水質(zhì)監(jiān)測與分析中計量措施的應用①

陳紅霞 羅笑艷 席丹

(浙江省義烏市水處理有限責任公司 浙江義烏 322000)

《中華人民共和國計量法》（簡稱《計量法》），是國家管理計量工作的基本法，是實施計量監(jiān)督管理的最高準則，共計六章三十四條。《計量法》的宗旨是：加強計量監(jiān)督管理，保障國家計量單位制的統(tǒng)一和量值的準確可靠，有利于生產(chǎn)、貿(mào)易和科學技術的發(fā)展，適應社會主義現(xiàn)代化建設的需要，維護國家、人民的利益。

在我國，隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，環(huán)境保護成為一項基本國策。人類生存環(huán)境的三大要素是陽光、空氣和水，可以說沒有水就沒有生命。因此，海洋、河流、冰川、湖海的水質(zhì)條件密切關系到人們的日常生活。那么，先進的水質(zhì)監(jiān)測室必須具備的能力是：出具計量單位制統(tǒng)一及量值準確科學的監(jiān)測數(shù)據(jù)。采用精準的計量儀器，完善監(jiān)測人員的檢測水平，建立嚴格的計量管理制度，則是水質(zhì)分析質(zhì)量的有力保障。

1 計量法規(guī)體系的組成

計量法規(guī)體系的第一層次是法律；第二層次是計量行政法規(guī)，與水質(zhì)分析有關的是《中華人民共和國計量法實施細則》，《國務院關于在我國統(tǒng)一實行法定計量單位的命令》，《全面推行我國法定計量單位的意見》；第三層次是規(guī)章，規(guī)章較多，略表。

2 產(chǎn)品質(zhì)量檢驗機構計量認證

某實驗室為了證明儀器設備的性能，設備的工作環(huán)境及監(jiān)測人員的工作能力，有申請計量認證的意向，那就需要了解以下情況。

(1)計量認證考核內(nèi)容及執(zhí)行考核的部門。

(2)執(zhí)行計量認證的機構必須符合的資質(zhì)。

(3)各等級的產(chǎn)品質(zhì)檢機構的申請計量認證相向的部門。

(4)考核結果及合格證的管理。

3 計量檢定

計量器具的檢定又稱測量儀器檢定，必須遵循五個原則。

3.1 強制檢定

(1)計量檢定就是為評定計量器具的計量性能是否符合法定要求，確定其是否合格所進行的全部工作。

(2)縣級以上人民政府計量行政部門對用于貿(mào)易結算、安全防護、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測方面列入強制檢定目錄的工作計量器具，實施強制檢定。如果沒有按規(guī)定申請檢定或者檢定不合格的，法律上不允許使用。

(3)該實驗室的水質(zhì)分析測量儀器屬于環(huán)境監(jiān)測工作計量器具，可以進行強制檢定的儀器有：電子分析天平、TU-1810 SPC紫外可見分光光度計、TU-1950 紫外可見分光光度計、OIL 480型紅外分光測油儀、原子吸收分光光度計等。

3.2 非強制檢定

在《關于企業(yè)使用的非強檢計量器具由企業(yè)依法自主管理的通告》中，規(guī)定：非強制檢定計量器具的檢定周期，由企業(yè)按原則自行確定。檢定方式由企業(yè)根據(jù)需要，自行決定在本單位或者送其他計量檢定機構進行檢定，任何部門不得干涉。

4 原始記錄和數(shù)據(jù)處理具有法律責任，必須規(guī)范化

(1)原始記錄應該有規(guī)定的保存期限，應是產(chǎn)生當時的原始觀測數(shù)據(jù)及其導出數(shù)據(jù)，還包含被測定的儀器及藥劑的信息記錄、人員、設備和環(huán)境條件及依據(jù)的方法原理。

(2)原始記錄必需含有豐富的信息，以保證該測定與原來條件盡可能接近的條件下能夠復現(xiàn)。記錄還必需包括進行抽樣人，各項測定的執(zhí)行人及結果核驗人的簽名。

(3)觀測結果、數(shù)據(jù)和計算應在產(chǎn)生時予以記錄，不得事后追記、補記及重抄，該實驗室按照測定項目來分類識別。

(4)記錄過程中出錯時，應用橫線劃改錯誤之處，將正確量值填寫在旁邊，并附上改動人的簽名或簽名縮寫。對電子存儲的記錄也采取同樣的措施，防止丟失原始記錄或未授權的改動。

