测量不确定度在检测实验室中的运用研究

摘 要：本文介绍了测量不确定度的基本概念与常规方法，阐述了测量和测量误差两者的差别，利用重量法检测生活饮用水内悬浮物的不确定度评定方法，希望能分享经验与方法，共同优化饮用水等食品检测工作质量。

关键词：食品安全;生活饮用水;不确定度评定;实验检测

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

中图分类号：X832

近些年，测量不确定度在实验室检测领域中有较广泛应用。测量不确定度可以理解为度量检测结果可能存有的误差，其也是定量阐明检测结果品质优良的重要指标，故而是一个和测量结果密切相关联的参数。一个完整的检测结果，不仅要给出被测量对象的最佳预测值，还需给出测量结果的不确定度，全部的不确定度分量均为分散性服务，包括和修正值、参照测量标准存在相关性的分量。目前不确定度涉及很多新术语及数理统计学有关内容，复杂度较高且不容易操作，这在无形中增加了不确定度评定工作量。笔者通过回顾既往自身实验室工作历程，对不确定度评定相关内容作出整理分析。

1 测量不确定度评定的常规方法

在业内，采用标准差表示的测量不确定度被称为测量标准不确定度，其通常涵盖数个分量，一些分量能够评定测量列结果作出统计分析的方法，被称为A类不确定度评定，采用标准差标识;而其他一些分量是以经验或他类信息为基础，采用非统计方法做出评定，称为B类不确定度评定。从某种层面上分析，随机效应影响着测量不确定度，如果已经辨识出的系统评定缺乏完善性，进而对最佳预测值无法确定的程度[1]。

在辨识不确定度始源以后，应预估与不确定度相关的各个分量，针对那些小于最大分量1/3的分量，只有在该类分量数目繁多时才进行仔细评估，应将工作的侧重点放置于辨识与认真评估那些重要分量层面上，尤其是占据支配地位的分量。

2 检测实验室对测量不确定度评定提出的标准要求国家标准《生活饮用水标准检验方法》（GB/T 5750.4-2006）[2]内针对检测报告明确做出适时评定检测不确定度的内容，若不确定度和检测结果的实用性或者应用相关联，或者客户群体明文做出要求，或者不确定度对规范约束的相符性形成影响时，检测报告内还需要囊括和不确定度相关的信息。

正因如此，在管理体系运转过程中，检测实验室工作人员要高度重视测量不确定度评定工作，进而最大限度地迎合客户、广大消费者及其他各个相关方的期许与主观需求。

3 测量不确定度和测量误差之间的差别

从定义层面上分析，测量误差是测量结果和真值的差，其将真值或约定值设为中心，测量误差是一个理想化概念，通常无法获得精确值，不能定量化;而测量不确定度是将被测量的估计值设为中心，其呈现出的是测量人员对被测量真值在某个量值范畴中做出的估测，其可以进行定量评定。本文从如下几个方面阐述测量不确定度和测量误差的区别。

可操作性。测量不确定度可以结合实验、材料、理论分析及既往经验等做出分析评估，科学设定测量不确定度的置信区间与置信水准，由权威国际组织拟编了测量不确定度统一的评定与表示方法，即GUM，可操作性较强。而对于测量误差而言，因为真值是未知数，故而无法得到测量误差的具体值，尚未形成统一的评定方法。

阐述方法。测量不确定度完整的阐述由测量结果的置信区间及测量结果落在该置信区间中的置信概率构成。测量误差是一个带有正负号的确切数值。

合成方法。当不确定度分量相互独立无关联时，可以采用方和根方法合成反正要考虑到有关项。误差等于系统误差与随机误差之和，由不同误差分量的代数和计算出的。

4 重量法检测水内悬浮物的不确定度评定

4.1 获得检测结果

依照《检测和校准实验室能力的通用要求》[3]内设定的操作规程完成检测，针对同种样品分别提取10份，重复进行10次检测，利用公式（1）测算水中悬浮物含量C[4]：

（1）

公式（1）中，C-悬浮物含量，单位为mg·L-1;

