計量要求進(jìn)行確認(rèn)即可。如果確定檢定合格，但是結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)方法、技術(shù)規(guī)范、實(shí)驗(yàn)室設(shè)定使用計量規(guī)定不符，建議采用降級使用的方式。

與此同時，因?yàn)闇y量儀器設(shè)備所呈現(xiàn)的最大示值誤差絕對值|△max|≤|MPE|和示值誤差擴(kuò)展不確定度的差值，其中示值誤差擴(kuò)展不確定度用U 表示，即可認(rèn)定儀器設(shè)備測定合格，用|△max|≤|MPE|-U。如果儀器設(shè)備與對應(yīng)等級的判定要求不符，可以在加修正值的基礎(chǔ)上予以使用，保證修正值不確定度小于儀器設(shè)備最大允許誤差、實(shí)驗(yàn)室預(yù)期使用要求即可，正式使用之前還需要判斷儀器設(shè)備的規(guī)范性，按照U≤|MPE|、|YSY|進(jìn)行判定，其中YSY 代表實(shí)驗(yàn)室預(yù)期使用計量要求。

以電熱恒溫干燥箱這一儀器設(shè)備的量值溯源確認(rèn)為例，計量部門提供校準(zhǔn)證書中包括數(shù)據(jù)如下：①如果設(shè)定值是100℃，實(shí)測值是99℃，U為0.3℃，k=2。實(shí)驗(yàn)室在該操作條件下的預(yù)期使用要求設(shè)定中溫度偏差范圍如下：±0.8℃，|△max|＞|MPE|-U，代入數(shù)值之后公式為1＞0.8 -0.3 (=0.5 )(℃)。根據(jù)數(shù)據(jù)分析可知，該儀器設(shè)備與規(guī)定不符，可以通過加修正值的方式運(yùn)用，將設(shè)定值參數(shù)調(diào)整為101℃，可以保證恒溫干燥箱在100℃環(huán)境下依然滿足預(yù)期使用要求，即可完成環(huán)境監(jiān)測工作。

3 結(jié)語

綜上所述，環(huán)境監(jiān)測工作中需要用到的儀器設(shè)備只有經(jīng)過量值溯源確認(rèn)，才能夠保證最終檢定結(jié)果滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，從而為儀器設(shè)備的運(yùn)行提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)支持，編制儀器設(shè)備檢定計劃，定期組織環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備檢驗(yàn)，制定完善、可行的環(huán)境監(jiān)測方案，深入落實(shí)環(huán)境監(jiān)測工作，提高環(huán)境質(zhì)量。