工作場所中總粉塵測量不確定度的評定

周健鵬

（西安航天總醫院，陜西 西安 710100）

測量不確定度是指測量結果不能被確定的部分，用以表示被測量值的結果范圍。由于在日常工作中，進行檢測操作時，不可避免地會產生一定的系統誤差，誤差來源于檢測工具本身的不確定度、操作過程的不確定度、標準參照的不確定度，而這些不確定度共同構成了檢測過程中的不確定。合理評定檢測不確定度是檢測人員必須具備的能力。本文以工作場所中總粉塵質量濃度檢測為例，探討檢測過程中的各個不確定度因素。此研究有助于對總粉塵采集和檢測過程中關鍵環節進行質量控制，更有效地保證檢測質量。擴展到職業衛生其他有害因素檢測中，各個環節的質量控制可以根據不確定度來評定，有助于挑選出影響檢測質量的主要因子，為繼續改進檢測質量打下堅實的基礎。在本次研究中，依據JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》[1]，結合實際工作，測定某加工廠空氣中總粉塵含量，對其測量不確定度進行了分析評定。本研究參考粉塵測定原始記錄，篩選了同一操作位的3 個粉塵質量濃度值。

1 材料與方法

1.1 儀器設備

采樣儀器為FDC-20 型粉塵采樣器，稱重儀器為梅特勒FE-20 型電子天平，2 種儀器均檢定合格，儀器運行良好。

1.2 檢測方法與結果

檢測方法采用國家標準方法GBZ/T 192.1－2007《工作場所空氣中粉塵測定第1 部分：總粉塵濃度》[2]，使用電子天平（十萬分之一）感量為0.000 01 g，現場檢測時采樣器流量為20 L/min，采樣時間為15 min。測定某加工廠空氣中總粉塵質量濃度為5.4 mg/m3。

根據采用國家標準方法，粉塵質量濃度的計算公式如下：

式中：C為空氣中總粉塵的質量濃度的數值，單位mg/m3；m2為采樣后的濾膜質量的數值，單位mg；m1為采樣前的濾膜質量的數值，單位mg；v為采樣流量的數值，單位L/min；t為采樣時間的數值，單位min。

2 不確定度來源識別

2.1 A 類不確定度

在同一個工作日內，挑選現場環境處于穩定狀態下的若干個時間段。A 類不確定度主要是由重復檢測引起的。本文對某地點粉塵質量濃度進行了3 次采集，計算現場采樣的不確定度。

2.2 B 類不確定度

在粉塵現場檢測及對測塵濾膜采集總粉塵前后的實驗室稱重過程中，主要包括粉塵采樣體積的不確定度，測塵濾膜采樣前后稱量質量的不確定度。排除以下3 種不確定度：①人為操作不規范因素（偶然誤差）；②因儀器（粉塵采樣器、電子天平）性能影響產生的不確定度；③標準方法的不確定度。具體如圖1 所示。

圖1 不確定度合成魚骨圖

3 不確定度的評定

3.1 A 類不確定度的評定

在一個工作日內、不同時間對某地點粉塵質量濃度進行3 次檢測，檢測時間差盡可能拉大，現場情況盡可能不同，計算3 次檢測現場采樣的不確定度。重復檢測結果如表1 所示。

表1 重復檢測結果

式中：s為采樣檢測結果的標準偏差，按矩形分布原則；ua為現場采樣的絕對不確定度。

3 次重復檢測結果取最高值，故本次檢測結果取值為5.4 mg/m3。

式中：為現場采樣的相對不確定度。

3.2 B 類不確定度的評定

3.2.1 粉塵采樣體積的不確定度

根據儀器檢定證書， 所用儀器量程為3 ～30 L/min，采樣時間誤差5 min 為0.40 min，采樣流量誤差為2.17%FS（滿量程情況下的誤差），流量穩定性為1.00%FS。按矩形分布原則如下。

流量的相對不確定度：

流量的絕對不確定度：

時間的絕對不確定度（因為采樣時間誤差5 min為0.40 min，故采樣時間誤差15 min 為1.20 min）：

時間的相對不確定度：

體積的相對不確定度：

3.2.2 測塵濾膜前后稱量質量的不確定度

3.2.2.1 電子天平的不確定度

電子天平準確度的不確定度來源主要有天平示值誤差、重復性誤差。根據儀器檢定證書十萬分之一電子天平的示值誤差為0.03 mg，重復性為0.05 mg。

3.2.2.2 測塵濾膜稱量前質量的不確定度

采樣前濾膜質量如表2 所示。

表2 采樣前濾膜質量

式中：s1為采樣前濾膜質量的標準偏差，按矩形分布原則；為采樣前濾膜質量的絕對不確定度。

3.2.2.3 測塵濾膜稱量后質量的不確定度

采樣后濾膜質量如表3 所示。

表3 采樣后濾膜質量

式中：s2為采樣后濾膜質量的標準偏差，按矩形分布原則；為采樣后濾膜質量的絕對不確定度；u1為測塵濾膜采樣前稱量質量的相對不確定度；u2為測塵濾膜采樣后稱量質量的相對不確定度。

4 不確定度合成及擴展

4.1 不確定度合成

粉塵檢測不確定來源包括測塵濾膜采樣前稱量質量的不確定度、測塵濾膜采樣后稱量質量的不確定度、采樣體積及現場采樣不確定度（A 類不確定度）。不確定度合成如表4 所示。

表4 不確定度合成

標準合成不確定度計算如下所示：

4.2 不確定度擴展

取包含因子k=2，則擴展不確定度ux=ub×2=0.9 mg/m3×2=1.8 mg/m3，因此測定某加工廠空氣中總粉塵質量分數為（5.4±1.8）mg/m3。

5 討論

環境檢測標準已大規模應用不確定度表達檢測結果，但在職業衛生標準中還未推行不確定度表達檢測結果。不確定度檢測結果為范圍值。統計意義為檢測的真實值有95%的可信度落在結果范圍內，具有很強的科學性，能顯示有害物質質量濃度的波動范圍，具有動態性。不確定度結果可以推廣至其他職業衛生檢測項目。運用該不確定度評定方法對測定過程中關鍵環節的識別將有助于檢測人員重點關注關鍵環節的質量控制，更為有效地提高檢測工作的質量。

從不確定度合成的分析中可看出，現場采樣的不確定度影響最大[3]，在實際工作中需嚴格判斷現場工作情況，在1 個工作日內挑選3 個或3 個以上能代表現場工作情況的時間段，每次采樣時間為15 min，分別收集粉塵稱量。這樣就能最大化地使不確定度表達式的真實值有95%的可信度落在結果范圍內。使企業和監管部門更加有效真實地掌握工作場所各個工位的粉塵質量濃度，因地制宜地提出相應的防護措施，使職業衛生中粉塵質量濃度的控制和監管更加數據化、科學化。

可根據不確定度的表達結果建立職業病危害因素的常態化監管機制。例如，在生產工藝落成穩定以后，對工藝過程的職業病危害因素進行整體的驗收評價，采取連續3 個工作日，在工作日工作飽滿時間每天檢測3 次危害因素，分析各個環節不確定度，綜合評定合成不確定度，以不確定度范圍上限設置相應的防護措施，這樣能更加科學地評定工作場所有害物質的質量濃度，由此針對性地設置防護設施，配發個人防護用品，從而有效避免職業病危害因素對工人的損害。