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环境监测中仪器分析方法不确定度的评估探讨

作者:未知

  摘要:本文以环境监测为背景,分析了仪器分析方法不确定度评估误差来源,并从仪器分析方法不确定度评估模型构建、仪器分析方法不确定度数据处理等方面,结合实际环境监测仪器分析方法不确定度评估案例,对环境监测中仪器分析方法不确定度评估方法进行了深入探究,以期为环境监测仪器分析方法不确定度评估科学性的提升提供依据。
  关键词:环境监测;仪器分析方法;不确定度
  中图分类号:X85 文献标识码:A 文章编号:2095-672X(2019)05-0-02
  DOI:10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.05.092
  Abstract: Based on environmental monitoring, this paper analyzes the source of error in the uncertainty assessment of instrumental analysis methods. And from the instrument analysis method uncertainty evaluation model construction,instrument analysis method uncertainty data processing and so on. Combined with the actual environmental monitoring instrument analysis method uncertainty evaluation case, the method of uncertainty assessment of instrument analysis method in environmental monitoring is deeply explored, in order to provide a basis for the scientific improvement of the uncertainty assessment of environmental monitoring instrument analysis method.
  Keywords:Environmental monitoring;Instrumental analysis method; Uncertainty
  “提供可以代表環境质量现状及变化趋势的数据”,是环境监测的核心内容。环境监测数据是判断环境质量、分析阶段环境问题、制定环境管理方案的主要依据,其质量直接影响了环境后期管理工作效率。因此,为弥补环境监测中仪器分析方法准确度及误差缺陷,对环境监测中仪器分析方法不确定度进行适当分析具有非常重要的意义。
  1 环境监测中仪器分析方法不确定度概述
  仪器分析方法不确定度主要是仪器分析方法测量数据的分散性,其根据环境质量的变化而动态变化。仪器分析方法不确定度评估需要遵循精确度高、严密分析的原则,即要求数据具有较高的精确度。但是由于人为因素影响,仪器分析方法不确定度评估过程中会产生误差,因此,在仪器分析方法不确定度评估过程中,需要遵循科学合理的原则,以保证环境监测数据可代表实际环境变化的真实情况[1]。
  2 环境监测中仪器分析方法不确定度评估误差来源
  仪器分析方法不确定度测量过程中产生的误差主要包括系统误差、人为误差两种类型,其中系统误差主要由原子吸收仪自身因素导致,而人为误差主要是在测量过程中,由于测量人员不了解正确数据处理方法导致的数据真实度不足的情况。
  3 环境监测中仪器分析方法不确定度的评估措施
  3.1 仪器分析方法不确定度模型构建
  在环境监测过程中,不确定度主要采用原子吸收光谱进行分析,即利用分光光度计,进行环境中被测量元素含量测量。随后依据元素含量水平,进行标准曲线图的绘制。通过标准曲线图,环境监测人员可以确定环境中不确定度。结合标准数值校正,可得出准确的评估结果。在实际环境监测仪器分析方法不确定度评估过程中,原子吸收光谱不确定度分析模型主要为:测量元素实际含量=测量元素溶液浓度与对照空白溶液浓度差*被测量元素溶液体系/被测量元素质量。
  3.2 仪器分析方法不确定度数据处理
  仪器分析方法不确定度计算环节较复杂,其涉及了多种分量的处理。因此,在实际仪器分析方法不确定度评估过程中,检测人员需要选择关键分量数据,对相关分量进行综合处理,保证仪器分析方法不确定度评估的真实性及有效性[2]。
  3.3 仪器分析方法不确定度实例评估
  本次试验主要以环境监测水质分析中重金属锌含量测试全过程不确定来源为目标,具体如下:
  首先,实验仪器及试剂选择。本次试验用仪器主要为美国热电的仪器S4AASystem型原子吸收分光光度计及梅特勒AB104-S型电子天平。其中原子吸收分光光度计主要模块为锌空心阴极灯,光谱通带为0.40nm,乙炔流量为1.8L/min,空气流量为10.0L/min。
