淺談有效數字規則在環境監測中的應用

【摘要】：在環境監測分析中，正確記錄測量數據及正確進行計算是獲得準確監測結果的重要方面，本文結合實際工作詳細論述環境監測中有效數字如何應用。

【關鍵詞】：有效數字；環境監測；應用

環境監測是環境管理的基本手段和信息基礎，環境監測數據是衡量和反映環境管理水平的尺子。新的《中華人民共和國環境保護法》明確規定：“監測機構及其負責人對監測數據的真實性和準確性負責?！?，可見為各級政府環境保護主管部門掌握和評價環境質量狀況并預測其發展趨勢，進行環境管理和環境執法提供的監測數據要真實，它的準確性對于環境監測管理更有著非常重要的意義。

在環境監測分析中，為了得到準確的結果，不僅要通過正確地進行化驗操作來準確地測定各種數據，還要正確地進行記錄測量數據和正確進行計算，這是獲得準確監測結果另一重要方面，否則，即使實驗做得再完美，由于錯誤的記錄和計算也不可能報出準確可靠的結果。為此，結合實際工作談談環境監測中有效數字的應用。

1 、分析中原始數據的記錄

實驗分析中原始數據必須是用眼睛直接觀察到的，記錄時一要真實記錄用眼睛能直接觀察到的數據，二是正確記錄有效數字的位數，三是正確記錄數據的單位。

1.1原始數據必須是用眼睛直接觀測到的，不能是計算出來的

化學分析法在重量分析時，用分析天平稱量，因試劑不能直接放在天平盤上，需放在容器中，所以稱量的原始數據包括稱量器具的重量和試劑的重量；在容量滴定分析時，無論初讀數是否是0，原始數據都包括初讀數與終讀數。

1.2正確記錄有效數字的位數

在環境監測分析工作中，涉及監測結果的有效數字的原始數據多為稱量的重量、量取或消耗的體積、吸光值等，記錄這些原始數據時，要根據分析方法及儀器的準確度等來確定數據的有效數字。記錄測定數據時，只保留一位可疑數字，不得隨意增添和刪減，隨意少記錄或多記錄一位，都不能客觀地反應實際數據的準確度。

1.2.1天平

天平是定量分析工作中不可缺少的重要儀器，是獲得可靠分析結果的保證。環境監測分析實驗室常用的有分析天平、電子天平和托盤天平。在重量稱量過程中用萬分之一的分析天平時，有效數字可以記錄到小數點后第四位，即能精確到0.0001克；電子天平是天平中最新發展的一類天平，稱量快捷，使用方法簡便，稱量時需等天平的數值完全不會變時再讀取完整數據。托盤天平精確度一般為0.1g或0.2g，稱量數據記錄到小數點后第二位。

1.2.2玻璃量器

用玻璃量器量取溶液時，不同量器有效數字的確定情況各不相同。

刻度移液管（分度吸管、刻度吸管）需保留到最小刻度的下一位，

也就是要讀到最小量程。滴定管和移液管（單標線吸管）都能準確測量溶液體積到0.01mL，數據記錄到小數點后第二位。所以用50滴定管測定溶液體積，如測量體積大于10小于50，應記錄為4為有效數字，例如寫成20.21；小于10 ，應記錄為3為有效數字，例如寫成3.18 mL。當用25mL移液管移取溶液時，應記錄為25.00mL；當用5mL吸取關系取溶液時，應記錄為5.00mL。

容量瓶用于配制一定容量的溶液，一般保留4位有效數字，不能因為溶液超過或者沒有達到刻度線而估算改變小數點后面的數字。例如當用250mL容量瓶配制溶液時，所配溶液體積應即為250.0mL；當用50mL容量瓶配制溶液時，應記錄為50.00mL。

量筒、量杯讀數到小數點后一位用小量筒時，數據記錄到小數點后第一位，用大量筒時，數據記錄到個位。用于粗略測量溶液濃度的比色管，數據記錄到個位。

1.2.3光學分析法

分光光度法測量時，吸光值記錄到小數點后三位。

1.3有效數字與單位的量無關

計算濃度單位需改變時，其有效數字位數不變。

溶液濃度可分為質量- 體積濃度、質量濃度（如質量百分濃度）和體積濃度（如摩爾濃度、當量濃度），原始記錄濃度單位通常用質量-體積濃度（g/m3、mg/L、μg/L）或質量百分比濃度（mg/kg 、g/g） ，而不用體積濃度，表示濃度的PPm、PPb、PPt和質量分數也不用于記錄。 例如：測量一樣品汞的含量12.00μg/L，若以mg/L為單位，應記作0.1200mg/L，保留4位有效數字；再如：某樣品中汞的濃度為0.06 mg/L，若以微克每升為單位時應記作0.6×102μg/L。

