煤炭檢測實驗室檢測質量控制方法研究

王化陽

(1.國家煤炭質量監(jiān)督檢驗中心；2.煤炭科學技術研究院有限公司檢測分院；3.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013)

煤炭在相當長時間內(nèi)依然是我國最重要的能源資源[1]，煤炭消費結構正在由粗放、低效向高質量新常態(tài)發(fā)展轉變[2]。2014年9月3日，六部委聯(lián)合發(fā)布的《商品煤質量管理暫行辦法》規(guī)定，煤炭生產(chǎn)、加工、儲運、銷售、進口、使用企業(yè)是商品煤質量的責任主體，分別對各環(huán)節(jié)商品煤質量負責[3]。煤炭檢測實驗室作為煤炭質量檢測的主體和煤質數(shù)據(jù)的提供者，必須認識到煤炭檢測工作的重要性，加強煤炭檢測全過程質量控制，為煤炭生產(chǎn)、銷售和高效清潔利用提供準確、客觀、公正的檢測數(shù)據(jù)。

我國從事煤炭檢測的實驗室有數(shù)千家，各實驗室檢測質量管理水平良莠不齊，主要表現(xiàn)在人員專業(yè)水平不高，操作不規(guī)范；設備管理不規(guī)范，檢定/校準未經(jīng)有效確認；檢測方法單一，標準方法查新不及時；檢測項目不齊全，經(jīng)驗公式估值代替實測；實驗區(qū)域設置不合理，檢測環(huán)境監(jiān)控不到位等。實驗室檢測過程中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差都會對數(shù)據(jù)的準確可靠性產(chǎn)生影響[4-6]。

以下從煤炭檢測工作實際出發(fā)，列舉了實驗室檢測質量控制方法，結合實例對煤炭檢測質量控制方法的具體實施進行了探討，以期為煤炭檢測實驗室質量管理提供參考。

1 檢測質量控制方法

質量控制是為了監(jiān)視質量形成過程，消除質量環(huán)節(jié)上引起不合格或不滿意效果的因素，以達到質量要求而采用的各種質量作業(yè)技術和活動。作為檢測結果有效性的重要手段，實驗室檢測質量控制的方法種類較多。全國認證認可標準化技術委員會于2020年7月實施的《檢測和校準實驗室能力的通用要求》(GB/T 27025—2019)在資源要求和過程要求中規(guī)定了確保結果有效性的控制方法[7]。

煤炭檢測實驗室常用的質量控制方法主要有以下幾種：使用有證標準物質、設備檢定/校準、期間核查、方法比對、人員比對、盲樣測試、留樣再測、報告審核等內(nèi)部質量控制方法，同時還有外部實驗室間比對以及能力驗證提供者組織的能力驗證計劃和測量審核等外部質量控制方法[7]。

2 檢測質量控制方法實施

煤炭檢測質量控制涉及實驗室組織建設、采樣、制樣、化驗、結果報出和審核等眾多環(huán)節(jié)，任何一個環(huán)節(jié)的偏差或錯誤都可能會對檢測結果造成影響。實驗室質量控制，主要是利用相應的質量控制方法，從人員、設備、檢測方法和設施環(huán)境等方面進行管控[5，6，8]。

2.1 人員

為了從基礎上保障檢測活動的質量，實驗室應建立完善的人員管理體系，明確管理和實施實驗活動人員的任職條件、職責與義務，規(guī)范人員資格確認。人員上崗前要經(jīng)過培訓、監(jiān)督、能力確認和授權，持證上崗。實驗室要采取標物檢測、人員比對、實際操作、記錄核查、盲樣檢測、能力驗證和實驗室比對等內(nèi)外部質量控制方法對上崗人員能力進行監(jiān)控，保證檢測人員的操作能力、檢測能力以及結果評價能力等滿足檢測活動的需要[9]。從技術和管理角度出發(fā)，在人員管理中要重點加強人員培訓，規(guī)范人員操作。