(5)總之做到：格式固定化、識別專門化、信息表格化、書寫簽名規(guī)范化及管理檔案化。

5 計量技術法規(guī)

(1)計量技術法規(guī)包括：國家計量檢定系統(tǒng)表、計量檢定規(guī)程和計量技術規(guī)范。計量檢定系統(tǒng)表只有國家計量檢定系統(tǒng)表一種，是國家對量值傳遞和量值溯源的程序做出規(guī)定的法定性技術文件，由建立計量基準的單位負責起草，并由國務院計量行政部門制定。

(2)計量檢定必須按照國家計量檢定系統(tǒng)表進行，形式用框圖結合文字來表示，每項計量基準對應唯一的計量檢定系統(tǒng)表。

(3)在我國計量立法的宗旨活動中，量值傳遞和量值溯源是最基礎、最核心的的過程，傳遞關系和溯源關系用國家計量檢定系統(tǒng)表來表示，后者即國家溯源等級圖，包括三級三要素。

(4)量值傳遞與量值溯源的關系：是同一種過程的兩種不同的表達，互為逆過程，量值傳遞是自上而下逐級傳遞，量值溯源是一種自下而上的自愿行為，溯源的起點是計量器具測得的量值，終點直至國家基準，可越級但不能間斷。

6 量和量值

量按學科劃分為物理量、化學量和生物量。按量制類別分為基本量和導出量。水質(zhì)分析中都會用到三個學科的量，在此就以基本量和導出量以及我國的法定計量單位為討論主題。

(1)在水質(zhì)分析中“摩爾”是最基本的，使用最多的單位是SI單位，在藥劑的配制、滴定分析、容量分析、光度分析等均要用到。

①物質(zhì)的量的單位—摩爾，每摩爾中的基本單元數(shù)等于6.022045×1023個，這個數(shù)目叫做阿伏伽德羅常數(shù)，即0.6022045×1024個，1024該因數(shù)的詞頭名稱為“堯[它]”，符號為“Y”。

②因數(shù)大于等于106，詞頭的符號均為大寫。

③有關的單位還有“摩爾質(zhì)量kg/mol、g/mol”；“物質(zhì)的量濃度；mol/m3、mol/L”。

(2)該實驗室，每項實驗的取樣和定容都關系到：

①體積：m3、dm3（L）、cm3（mL）、mm3（uL）；面積：m2、cm2、mm2。

②體積和面積都牽涉到長度單位，米是長度的SI單位，復現(xiàn)不確定度達1×10-11，即10×10-12，因數(shù)10-12的詞頭名稱為“皮[可]”，符號為“p”。

③因數(shù)≤103，詞頭符號均為小寫。

④千米是米的十進倍數(shù)單位，分米、厘米、毫米是米的十進分數(shù)單位。SI詞頭一共有20個，其中4個是十進位的，即百（102）、十（101）、分（10-1）和厘（10-2），這些詞頭通常只加在長度、面積和體積單位前面。其余16個詞頭都是千進位。

⑤SI詞頭不適用于2的冪，而僅僅指10的冪，方括號[ ]內(nèi)的字可以省略，方括號前為其簡稱，圓括號（）中表示同義詞。

(3)在COD、氨氮、總氮、總磷的結果表示的單位是mg/L或ug/L，這里用到了質(zhì)量單位。①千克（kg）是質(zhì)量的SI單位，在SI基本單位中，千克是唯一的實物基準。千克基準的比對的相對標準不確定度約為10-9量級。10-9該因數(shù)的詞頭名稱為“納[諾]”，符號為“n”。

②實際應用中，質(zhì)量單位千克中的“千”雖是詞頭，但千克是克的基本單位，克是千克的分數(shù)單位，卻不能說千克是克的倍數(shù)單位。

③用到的mg和ug，是千克（或克）的分數(shù)單位.

