測量不確定度在檢測實驗室中的運用研究

摘 要：本文介紹了測量不確定度的基本概念與常規方法，闡述了測量和測量誤差兩者的差別，利用重量法檢測生活飲用水內懸浮物的不確定度評定方法，希望能分享經驗與方法，共同優化飲用水等食品檢測工作質量。

關鍵詞：食品安全;生活飲用水;不確定度評定;實驗檢測

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

中圖分類號：X832

近些年，測量不確定度在實驗室檢測領域中有較廣泛應用。測量不確定度可以理解為度量檢測結果可能存有的誤差，其也是定量闡明檢測結果品質優良的重要指標，故而是一個和測量結果密切相關聯的參數。一個完整的檢測結果，不僅要給出被測量對象的最佳預測值，還需給出測量結果的不確定度，全部的不確定度分量均為分散性服務，包括和修正值、參照測量標準存在相關性的分量。目前不確定度涉及很多新術語及數理統計學有關內容，復雜度較高且不容易操作，這在無形中增加了不確定度評定工作量。筆者通過回顧既往自身實驗室工作歷程，對不確定度評定相關內容作出整理分析。

1 測量不確定度評定的常規方法

在業內，采用標準差表示的測量不確定度被稱為測量標準不確定度，其通常涵蓋數個分量，一些分量能夠評定測量列結果作出統計分析的方法，被稱為A類不確定度評定，采用標準差標識;而其他一些分量是以經驗或他類信息為基礎，采用非統計方法做出評定，稱為B類不確定度評定。從某種層面上分析，隨機效應影響著測量不確定度，如果已經辨識出的系統評定缺乏完善性，進而對最佳預測值無法確定的程度[1]。

在辨識不確定度始源以后，應預估與不確定度相關的各個分量，針對那些小于最大分量1/3的分量，只有在該類分量數目繁多時才進行仔細評估，應將工作的側重點放置于辨識與認真評估那些重要分量層面上，尤其是占據支配地位的分量。

2 檢測實驗室對測量不確定度評定提出的標準要求國家標準《生活飲用水標準檢驗方法》（GB/T 5750.4-2006）[2]內針對檢測報告明確做出適時評定檢測不確定度的內容，若不確定度和檢測結果的實用性或者應用相關聯，或者客戶群體明文做出要求，或者不確定度對規范約束的相符性形成影響時，檢測報告內還需要囊括和不確定度相關的信息。

正因如此，在管理體系運轉過程中，檢測實驗室工作人員要高度重視測量不確定度評定工作，進而最大限度地迎合客戶、廣大消費者及其他各個相關方的期許與主觀需求。

3 測量不確定度和測量誤差之間的差別

從定義層面上分析，測量誤差是測量結果和真值的差，其將真值或約定值設為中心，測量誤差是一個理想化概念，通常無法獲得精確值，不能定量化;而測量不確定度是將被測量的估計值設為中心，其呈現出的是測量人員對被測量真值在某個量值范疇中做出的估測，其可以進行定量評定。本文從如下幾個方面闡述測量不確定度和測量誤差的區別。

可操作性。測量不確定度可以結合實驗、材料、理論分析及既往經驗等做出分析評估，科學設定測量不確定度的置信區間與置信水準，由權威國際組織擬編了測量不確定度統一的評定與表示方法，即GUM，可操作性較強。而對于測量誤差而言，因為真值是未知數，故而無法得到測量誤差的具體值，尚未形成統一的評定方法。

闡述方法。測量不確定度完整的闡述由測量結果的置信區間及測量結果落在該置信區間中的置信概率構成。測量誤差是一個帶有正負號的確切數值。

合成方法。當不確定度分量相互獨立無關聯時，可以采用方和根方法合成反正要考慮到有關項。誤差等于系統誤差與隨機誤差之和，由不同誤差分量的代數和計算出的。

4 重量法檢測水內懸浮物的不確定度評定

4.1 獲得檢測結果

依照《檢測和校準實驗室能力的通用要求》[3]內設定的操作規程完成檢測，針對同種樣品分別提取10份，重復進行10次檢測，利用公式（1）測算水中懸浮物含量C[4]：

（1）

公式（1）中，C-懸浮物含量，單位為mg·L-1;