2.1.1 人員培訓

煤炭檢測人員的工作經(jīng)驗、受教育程度和學習能力存在差異，在制定培訓計劃時應進行需求分析，分層次進行培訓，對于新上崗或轉崗人員側重實際操作培訓，對于有一定實踐和理論基礎的人員側重方法理解、質量控制和實驗室管理等方面的培訓[10]。

科學公正的數(shù)據(jù)是檢測實驗室的命脈，在對檢測人員進行技術方法培訓的同時，還要加強廉潔從業(yè)培訓，增強員工風險防控意識，切實做到守住底線、不越紅線、廉潔從業(yè)。

2.1.2 操作規(guī)范

隨著經(jīng)濟發(fā)展和科技的進步，煤炭檢測設備自動化、智能化程度不斷提高，但是某些煤炭檢測過程或檢測項目仍然受人員操作的影響比較大，為了減小人員操作對煤炭檢測的影響，在日常檢測工作中要加強對人員操作的監(jiān)督、監(jiān)控，定期與標準中的規(guī)范操作進行對標，統(tǒng)一操作，對于發(fā)現(xiàn)的操作偏差和不規(guī)范現(xiàn)象及時進行整改，并跟蹤確認[11]。

樣品稱量這一基礎操作在對標中經(jīng)常會被忽略。GB/T483中要求分析試樣取樣前要充分混勻，取樣時，應盡可能從煤樣容器的不同部位，用多點取樣法取出[12]。GB/T211中要求稱取全水分樣品前試樣混合時間不少于1 min[13]。實際工作中樣品稱量經(jīng)常會出現(xiàn)不規(guī)范現(xiàn)象，稱量前未進行充分混合直接稱量或進行單點取樣，稱量取樣不規(guī)范會使化驗精密度變差，造成結果偏差。

2.2 設備

為了保障檢測活動的順利開展，實驗室應配備滿足測定方法要求的設備，設備包括測量儀器、測量標準、標準物質、軟件、參考數(shù)據(jù)、試劑、消耗品等[7]。實驗室還應建立完善的設備檔案，按計劃進行檢定/校準、期間核查和維修維護等，并做好記錄。設備檢定/校準和標準物質使用是質量控制的主要方法，可提高檢測結果的準確性。

2.2.1 設備檢定/校準

為了滿足檢測活動對設備的要求，對檢測結果有效性有影響或計量溯源性有要求的設備應按計劃進行檢定/校準，并張貼唯一性標識，便于使用人員識別設備的檢定/校準狀態(tài)和有效期。在下列情況下應對設備進行檢定/校準[7，9]：

(1)設備在投入使用前應進行檢定/校準，確認其滿足檢測要求；

(2)設備脫離實驗室控制，重新回到實驗室時，應對其功能和檢定/校準狀態(tài)進行核查，滿足檢測要求才能重新使用；

(3)設備出現(xiàn)故障，修復完成后應通過檢定/校準或核查表明其能正常工作。

并非所有的設備都需要檢定/校準，對不需要檢定/校準的設備或耗材應核查其狀態(tài)是否滿足相關測試要求。

設備經(jīng)檢定/校準后應對證書進行有效確認，確保參考值和修正因子得到適當?shù)母潞蛻茫乖O備滿足檢定規(guī)程和檢測方法標準的要求。修正值或修正因子可以由檢定/校準證書直接獲取，也可從證書結果中計算得到。測量設備的示值誤差δ等于測量設備的示值xu減參考量值xs，即：δ=xu-xs，修正值-δ。某馬弗爐用于灰分測定，計量院出具校準證書上的校準結果見表1。

表1 馬弗爐校準結果

表1中馬弗爐設定溫度和顯示溫度為815 ℃，校準的實際溫度為800 ℃，則修正值為-15 ℃，為滿足GB/T 212灰分測定對馬弗爐恒溫區(qū)溫度(815±10)℃ 的要求[14]，應對馬弗爐進行溫度修正，將顯示溫度調至830 ℃，并將修正值標記在設備標識卡上。