(4)在實際測定中，需要計算反應時間、顯色時間、穩(wěn)定時間，儀器的預熱時間及試劑的有效時間。

①秒（s）是時間的SI單位，當前使用的秒的定義又稱原子時。不確定度達到10-15，該因數(shù)所對應的詞頭名稱為“飛[母托]”,符號為“f”。

②“天”、“小時”和“分鐘”是秒的非十進倍數(shù)單位，是國家選定的非國際單位制單位。

(5)在監(jiān)測分析中，小到PH計、電導率儀、F-和cl-測定儀、含水率儀，大到高壓滅菌鍋、紫外可見分光光度計、原子吸收分光光度計，各種儀器都標有能源效率標識，包括額定電流、電壓和功率等，這是保證儀器高質(zhì)高量運行的前提。

①安培（A）是SI中電流的基本單位。

②相關的有“功/能:J”；“熱：eV；與SI單位關系：1eV≈1.602 189 2×10-19J”。

(6)工作環(huán)境的保持，每天需要測定室溫和水樣溫度，BOD5測定須保持20℃的恒溫。

①開爾文（K）是熱力學溫度的SI單位，溫度間隔和溫差，既可用攝氏溫度，也可用開爾文表示。

②熱力學溫度（T）換算成攝氏溫度（t）的公式是：t/℃=T/K-273.15。

③日常生活中，大多用攝氏溫度表示，例如：體溫、天氣溫度，實驗室用培養(yǎng)箱和烘箱溫度等。

(7)我國的法定計量單位，以國際單位制單位為基礎，再結合我國國情，選定了16個非國際單位制單位。水質(zhì)分析中經(jīng)常用到的還有：“質(zhì)量：t”，“原子質(zhì)量單位：u；與SI單位關系：1u≈1.660 540×10-27kg”。

7 描述測得值質(zhì)量的術語

7.1 測量誤差按性質(zhì)不同分為系統(tǒng)誤差和隨機誤差

隨機誤差是一個概念性術語，不能用定量隨機誤差來描述測量結果。理想的說，隨機誤差等于測量誤差減去系統(tǒng)誤差。

7.2 “準確度”、“正確度”和“精密度”不能混淆

(1)測量準確度、測量正確度、測量精密度，要仔細對比三者的定義，來區(qū)分不同的意義。

(2)準確度是一個概念性術語，不能用數(shù)值表示。當測量時測量誤差較小，說明測量準確度較高。

(3)正確度與隨機測量誤差無關，僅與系統(tǒng)測量誤差有關，當系統(tǒng)測量誤差小時，說明正確度高。

(4)精密度一般用不精密程度數(shù)字形式表示，方法有規(guī)定測量條件下的標準偏差、方差或變差系數(shù)。

7.3 規(guī)定的測量條件

(1)重復性測量條件是精密度規(guī)定條件之一，是指：測量程序、操作者、測量系統(tǒng)、操作條件和地點五方面均相同，并在短時間內(nèi)對同一或類似被測對象重復測量的測量條件。測量重復性用實驗標準偏差Sr（y）來定量評定，公式（即貝塞爾公式）中，通常測定次數(shù)n=10。

(2)復現(xiàn)性測量條件也是精密度規(guī)定條件之一，仍用實驗標準偏差SR（y）來定量評定，但是必須詳細說明改變了的條件的情況。

7.4 測量不確定度

是定量說明測得值分散性的參數(shù)，帶前綴的不確定度描述不同情況下的測量結果，例如，標準不確定度、合成標準不確定度和擴展不確定度。

7.5 相關性和相關系數(shù)

(1)相關系數(shù)一般用估計值r（x，y）表示。

(2)在制作氨氮、總氮和總磷的標線時，需計算線性回歸方程中的相關系數(shù)r，R2是相關系數(shù)的平方。該實驗室制作標線氨氮的R2通常能做到0.9997以上；總氮標線R2達到0.9996以上；而總磷標線R2能得到0.9999以上，甚至得到R2=1。

(3)會影響到標線相關系數(shù)和平時測量值的幾個常見儀器計量特性有：系統(tǒng)靈敏度、儀器穩(wěn)定性、鑒別閾、裝置分辨力、儀器漂移等。

8 結語

計量是關系到國計民生的問題，是科技、工業(yè)、社會和經(jīng)濟發(fā)展的重要技術基礎之一，必須納入法制管理的軌道，也有自身的調(diào)整范圍。計量的應用是非常廣泛的，有關的知識點也非常多，越嚴格的水質(zhì)監(jiān)測儀器越需要校準、檢定。本文通過計量認證的要點，從國家計量單位制的統(tǒng)一入手，較簡單闡述了提高該部門的測得量值的能力的方法。僅希望通過本文，起到拋磚引玉的作用，以便能夠拜讀到更多的此方面的好文章。