環(huán)境檢測實驗室分析工作質(zhì)量不確定度分析

梁錦昌

（清遠市清城區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，廣東 清遠 511500）

環(huán)境檢測實驗室分析工作是指在實驗室內(nèi)，通過一系列的檢測方法與儀器，檢測出環(huán)境問題的過程，為環(huán)境決策提供參照[1]。實驗室的主要任務在于研究污染物在環(huán)境中的分布情況，并將其遷移形式、存在狀態(tài)、轉(zhuǎn)化情況等標示出來，這對于污染物所處環(huán)境的治理具有重要作用[2]。由于環(huán)境檢測實驗室與污染物所處環(huán)境不同，污染情況分析的質(zhì)量與實際情況會存在較大的差異，影響對污染環(huán)境的決策與治理[3]。實驗室質(zhì)量控制主要分為檢測過程質(zhì)量控制、結果質(zhì)量控制、檢測分析過程中的全面質(zhì)量控制等三方面。將三者進行有機結合，形成全方位的實驗室質(zhì)量控制，實現(xiàn)高質(zhì)量分析。為了提高工作質(zhì)量，實現(xiàn)質(zhì)量控制，有必要對實驗室分析中的不確定度進行分析。

1 實驗室工作質(zhì)量控制

1.1 校準環(huán)境實驗室分析工作的檢出限

環(huán)境檢測濃度為檢測物質(zhì)單位質(zhì)量與單位體積的比值。在進行環(huán)境檢測的過程中，假設實驗室中的標準儀器、試液、檢測程序等其它參考指標，均不存在不確定度，并將環(huán)境檢測物作為唯一存在不確定度的變量[4]。由此得出環(huán)境檢測濃度的不確定度來源，如圖1所示。

圖1 環(huán)境檢測濃度的不確定度來源

圖1中，環(huán)境檢測濃度的不確定度來源主要在試樣重復性檢測、稱量重復性、試樣質(zhì)量、體積測量、數(shù)字修約、容器體積精準度等方面，均為實驗檢測分析工作質(zhì)量的不確定度[5]。在此基礎上，對待檢測物質(zhì)進行樣品分析與處理，并對實驗室檢出限進行校準。校準公式如下：

式（1）中，V(xi)為實驗室分析檢出限；xi為待檢測物質(zhì)；為試樣檢測的平均值；n為常數(shù)。確定檢出限之后，本文對質(zhì)量控制體系進行構建。

1.2 計算不確定度指標

考慮到試樣重復性檢測、稱量重復性、試樣質(zhì)量、體積測量、數(shù)字修約、容器體積精準度等方面的不確定度對工作質(zhì)量的影響，對不確定度指標進行計算，公式如下：

式（2-4）中，M(xi)為試樣重復性檢測的不確定度指標；B(xi)為稱量重復性的不確定度指標；R(xi)為標準不確定度指標；x1、x2為不同試樣的校準數(shù)據(jù)；T為數(shù)字修約時間間隔；s為置信指標。根據(jù)標準不確定度指標的計算結果，對實驗室檢測質(zhì)量進行評價，公式如下：

式（5-7）中，ai為試樣檢測質(zhì)量評價指標；為試樣檢測質(zhì)量評價向量；為待檢測物質(zhì)的標準特征向量；為第i個待檢測物質(zhì)的第j個檢出限；ι為特征系數(shù)；K為試樣檢測向量；Ki為試樣檢測質(zhì)量的基礎向量。結合不確定度指標與檢測質(zhì)量評價，構建出實驗室分析工作質(zhì)量控制體系，并對環(huán)境檢測實驗室的試樣進行平行樣質(zhì)量控制。平行樣質(zhì)量控制主要包括明碼平行樣與密碼平行樣，將相同的兩份試樣在相同的實驗室環(huán)境下進行全面分析，并對同批測定結果的準確性進行綜合檢驗。檢驗公式如下：

式（8～9）中，τ為試樣檢測過程中的傳播系數(shù)；?為范圍不確定度；Δxi為試樣的平均檢測結果；Pxi為平行樣質(zhì)量檢測結果；Oi為明碼平行樣檢測因子；Lc為密碼平行樣檢測因子。當時，平行樣質(zhì)量控制效果最佳，在此期間的環(huán)境檢測試樣，可以不受其它因素的影響，試樣重復性檢測、稱量重復性、試樣質(zhì)量、體積測量、數(shù)字修約、容器體積精準度等不確定度指標對其影響可忽略，進而保證實驗室分析質(zhì)量。