A-懸浮物+濾膜+稱量瓶重，單位為g;B-濾膜+稱量瓶重，單位為g;V-試樣體積，單位為mL。

懸浮物含量C見表1。

4.2 測量不確定度的始源

測量不確定度的始源有：①由稱量引入的不確定度。②由水樣取樣體積引進的不確定度。③重復測量試樣引進的不確定度。其中，①、②隸屬于B類評定的范疇，③屬于A類評定[5]。

4.3 評估不確定度分量

（1）因重復測量樣品而引入的不確定度。針對同一樣品，依照GB/T 5750.4-2006內規定要求均勻的提取10份，在互為獨立的條件下重復檢測10次，

10次檢測后測算出平均值為104 mg·L-1。①取舍可疑數據。在實驗研究過程中，經常會遇到檢測到一組數據內有部分數據和其他數據存在較大差異的情況，若有確切理由證實其是因過失偏差引起的，則可以將其舍棄。否則，如果僅是為維持結果統一性而盲目丟舍，則是錯誤的。在測評不確定度前，應先檢測檢驗數據。依照置信水平為95%，自由度f=n-1=9，采用格魯布斯法檢驗，依照從小到大的順序排列檢測值，有C1

（2）稱量引進的不確定度。①天平校準時引進的不確定度u1（w）。本試驗研究中天平允許偏差最大值MPE=±0.1 mg，考慮均勻分布的問題，包含因子k=，由電子天平校準產生的標準不確定度u1（w）=0.58 mg。②天平顯示值的分辨力引進的不確定度u2（w）。通過閱讀天平說明書可以了解到其分辨力是0.1 mg，遵照勻稱分布規律，區間半寬a為0.05 mg，包含因子k=，由此測算出引入的標準不確定度u2（w）=0.029 mg。③測量引入的合成不確定度u（w）=0.091 6 mg[8]。

整合如上運算，測得由稱量引起的相對標準不確定度Urel=8.9×10-3。

（3）取樣體積引入的不確定度。①100 mL單標線移液管引進的不確定度。允許偏差是±0.08 mL，依照勻稱分布考慮，由此引進的標準不確定度u1（V1）=0.046 mL。

②水樣溫差引進的不確定度。在本次試驗研究中，水樣溫差的變化范圍為±3 ℃時，引入的體積改變時[5]：2.90×10-4×3×100=0.63 mL。依照勻稱分布考慮問題，由水樣溫差改變引進的標準不確定度u（V2）=0.036 mL。

綜合如上測算內容，由取樣體積引起的相對標準不確定度Urel=5.85×10-2。

4.4 確定合成不確定度

依照不確定度傳導規律進行合成，測算出相對合成標準不確定度Urel=1.97×10-2。

標準不確定度u（C）=濃度×Urel=104×1.97×10-2=2.05 mg·L-1。

4.5 拓展不確定度

依照正態分布分析問題，包含因子k=2，則拓展不確定度U=k×u（C）=2×2.0 mg·L-1=4.10 mg·L-1≈4.0 mg·L-1[9]。

4.6 生成測量結果與不確定度報告

水樣懸浮物的測量結果是104 mg·L-1，相對合成標準不確定度為1.97×10-2，拓展不確定度是4.0 mg·L-1，由相對合成標準不確定度乘以包含因子k=2作出，提供大概95.0%的包含率。

5 結語

通常狀況下，常規的理化實驗室采用重量法檢測評定不確定度，有便于操作、快速等優勢。在重復條件下所獲取測量列的不確定度和其他評定方法獲得的結果更具客觀性，且在統計學層面上有嚴謹性特征，但需要有較多的重復評定頻次。另外，在該測量程序內重復觀測值并不是以簡易形式進行數次讀數，而是要確保不同測量過程之間的獨立性。

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作者簡介：王珊妹（1979—），女，本科，檢驗技師;研究方向為食品質量管理。