2、 監測結果有效數字的確定

有效數字在進行具體運算時數值的修約計算按照《數值修約規則》（GB/T8170）進行，不再贅述。在這里，只談談環境監測中監測結果有效數字運算過程中規律性的內容。

在環境監測分析中，結果往往通常不是由一步測量直接得到的，而是由多個測量值通過計算所確定，每步測量都有誤差，這些誤差最后都要引入分析結果，因此，計算結果的誤差必須與測量誤差對結果的影響相一致。

2.1 分析時若方法規定用比色管或容量瓶量取體積，此體積值在監測結果計算中當常數看待。

2.2 監測結果的有效數字所能達到的數位，不能超過方法最低檢出濃度的有效數字所能達到的位數。

例如：納氏試劑分光光度法測定水中氨氮，方法最低檢出濃度為0.025mg/L，用此法測定結果的有效數字達到的位數不能超過小數點后第三位；酚二磺酸法測定水中硝酸鹽氮，方法最低檢出濃度為0.02mg/L，用此法測定結果的有效數字達到的位數不能超過小數點后第二位。

2.3依據有效數字運算規則，確定結果的有效數字

2.3.1重量分析法

重量分析法中，監測結果的有效數字一般取決于兩次稱量差值的有效數字。

2.3.2容量分析法

容量滴定分析中，監測結果的有效數字一般取決于所消耗的標準溶液量的有效數字或者是標準溶液消耗量差值的有效數字。

2.3.3分光光度法

分光光度法分析中，監測結果的有效數字一般取決于樣品吸光度值的有效數字?；貧w方程斜率取三位有效數字參加運算。

例如：取50.00 mL水樣分析硝酸鹽氮時，吸光值為0.021，斜率b=0.00899吸光度/微克，則濃度（mg/L） =（0.021/0.00899）/50.00，從計算過程判斷分析結果應為二位有效數字，即0.047 mg/L，但因該方法最低檢出濃度為0.02 mg/L，故正確地分析結果應是0.05 mg/L。當取5.00 mL水樣分析時，吸光值為0.588，用同一曲線，斜率不變，則濃度（mg/L） =（0.588/0.00899）/5.00， 分析結果應為三位有效數字，即13.1 mg/L。

2.3.4依據國家標準（地方）的標準值確定數據有效數字。

監測值與國家標準（地方）的標準值比較時，監測數據的數字位數多余標準值的位數，應據此做出超標與否的判定。例如國家標準給出標準值8 mg/L，而監測數據8.23 mg/L，若判為超標，顯然判定者把標準值理解為8.00 mg/L，這樣就出現了因有效數字位數而引起執行標準的寬嚴問題，應予以注意。

3 、應注意其他問題

3.1正確選用量器

用玻璃量器量取溶液或樣品時，管徑越粗，其精確度越小，實驗中應根據所取溶液或樣品體積，盡量選用能一次量取的最小規格的器量。

3.2正確確定樣品用量

在日常分析中，當樣品中待測物質濃度大需稀釋后分析，若用分光光度法，應使稀釋后的樣品吸光值達到三位有效數字，測定結果才準確；若用容量法分析，應是所消耗的標準溶液體積達四位有效數字。例如：用納氏試劑分光光度法測定水中氨氮，樣品稀釋100倍后取水樣50.00 mL測定，吸光值為0.008，這樣計算出的樣品濃度只有一位有效數字，顯然是不合理的。

3.3注意分析過程中的誤差

在整個分析過程中每一步驟的誤差都應小于方法的準確度可達到的誤差，分析結果的準確度不得高于分析過程中各步驟中誤差最大的哪一步的準確度。

例如，在分析樣品時，取樣誤差為1%，吸光度誤差為10%，則分析結果的準確度不會高于比色中吸光度的準確度。

3.4注意標準溶液消耗量

容量滴定分析中，標準溶液的消耗量若是以差值的量參加計算，應使滴定差值保持的有效數字位數良好，以保證結果的準確度。

例如，重鉻酸鉀法測定化學需用量，樣品濃度高稀釋后分析，若空白消耗硫酸亞鐵銨標準溶液V0=26.60mL，某甲將樣品稀釋后滴定消耗硫酸亞鐵銨標準溶液V1=16.60mL，V0與V1的差值為10.00，則結果可取四位有效數字；某乙將樣品比甲稀釋倍數大，滴定時消耗硫酸亞鐵銨標準溶液V2=18.00mL，V0與V2的差值為8.60，則結果可取三位有效數字。

3.5注意樣品稀釋后取樣

樣品稀釋后取樣需根據稀釋過程中所用量器確定取樣量的有效數字參加計算。

總結：在環境監測分析工作中，不但要正確表達數值的大小，而且還要正確表達數據的準確程度，對有效數字的正確理解和應用是一個不容忽視的重要問題。

[參考文獻]： 化學工業出版社，環境水質監測質量保證手冊化學工業出版社，化驗員讀本

【作者簡介】

姓名：王愛春（1970.05--）；性別：女，籍貫：黑龍江省哈爾濱市人，學歷：本科，畢業于濰坊學院；現有職稱：中級工程師；研究方向：環境監測質量管理；