探析环境监测中的不确定度评估

探析环境监测中的不确定度评估

黄洁

谱尼测试集团上海有限公司上海市200233

摘要：：在一定程度上，不确定度的测量，能够弥补检测过程中出现的误差，提高检测数据的精确度。本文首先对不确定度评定的前提条件做了简单的介绍，继而分析了不确定度评定方法，最后结合实例分析了不确定度的评定。

关键词：环境监测；不确定度；评估方法

引言

不确定度主要是用来表示环境测量结果分散性，该数值可以有效的反映出工作人员对数值的了解程度，对不确定度进行评估可以在很大程度上提升监测结果的可靠性，为环境检测中的相关决策提供有力的数据依据。

一、不确定度评定的基本条件

1、环境监测过程中性能的稳定性

在环境监测的过程中，其性能能不能够保持持续性、稳定性，对于日常监测的质量具有重要影响，在监测过程中，检测人员能够获得准确数据，是进行不确定度测量的基本条件，由于实验室自身条件的原因，恰好具备以上基本条件。主要是由于在环境监测领域中，要想提高监测质量，实验室就必须在满足其正常运转的条件下，制定完善的质量控制制度，所有的工作人员都具备基本的专业素养，持证上岗，并且有相应的定期培训制度，保证工作人员能够准确完成监测任务，控制试验的精确度。

2、实施实验室能力验证计划

目前，在环境监测实中，各个实验室之间的相互比对、能力验证计划的施行，能够在一定程度上确保各个实验室的监测质量水平，提高实验室的技术能力水平，因此要求各个实验室积极参与此类活动。另一方面，此类活动的举办必须严谨、规范，并且具有一定的权威性，以此发现各个实验室在环境监测中存在的问题，进而利用科学的方法对各个实验室质量控制体系进行验证，提高其质量控制水平。可见，积极参与能力验证活动，能够为实验室自身评定不确定度打下良好的基础。

二、检测环境不确定度的评定方法

1、A类评定方法：对于多次重复测量，得到测量列（x1，x2，…，xn），然后利用统计分析法，获得s（x），被测量估计值可以按照算术平均值来考虑，该方法的计算公式如下：。根据贝塞尔法进行计算得到s（x）=，V=n-1。一般情况下，采取这种评定方法要求必须有足够的重复次数，同时要求评价方法必须客观、严格。

2、B类评定方法

B类评定一般用于无法确定信息来源的情况，根据相关经验，被测量值区间为[-a，+a]，根据设定好的概率p对k进行确定，获得不确定度uB。其中，a为被测量值区间的半宽度，k为包含因子。

3、合成标准不确定度的计算

标准不确定度的通用计算公式为

。如果各个输入量之间没有关联，也就是相关系数是0，由此可得根号内第二项为0。

4、扩展不确定度的评定

扩展不确定度主要有U和Up两项，其中，前者无置信概率，但是后者给定概率p。如果测量结果已经给出，则使用U=k•uc（y）进行计算。

5、不确定度报告

在完整的实验报告中，必须包含被测量的估计值以及该值的不确定度。一般情况下使用合成标准不确定度，根据实际情况如有必要应该给出等效自由度。

三、测量不确定度的评定

1、向溶液中添加高锰酸钾标准溶液体积而产生的不确定度

（1）校准引入的标准不确定度

在测定过程中，使用10mL移液管量，从高锰酸钾标准液中量取10mL进行检定，检定过程中，校准温度20℃时，利用移液管的误差不能超过0.020mL，包含因子k=，那么标准不确定度：u1（V加）==1.15X10-2mL。

（2）在测定过程中，由于溶液温度与校准温度存在温差而产生的标准不确定度

在测定过程中，水的体积膨胀系数为2.1x10-4/℃，该溶液的温度20±4℃。按照均匀的原则，当V标=10.00mL时，标准不确定度按照以下方式进行计算：

u2（V加）=[2.1X10-4X4X10.00]/=4.85X10-3mL

以上两各分量之间相互独立，则，测定过程中，不确定度按照以下方式进行计算：

其相对标准不确定度为：

2、滴定过程中所添加高锰酸钾标准溶液体积产生的不确定度

（1）校准引入的标准不确定度

A级25mL酸式滴定管，校准温度为20℃时，其误差不能超过0.04mL，假设为均匀分布，k=，则不确定度为：

（2）由于溶液温度与校准温度之间温差而引入的标准不确定度

同理，V1=2.62mL，那么，由于温差的原因，引入的标准不确定度为：u2（V1）=1.59X10-3mL。

若以上标准中的不确定分量u1（V1）与u2（V1）之间没有联系，那么在滴定过程中，按照以下方式计算标准不确定度：

则，得到相对标准不确定度：

3、由于添加草酸钠标准溶液体积而产生的不确定度

在进行测定时，采用10mL移液管量来量取草酸钠标准溶液，同理可知，相对标准不确定度为：

4、配制草酸钠标准溶液过程中引发的不确定度

采用标准量器称取0.6705g基准草酸钠，用水溶解，同时定容100mL，获取所需的草酸钠标准容易液；从该贮备液中量取10mL稀释到100mL，获得草酸钠标准溶液，该溶液的浓度计算方式如下：

其中，m—采用标准量器称取得基准草酸钠质量，g；

M—草酸钠的摩尔质量，g/mol；

V4—制备草酸钠标准贮备液过程中的定容体积，mL；

V5—制备草酸钠标准溶液过程中量取的草酸钠标准贮备液积，mL；

V6—制备草酸钠标准溶液过程中的定容体积，mL；

1000—单位换算系数。

（1）基准草酸钠称量过程中引入的不确定度

把线性分量根据矩形分布进行一定得转换，得到相应的标准不确定度，所以，此处天平线性分量为=0.09mg。对以上分量的计算需进行2次，分别为空盘和毛重。上述两次分量的计算之间并无线性相关关系，所以，按照以下公式计算质量的标准不确定度：

称取基准草酸钠0.6705g，其相对标准不确定度：

（2）基准草酸钠的纯度引入的不确定度

基准草酸钠纯度P=（100±0.05），根据均匀分布的原则，标准不确定度计算方法如下：

与此同时，其相对标准不确定度：

（3）制备草酸钠标准溶液中由于玻璃仪器的使用引发的不确定度

制备草酸钠标准溶液过程中，玻璃仪器选择10mL移液管和100mL容量瓶，因此，相对标准不确定度按照以下公式计算：

其中，相关分量urel（m）、urel（P）、urel（V）相互独立，则计算出相对标准不确定度：urel（C1）=1.68*10-3。

综上所述，各个不确定度来源与标准不确定源之间存在以下关系：滴定消耗高锰酸钾标准溶液的体积引入的不确定度>配制草酸钠标准溶液引入的不确定度。根据上述实验，我们能够清楚的看出，用酸度管滴定过程中产生的不确定度影响因素较大。

结语

总之，不确定度的应用，使得环境监测更加科学、准确，对测量数据的获取有了更加科学的途径与解释，大大提高了环境监测测量数据的可靠性。在进行环境测量的过程中，不确定度的评定方法大多是经过实践总结而来，所依，该方向的研究将是我国未来环境监测领域的核心。

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