羽绒残脂率测定结果的不确定度评定

李国华， 孙宝芬， 陈 浩， 张 慧， 吕荣辉

(山东出入境检验检疫局， 山东 青岛 266002)



羽绒残脂率测定结果的不确定度评定

李国华， 孙宝芬， 陈 浩， 张 慧， 吕荣辉

(山东出入境检验检疫局， 山东 青岛 266002)

为反映实验室残脂率检测结果的可靠程度，采用直接评定方法对羽绒残脂率的测量结果进行不确定度评定。根据羽绒残脂率测试原理，分析得出其测量结果的不确定度来源主要为测量的重复性、样品质量的称量、残脂的称量；进而对各分量分别进行了评定，计算出了羽绒残脂率的合成标准不确定度和扩展不确定度。分析结果表明：天平的分辨力和测量重复性是影响残脂率总不确定度的主要分量；采用数字分辨力高的天平，并对萃取环节的试验条件和过程严格控制而保持测试一致性，从而保证检测结果的准确度。该结果对实验室检测结果的评估起到借鉴作用。

羽绒； 残脂率； 测量不确定度； 天平分辨力

测量不确定度的评定是实验室检测结果报告的重要组成部分，其评定能力反映了实验室的技术水平。国际标准ISO/IEC 17025∶2005《检测和校准实验室能力的通用要求》中测量不确定度的评定条款明确提出：实验室须建立并实施测量不确定度评估程序[1]。不确定度的大小直接反映测量结果质量的高低，客观反映了检测结果的可靠程度[2]。出具测量结果的同时给出其不确定度，便于使用者评价数据的可靠性，并且使实验室测量结果间具备可比性[3]。羽绒残脂率是羽绒及其制品的重要品质指标，其检测结果受环境、仪器精度、材料本身不均匀性等测试条件影响，测试数据具有一定的分散性。由于检测标准中没有给出重复性测试结果的允许误差，本文按照实验室测量不确定评估程序[4-5]，通过系列试验和数据处理，开展对羽绒残脂率测量不确定度评定的研究，经建立模型确定分量，到合成与扩展的计算等环节，分析导致不确定度的主要因素，以期对实验室检测结果的评估提供借鉴。

1 测试方法与原理

1.1 测试仪器与试剂

试验仪器：BP211D型电子天平1(最大允许误差±0.001 5 g，分辨力0.000 1 g)，检定合格；BS210S型电子天平2(最大允许误差±0.015 g，分辨力0.001 g)，检定合格；恒温水浴锅(金坛市金城国盛实验仪器厂)；烘箱(南通宏大实验仪器有限公司)。

萃取试剂：乙醚(美国MREDA技术股份有限公司)。

试样：水洗灰鸭绒由临沂兰兴羽绒制品有限公司提供，经检验证明其具有均匀一致性特征。将样品置于标准大气条件下平衡稳定后，充分混合，随机称取羽绒残脂率试样20个。

1.2 测试过程

根据GB/T 10288—2003《羽绒羽毛试验方法》,采取索氏萃取法测试羽绒残脂率。先将测试样品放置恒温恒湿室中平衡1 d，将样品充分混合均匀，随机称取20个试样放入滤纸筒。将试验样品放入105 ℃烘箱中烘干2 h，然后将滤纸筒放入索氏抽取管中，接通冷凝器和已知干态质量的烧瓶。倒入足够的试剂确保回流完成。调整水浴锅的温度，使试剂回流次数控制在5～6次/h，总回流次数20次以上。回流结束后，蒸发掉烧瓶中的试剂，然后将烧瓶放入105 ℃烘箱中烘至恒定质量。其测试结果按下式计算：

(1)

式中:M为质量恒定的带残脂的烧瓶质量，g；D为对应原空烧瓶质量，g；C为羽绒试验样品的质量，g；X为所测羽绒残脂率，%。

2 数学模型的建立

式(1)是由测试原理给出的，根据测试原理和信息分析，建立残脂率不确定度数学模型[4]如下：

(2)

式中:X为所测羽绒残脂率，%；frep为引入的测量重复性修正因子，其数学期望值为1。

3 测试结果与分析

3.1 不确定度的主要来源分析

残脂率测量过程中不确定度的来源具体从以下几方面展开分析。

1) 称量过程产生的不确定度，其包含3方面的不确定分量： 称量重复性引入的不确定度按A类评定，即利用对观测列的统计分析的方法来评定；天平计量结果引入的不确定度按B类评定，即为用不同于对观测列进行统计分析的评定方法；天平示值可读性(常称为数字分辨力)引入的不确定度，同样按B类评定。综上，称量引入的不确定度实际存在于试验样品质量、空烧瓶质量和含有残脂的烧瓶质量的3个称量过程中。

2)在测试时常遇到即便很好地控制了环境条件或其他影响因素，最终测量结果也存在一定的分散性的情况，即多次测量结果并不完全相等。这些客观存在是由一些随机效应所造成的，是不确定度的来源之一[5]，即重复性试验所引入的不确定度。