2.2.2 標準物質使用

為了保證檢測結果的準確可靠，煤炭化驗過程中，通常使用標準物質來進行儀器標定、標準曲線制作、儀器設備準確度及精密度核查以及質量控制等[15]，如何選擇標準物質，如何正確使用標準物質質控圖，是質量控制過程中需要關注的重點。

(1)標準物質選擇。煤炭檢測時應選擇標準值與被檢樣品特性指標值接近的標準物質，與被檢樣品作平行測定或是在被檢樣品測定前后使用標準物質檢測，標準物質的測定值在標準值的不確定范圍內(nèi)，則樣品測定結果準確，試樣過程質量可控。

日常檢測中經(jīng)常會出現(xiàn)標準物質選擇不當?shù)那闆r，某系列產(chǎn)品煤中灰分均在18%左右，實驗室使用有證標準物質GBW11107d，標值為(9.01±0.13)%，進行灰分檢測質量監(jiān)控。標準物質標值與實際產(chǎn)品灰分差距較大，不能對設備工作狀態(tài)進行有效監(jiān)控，無法確定樣品測定結果的準確性。

(2)正確使用標準物質質控圖。標準物質質控圖可以進行設備(系統(tǒng))穩(wěn)定性的檢查，對于連續(xù)測定項目(全硫、氫、發(fā)熱量等)，標準物質以適當?shù)拈g隔分布在整個試驗中；對于多個樣品同時測定項目(灰分、揮發(fā)分、灰熔融等)，標準物質同批進行檢驗。匯總標準物質檢測結果，繪制質控圖，并對質控圖進行分析。當出現(xiàn)下列現(xiàn)象之一時，就表明檢測設備(系統(tǒng))出現(xiàn)偏差，即失控狀態(tài)：有1個或多個數(shù)據(jù)高于上限或低于下限；2個連續(xù)點差值接近2UC；7個以上連續(xù)點持續(xù)上升或降低；14個數(shù)據(jù)以上的質控圖中高于85%數(shù)據(jù)位于中心線的一邊[16]。

某實驗室使用GBW11110q進行發(fā)熱量測定質量控制，標準物質認定值Qgr，d=22.97 MJ/kg，不確定度UC為0.20 MJ/kg，實驗室每天測試前對每臺量熱儀進行單次標準物質的測定，某臺量熱儀連續(xù)14 d標準物質測定結果繪制質控圖，如圖1所示。

圖1 發(fā)熱量測定質控

從圖1中看出，測定值在標準物質認定值不確定度范圍內(nèi)；未出現(xiàn)連續(xù)2個測定值的差值接近2UC的情況；4個測定值中高于中心線的占比71.4%，低于85%；但是出現(xiàn)了7個測定值連續(xù)上升的情況，因此應密切關注本臺量熱儀的工作狀態(tài)，進行必要的檢查和熱容量標定。

2.3 檢測方法

為了保證檢測結果的準確可靠性，實驗室應優(yōu)先使用標準方法，并通過標準查新，確保使用標準的有效版本，并在使用前進行標準驗證和宣貫。為避免檢測結果的偏差，實驗室需要對非標準方法進行確認，對不同方法進行比對，同時還要杜絕使用經(jīng)驗公式計算結果代替實測結果。

2.3.1 非標準方法的確認

為了保障檢測方法的有效性和適用性，需要對非標準方法進行確認。在煤炭檢測活動中，由于特殊情況不能完全按照標準方法的要求執(zhí)行，在文件規(guī)定、經(jīng)過技術判斷和授權、客戶允許的情況下可以產(chǎn)生標準方法的偏離，如果需要長期偏離，則形成了非標準方法。