A-悬浮物+滤膜+称量瓶重，单位为g;B-滤膜+称量瓶重，单位为g;V-试样体积，单位为mL。

悬浮物含量C见表1。

4.2 测量不确定度的始源

测量不确定度的始源有：①由称量引入的不确定度。②由水样取样体积引进的不确定度。③重复测量试样引进的不确定度。其中，①、②隶属于B类评定的范畴，③属于A类评定[5]。

4.3 评估不确定度分量

（1）因重复测量样品而引入的不确定度。针对同一样品，依照GB/T 5750.4-2006内规定要求均匀的提取10份，在互为独立的条件下重复检测10次，

10次检测后测算出平均值为104 mg·L-1。①取舍可疑数据。在实验研究过程中，经常会遇到检测到一组数据内有部分数据和其他数据存在较大差异的情况，若有确切理由证实其是因过失偏差引起的，则可以将其舍弃。否则，如果仅是为维持结果统一性而盲目丢舍，则是错误的。在测评不确定度前，应先检测检验数据。依照置信水平为95%，自由度f=n-1=9，采用格鲁布斯法检验，依照从小到大的顺序排列检测值，有C1

（2）称量引进的不确定度。①天平校准时引进的不确定度u1（w）。本试验研究中天平允许偏差最大值MPE=±0.1 mg，考虑均匀分布的问题，包含因子k=，由电子天平校准产生的标准不确定度u1（w）=0.58 mg。②天平显示值的分辨力引进的不确定度u2（w）。通过阅读天平说明书可以了解到其分辨力是0.1 mg，遵照匀称分布规律，区间半宽a为0.05 mg，包含因子k=，由此测算出引入的标准不确定度u2（w）=0.029 mg。③测量引入的合成不确定度u（w）=0.091 6 mg[8]。

整合如上运算，测得由称量引起的相对标准不确定度Urel=8.9×10-3。

（3）取样体积引入的不确定度。①100 mL单标线移液管引进的不确定度。允许偏差是±0.08 mL，依照匀称分布考虑，由此引进的标准不确定度u1（V1）=0.046 mL。

②水样温差引进的不确定度。在本次试验研究中，水样温差的变化范围为±3 ℃时，引入的体积改变时[5]：2.90×10-4×3×100=0.63 mL。依照匀称分布考虑问题，由水样温差改变引进的标准不确定度u（V2）=0.036 mL。

综合如上测算内容，由取样体积引起的相对标准不确定度Urel=5.85×10-2。

4.4 确定合成不确定度

依照不确定度传导规律进行合成，测算出相对合成标准不确定度Urel=1.97×10-2。

标准不确定度u（C）=浓度×Urel=104×1.97×10-2=2.05 mg·L-1。

4.5 拓展不确定度

依照正态分布分析问题，包含因子k=2，则拓展不确定度U=k×u（C）=2×2.0 mg·L-1=4.10 mg·L-1≈4.0 mg·L-1[9]。

4.6 生成测量结果与不确定度报告

水样悬浮物的测量结果是104 mg·L-1，相对合成标准不确定度为1.97×10-2，拓展不确定度是4.0 mg·L-1，由相对合成标准不确定度乘以包含因子k=2作出，提供大概95.0%的包含率。

5 结语

通常状况下，常规的理化实验室采用重量法检测评定不确定度，有便于操作、快速等优势。在重复条件下所获取测量列的不确定度和其他评定方法获得的结果更具客观性，且在统计学层面上有严谨性特征，但需要有较多的重复评定频次。另外，在该测量程序内重复观测值并不是以简易形式进行数次读数，而是要确保不同测量过程之间的独立性。

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作者简介：王珊妹（1979—），女，本科，检验技师;研究方向为食品质量管理。