2 實驗

為了驗證設計的方法是否具有實用價值，對上述方法進行實驗驗證。實驗結果以傳統(tǒng)環(huán)境檢測實驗室分析中的不確定度指標，與本文設計不確定度指標進行對比的形式呈現(xiàn)。具體實驗過程及實驗結果如下所示。

2.1 實驗過程

在進行實驗之前，對環(huán)境檢測實驗室環(huán)境進行分析。環(huán)境檢測實驗室中存在天平室、儀器室、原子熒光室、凈化室、氣象色譜室、BOD室、微生物室、生物室、理化分析室、藥品庫等。將天平室的空間溫度調(diào)整至20℃，使其在20～25℃的溫度范圍內(nèi)波動；濕度范圍控制在45%～60%以內(nèi)，在避免陽光直射的條件下，完成天平室的環(huán)境設定。儀器室的空間溫度調(diào)整至20℃，溫度范圍同樣設定在20～25℃的范圍內(nèi)，濕度范圍控制在50%～60%。其余實驗室環(huán)境溫度均設定為20～28℃范圍內(nèi)，濕度范圍隨著實驗室的實際情況進行調(diào)整。藥品庫的溫度范圍≤30℃，濕度≤85%，劇毒試劑保存在保險柜中，其余試劑密閉包裝，在保證通風條件良好的情況下，分開存儲。調(diào)整完成實驗室的環(huán)境指標之后，在環(huán)境檢測實驗室進行標準氣體標定檢測，如下表1所示。

表1 標準氣體標定檢測

如表1所示，進行標準氣體標定檢測的過程中，標定次數(shù)分別為1次、3次、5次、7次、9次，以一個固定的周期進行標定。其中，NO的實際濃度為194 mg/m3；SO2的實際濃度為145 mg/m3。在第一次標定時，標準氣體的檢測濃度與實際濃度最為相符。標準氣體濃度控制情況如圖2所示。

圖2 標準氣體濃度控制圖

如圖2所示，NO樣本均值與SO2的樣本均值，均在標準線的起伏范圍內(nèi)，可以保證標準氣體濃度分析效果。因此，以多次標定的數(shù)據(jù)作為實驗室分析質(zhì)量控制限，對其進行下一步實驗。

2.2 實驗結果

在上述實驗條件下，本文選取κmgi、ηcjas、βdjas、αkda、δxha、εjds、λjuc、γhfa等控制限參數(shù)，作為實驗室分析工作質(zhì)量控制限。每一個控制限均存在一個最大不確定度指標。在此指標相同的條件下，利用式2～式4，分別計算出傳統(tǒng)方法的不確定度指標，與本文設計方法的不確定度指標，并將二者進行對比，實驗結果如下表2所示。

表2 實驗結果

表2中，選取的上述8種控制限存在隨機性，其最大不確定度存在較大的差異，可以保證實驗的精準度。一般情況下，不確定度指標越大，在實驗室分析工作的質(zhì)量控制效果受到的不確定性因素越小，質(zhì)量控制方法的效果也就越好。

在不同控制限的最大不確定度相同的條件下，傳統(tǒng)不確定度指標相對較高，與最大不確定度之間相差較小。其中，控制限為βdjas、εjds時，傳統(tǒng)不確定度指標分別為0.20×10-4、0.24×10-4，均超過了該控制限的最大不確定度指標。雖然傳統(tǒng)的不確定度指標在最大范圍內(nèi)，但是，實驗室分析工作隨機性較大，很容易出現(xiàn)較多影響分析質(zhì)量的因素。因此，使用傳統(tǒng)質(zhì)量控制方法不確定性因素較多，實驗室分析工作的質(zhì)量難以有效保障。

而本文設計的環(huán)境檢測實驗室分析工作不確定度指標相對較低，均在最大不確定度的范圍內(nèi)。其中，控制限為γhfa時，本文方法不確定度最小，為0.11×10-5；控制限為αkda時，不確定度指標最大，為0.23×10-5。因此，使用本文設計的不確定度指標，可以更好地實現(xiàn)實驗室分析工作質(zhì)量控制，實驗室分析工作的質(zhì)量可以得到有效保障，符合本文研究目的。

3 結語

環(huán)境檢測實驗室會受到較多因素的影響，使分析工作質(zhì)量下降。本文分析了環(huán)境檢測實驗室分析工作不確定度。從校準檢出限、構建控制體系等方面，實現(xiàn)分析工作質(zhì)量的精準控制，為實驗室檢測質(zhì)量提供保障。