試論測量不確定度評定在我國環境監測中的運用

摘要：近年來，環境污染已經成為人們普遍關注的焦點問題之一。環境監測數據作為評定環境污染程度的可靠依據，其測量數值的可信度直接影響對環境污染的判斷，而測量不確定度能夠提高測量數值的精準程度，并給出具有權威性的評定報告。本文就測量不確定度評定在我國環境監測中的運用展開探討。

關鍵詞：環境監測；質量控制；測量不確定度評定

環境監測的主要作用是判斷環境質量，并對具體環境問題進行評價，而測量不確定度是環境監測結果質量的衡量標準。測量不確定度在某種程度上彌補了以往檢測結果的準確度和誤差等參數的缺陷。本文就測量不確定度評定在我國環境監測中的運用進行淺談，僅供參考。

一、測量不確定度概述

不確定度主要是指由于測量誤差的存在，致使對被測量值不能肯定的程度，是表現出來的特征合理賦予被測量之值的分散性，并與實際測量結果相聯系的參數，該參數既可以是諸多標準差或標準差的倍數，又可以說明置信區間的半寬度。

對檢測而言，測量不確定度是表達檢測結果的一個重要組成部分，它能夠對真值存在的范圍進行具體估計和推斷，測量不確定度表示的是檢測結果的準確程度，即不確定度越小，檢測結果的準確度越高。

通常情況下，檢測中難免會存在一定的誤差，這些誤差大多數是無法避免的。因此，才在檢測中引入了不確定度。但是，不確定度卻并不等同于誤差，誤差本身存在不可預見性，而不確定度是可以量化的。從某種意義上講，不確定度是對檢測誤差的估計，檢測誤差的產生主要由各種外在因素的影響而造成的，所以，只有對這些因素進行透徹的了解，才能全面的估計和科學地表達不確定度。

二、測量不確定度在環境監測中的運用

（一）測量不確定度的分量及其評定流程

在實測工作中，測量不確定度分量的可能來源大致可歸納為以下幾個方面：1.采樣的代表性不足，即被測樣本無法完全代表實際的被測量；2.環境因素對測量過程的影響；3.測量儀器的靈敏度、分辨率、穩定性等計量性能；4.引用的數據或相關參量不準；5.被測量在反復觀測時的變化。測量不確定度的評定流程如圖1所示：

圖1為測量不確定度的評定流程圖

（二）不確定度評定的方法

在環境監測中，測量不確定度評定的方法可分以下兩類：

1.A類評定。具體是指用對觀測列進行統計分析的方法，來評定標準不確定度。A類評定主要是采用貝塞爾公式對被觀測量進行n次獨立的重復觀測，觀測值為Xi（i=1，2，…n）。標準不確定度為u（Xi），可用貝塞爾公式表示A類評定中的標準不確定度

A類評定主要適用于對樣品測量重復性和回收率測量重復性引入不確定度分量的評定。

2.B類評定。是指用不同于觀測列進行統計分析的方法，來評定標準不確定度。該方法是根據理論分析獲得的資料，如極限值、示值誤差等，給出的已知參數，如，最大允許誤差、擴展不確定度等，以此參數確定隨機變量變化的極限范圍，并用極限范圍的一半來表示標準不確定度半寬a。假設已知變化區間的半寬，則B類評定中的標準不確定度能夠由下式得出：

u(x)=s(x)=a/k

上式中a表示變化區間的半寬，k表示包含因子。B類評定主要用于樣品量取和標準溶液制備等過程不確定度分量的評定。

（三）測量不確定度評定在實驗室能力驗證中的應用

表1為6個實驗室同時測定總鉻的具體情況，表中的數據經格布魯斯檢驗法檢驗確定無異常值，樣品鉻為標準樣品。

實驗室編號測定值mg/L測量不確定度mg/L能力比分數Z變動性的標準化差值En實驗室能力狀況

10.8800.011-2.90.140存在問題

20.8940.021-1.10.054良好

30.8970.020-0.80.036良好

40.9060.0360.40.018良好

50.9100.0300.90.042良好

60.9300.0103.40.164差

表1 6個實驗室總鉻能力驗證情況

首先，可按照實驗室的實際能力比分數Z進行判別。實驗室2、3、4、5的能力比分數＜2，其能力狀態良好；實驗室1的能力比分數2＜＜3，其能力狀態存在問題；實驗室6的能力比分數＞3，其能力狀態較差。

其次，還可根據標準化差值進行判別。實驗室2、3、4、5的標準化差值En＜0.10，其能力狀態良好；實驗室1的標準化差值0.10＜En＜0.15，該實驗室的能力狀態存在問題；實驗室6的標準化差值En＞0.15，其能力狀態較差。

通過兩種不同的評定方法對實驗室的能力進行評定，所得出的結論是一致的，由此可以證明測量不確定度能夠應用于實驗室能力的評定。

（四）測量不確定度評定在數據判別中的應用

在環境監測中，對一些具有限定性的指標進行不確定度評估，能夠得出檢測結果的準確范圍，該范圍對于判定檢測結果是否超標有著十分重要的作用。如，環境保護中的某些監測項目，其檢測結果的限定值都有嚴格的規定。因此，必須對檢測結果進行不確定度評估，使具體結果能夠更加準確地反映實際情況。

測量不確定度對測量結果符合性判斷的影響有多種可能情況，在無任何指定實施規程和檢測技術規范的情況下，建議使用下述方法進行評定，如圖2中所示：

1.被具有95%置信概率的擴展不確定度區間所擴展的測量結果，若該結果沒有超出允許上限或下限時，即表示測量結果符合要求。

2.如果測量結果和擴展不確定度半區間的差超過允許上限或下限時，即表示結果不符合要求；同樣的，兩者的和如果達不到允許上限或下限時，也表示不符合要求。

3.當測量結果與允許的上限或下限比較接近時，致使擴展不確定度的區間與上下限重疊，此時則無法確定在所指的置信水平下測量結果是否符合要求。

圖2 當測量結果包括了測量不確定度影響時的符合性判斷

（五）測量不確定度的簡化評定

環境監測實驗室在日常工作中，常會碰到客戶對測量不確定度要求不高的情況，此時可簡化測量不確定度的評定，具體方法如下：

1.不確定度分量的忽略原則。所有的不確定度分量均對合成不確定度有一定的貢獻，如果忽略其中任何一個分量，都會造成合成不確定度變小。但若是采用方差相加獲得合成方差時，當其中的某些分量小至一定程度時，則不會影響實際的合成不確定度，所以，為了簡化分析和計算，可將之忽略不計。不確定度分量的忽略選擇過程中，應盡量反復篩選。設合成標準不確定度為Uc，忽略一個不確定度分量后，剩余的分量合成后所得的標準不確定度為Uc-1，當（Uc- Uc-1）/Uc≤10% 時，被忽略的這個分量對不確定度評定的影響較小，因此，可以將之忽略不計，反之當（Uc- Uc-1）/Uc＞10%，則這一分量必須予以考慮，不可忽略。

2.合成不確定度表達的簡單形式。通常情況下，環境監測分析中，變量之間都是不相關的，所以不需要對函數進行復雜的求導計算，下面介紹兩種簡便的求合成不確定度的方法：

①對于只涉及量的和或差的模型，如，y=p+q+r+…，合成標準不確定度u（y）的計算公式如下：

②對于只涉及積和商的模型，計算公式如下：

式中等為參數，具體表示相對標準偏差的不確定度。

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