在使用非標準方法前，應進行確認。如煤中汞含量測定申請《礦物中汞的測定 固體進樣直接測汞法通則》(SN/T 3511—2013)認可，標準中規(guī)定配置各濃度標準溶液時均加入重鉻酸鉀溶液[17]。由于重鉻酸鉀有毒且為第一類致癌物質，部分實驗室使用無毒的半胱氨酸溶液替代，這種偏離屬于非標準方法，實驗室可采取多種形式進行方法確認，包括但不限于使用標準物質進行準確度評估，與其他方法進行結果比對等，并形成方法確認記錄，保證該方法滿足煤中汞的含量測定結果的有效性。

2.3.2 方法比對

為保障檢測結果的準確性，防止出現(xiàn)系統(tǒng)偏差，可定期進行方法比對試驗。比對試驗可以測定標準物質，測定結果與標值進行比較。也可選擇煤炭樣品進行多次重復測定，進行t檢驗統(tǒng)計分析。實驗室采用三節(jié)爐法和電量—重量法測定煤炭標準物質中氫含量，結果見表2。

表2 煤中氫含量測定方法比對

由表2可知，三節(jié)爐法和電量—重量法對煤炭標準物質中氫含量的測定結果均在標值有效范圍內(nèi)，差值均小于GB/T 476中規(guī)定的再現(xiàn)性臨界差(Hd=0.25%)[18]，測定結果無顯著異常，則2種方法的設備運行正常，數(shù)據(jù)準確可靠。

2.3.3 杜絕經(jīng)驗公式

為了提高檢測結果的可信度，實驗室要健全檢測手段，對各項指標要依據(jù)相關標準進行檢測，杜絕按經(jīng)驗公式計算的行為[4]。一些實驗室采用工業(yè)分析數(shù)據(jù)和元素分析結果通過經(jīng)驗公式計算煤炭發(fā)熱量，用計算值代替實測值。發(fā)熱量是動力煤的主要計價指標，經(jīng)驗公式計算得出的發(fā)熱量作為結算依據(jù)，往往會存在較大偏差。

2.4 設施環(huán)境

為了保障檢測結果的有效性，實驗室環(huán)境設施應滿足煤炭檢測的要求。實驗室應合理劃分區(qū)域，有效隔離不相容的實驗室活動區(qū)域，預防對實驗過程中的污染、干擾等不良影響。當環(huán)境條件影響檢測結果時，實驗室應監(jiān)測、控制并記錄環(huán)境條件[8]。

實驗區(qū)域設置不合理會直接或間接影響測定結果。如：樣品制備室距離天平室較近，制樣設備振動，影響天平的穩(wěn)定性；高溫室與樣品儲存室僅一門之隔，有熱源存在，會影響樣品的代表性；測汞室與工業(yè)分析室相鄰，灰分和揮發(fā)分測定過程中產(chǎn)出的汞會通過空氣進入測汞室，并附著在測汞容器上，影響煤中汞測值的準確性。

發(fā)熱量測定中對實驗室條件作了嚴格要求，獨立房間，避免陽光照射，避免強烈空氣對流，保持室溫相對穩(wěn)定，每次測定室溫變化不應超過1 ℃，室溫以15～30 ℃為宜[5]。室溫變化會影響外筒水溫、內(nèi)筒水量以及量熱儀熱容量，從而影響彈筒發(fā)熱量測值的準確性。因此實驗室應確保其工作環(huán)境滿足檢測標準的要求。

3 結 語

準確可靠的煤炭檢測數(shù)據(jù)是煤炭檢測實驗室的立足之本，煤炭檢測實驗室應做足功課，結合工作實際，采取多種形式的質量控制方法，圍繞人員、設備、檢測方法和設施環(huán)境等方面進行管控，制定合理的質量體系運行計劃，并按計劃完成，對于發(fā)現(xiàn)的問題和偏離及時整改，持續(xù)改進和完善質量管理體系，科學規(guī)范化管理，全面保障煤炭檢測結果的準確性、可靠性和客觀性。