  本次试验主要用试剂为优级纯高氯酸、优级纯硝酸。
  其次,测量方法及结果评定。在具体测试过程中,首先需要进行锌标准用溶液的配置,锌标准用溶液主要采用1000mg/L的锌标准溶液,取锌标准溶液10.00mL置于1000mL容量瓶中,采用(1+499)硝酸溶液,定容至刻度线;随后取6支100mL容量瓶,分别吸取0.00mL、0.50mL、1.00mL、3.00mL、5.00mL、10.00mL锌标准用溶液,采用(1+499)硝酸溶液定容至刻度线,混合均匀后备用;随后依据《水质铜、铅、锌、镉的测定原子吸收分光光度法》(GB/T 7475-1987)中关于废水中锌含量相关规定,将样品混匀后量取100.0mL,置于200mL烧杯内;加入5mL硝酸,在电热板上加热消解,确保样品不沸腾,蒸至10mL左右,加入5mL硝酸和2mL高氯酸,再蒸至1mL左右;取下冷却,加水溶解残渣,通过中速滤纸(预先用酸洗)滤入100mL容量瓶中,用水稀释至标线;重复测量五次后进行结果分析。   再次,分析方法不确定度评估。依据污水中锌含量计算公式,可得原子吸收分光光度法分析不确定度合成公式为:[标准溶液配置引入不确定度2+标准用溶液配置引入不确定度2+标准曲线系列配置量器引入不确定度2]1/2。根据以上公式可得本次测量不确定度主要来源为样品消化液浓度、电子天平样品称取质量、样品含水率、消化液定容体积几个模块[3]。其中在标准溶液配置模块引起的不确定度主要为总锌标准浓度不确定度,仪器提供不确定度证书为1.1%,将整体实验数据以矩形排列,可知总锌标准溶液浓度相对不确定度为:1.25%/31/2=0.005589。
  在標准锌使用液配置阶段引入的不确定度主要包括单标线移液管不确定度、250mL容量瓶不确定度两个模块。其中制造商提供5.0mL单标线移液管容量允许误差为±0.01mL,依据均匀分布可得标准不确定度为1.1*10-3;而制造商提供250mL容量瓶容量允许误差为0.20mL。依据均匀分布原则,可得容量瓶引入不确定度为:0.20/31/2/250=2.8556*10-4。
  标准曲线系列配置刻度管单次引入不确定度允许误差为±0.025mL,依据均匀分布原则,可得出标准曲线系列配置刻度管单次相对不确定度为0.025/31/2=0.0145。按标准系列移取5次、总移取体系偏差为25.0计算,可得出标准曲线系列配置量器不确定度为0.0135*51/2/25.0=6.2565*10-3。标准曲线拟合引入不确定度主要依据拟合回归方程式:y=0.1272x+0.008进行计算,标准曲线拟合引入相对标准不确定度分析阶段,需要综合考虑标准系列点数、测量样品次数、标准系列锌浓度平均值、标准系列各点锌浓度、测量消化样品与空白后浓度均值差等因素,最终拟合计算的标准曲线拟合相对标准不确定度为9.03*10-3。仪器分析引入相对不确定度主要依据仪器检定证书相对标准偏差,以相对标准偏差为1.8%进行计算,可得仪器分析引入相对不确定度为0.84*10-2。
  称量天平引入不确定度计算过程中,由于标准样品称重量为0.100g,试验用电子天平称量变动性标准偏差、天平校正不确定度均为称量不确定度来源。其中称量变动性标准偏差为0.05mg,依据均匀正态分布公式可得其不确定度为0.05/31/2=0.02956;依据仪器检测证书给出的最大偏差0.25mg,可得天平校正均匀分布换算标准偏差为0.25/31/2=0.14656。相对标准不确定度为0.145/0.29=2.0。
  最后,不确定度合成及扩展。代入以上数值,可得出样品合成相对标准不确定度为1.8556*10-2。若扩展因子为1.5,则扩展不确定度为1.5*1.86*10-2=0.027256。
  4 总结
  综上所述,化学分析是环境质量检测的重要方式,化学分析仪器误差、人为操作误差等因素,均会影响环境监测效果。因此,在环境监测仪器分析方法应用过程中,相关人员需要依据具体监测项目,综合分析样品消化液浓度、电子天平样品称取质量、样品含水率、消化液定容体积等因素,对化学分析过程中各模块不确定度进行合成分析,并适当扩展,保证化学分析实验结果准确性。
  参考文献
  [1]马世杰,张随艳.化学实验室仪器分析法不确定度的计算研究[J].中国石油和化工标准与质量,2016,36(11):132-189.
  [2]张纯淳.环境监测中仪器分析方法不确定度的评估[J].环境与发展,2018(3):123-145.
  [3]回永铭.原子吸收光谱法测定城市污泥中铜的不确定度评定[J].黑龙江环境通报,2016,40(4):38-40.
  [4]张少铭.环境监测在环保验收监测中的作用[J].资源节约与环保,2018(12):88-89.
  收稿日期:2019-02-15
  作者简介:徐苗(1981-),女,汉族,本科学历,环保工程师,研究方向为环境监测。
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