3)其他偶然因素方面，虽然环境的湿度对样品质量会有影响，但由于试验样品预处理和质量称量过程是在标准方法规定的且符合严格波动容差要求的恒温恒湿环境进行，故对样品质量不确定度的影响可不予考虑。

4)应用不确定度因果关系图的精简规则，组合类似影响因素[6]，将称量过程中的重复性因素同试验过程中的某些偶然因素组合在一起，使每次称量的变异性和偶然的变异性均贡献给整个方法的重复性试验所检测到的变异性[7]。

综上所述，残脂率测量的不确定度分量来源可归纳为4类：测量重复性的不确定度uf；样品质量的不确定度uC；空烧瓶质量的不确定度uD；含残脂烧瓶质量的不确定度uM。

3.2 不确定度分量的评定步骤与计算

3.2.1 测量重复性

测量重复性uf分量包含天平的测量重复性和样品不均匀性等方面的随机影响。取同一样品若干试样，测量20个数据。表1所示为羽绒残脂率测试结果。

试验样品重复测量的单次测量试验标准偏差由以下贝塞尔公式[4]计算：

表1 羽绒残脂率测试结果Tab.1 Testing results of fat and oil content

由于方法规定羽绒残脂率结果为2次测量的平均值，计算测量重复性不确定度为

3.2.2 样品质量

使用天平1称量样品质量uc, mg。该过程要有3个影响因素，其中称量重复性已经归入测试重复性中，此处不重复计算[7]。另2个影响因素为：天平计量结果(按B类方法评定为uC1, mg)；天平数字分辨力(按B类方法评定为uC2, mg)。由于天平1处于专用天平室，环境稳定，空气浮动等影响忽略不计。

3.2.3 空烧瓶质量

使用天平2进行样品称量空烧瓶质量μ0, mg，不确定度分量分析同3.2.2，表示为：天平计量结果, 按B类方法评定为uD1, mg；天平数字分辨力,按B类方法评定为uD2, mg。

同样空烧瓶质量uD由uD1和uD2合成而得，

3.2.4 含残脂烧瓶质量

含残脂烧瓶质量uM， mg，同样使用天平2进行称量，其标准不确定度分量同3.2.3空烧瓶质量uD，即：uM≈uD=8.665 mg。

空烧瓶和含残脂烧瓶的称量实际是残脂称量的过程。二者的合成即为残脂称量产生的总不确定度。表2示出了不确定度各个分量的贡献值。

3.3 合成标准不确定度

M和D是同一个天平称量的质量，是相关量，但是在计算过程中二者相减，故为负相关，其系统偏差被抵消，因此，可采用互不相关的合成规则。这样uM和uD与测量重复性uf和样品质量uC是互不相关的，故根据合成标准不确定度的合成规则[4，7]，羽绒残脂率的合成标准不确定度u(x)由下式计算而得：

表2 不确定度分量汇总表Tab.2 Summary sheet of uncertainty components

cf2uf2+cM2uM2+cD2uD2+cC2uC2

其中，ci为各不确定度分量的不确定度传播系数(也称灵敏系数)。根据数学模型公式(2)求偏导算出每个输入量的不确定度传播系数，其中M、D、C取其数学期望值[4]。

1.729×10-6mg-1

由此可得，羽绒残脂率的合成不确定度u(x)为：

3.4 扩展不确定度

按国际惯例，在95%置信水平下，取包含因子k=2[6]，则其扩展不确定度为

U=ku(x)=2×0.32%=0.6%

3.5 评定结果讨论

1)称量过程的不确定度分量与天平精度有关。本文测试中采用了2种不同分辨力的天平，其标准不确定度存在一定差异。样品质量称量所用天平分辨力高最大允许误差小，且该分量的灵敏系数小，其合成标准不确定度的贡献值为2.118×10-6。故样品称量分量相比其他分量对总不确定度的影响非常小，根据可忽略的原理判定，该分量可忽略不计[7]。

2)根据表2数据看出，在使用分辨力为1 mg的天平2时，空烧瓶质量和含残脂烧瓶质量分量是总不确定度的最主要分量，由其引起残脂率的合成不确定度为0.32%，在95%置信水平下扩展不确定度为0.6%。如果选择分辨力为0.1 mg的电子天平1，其不确定度分量均为2.234×10-4。此条件下计算而得的合成标准不确定度为0.039%，在95%置信水平下扩展不确定度为0.08%。此时测试重复性分量与其相当，二者均为主要的分量。

3)本文试验采用GB/T 10288—2003规定的标准检测方法，可忽略方法本身的误差[13]。与测量重复性分量相关的主要是试验操作过程中的随机影响，如试样均匀性、萃取时间、回流速度、干燥时间、人员操作、数值修约以及称量等等的重复性概念范畴的要素等，这些影响量不宜逐个分析，综合一并作为测量的重复性不确定度分量，在此说明。

4 结 论

由不确定度分析结果可知，根据GB/T 10288—2003中的检测方法进行残脂率测试，其合成标准不确定度主要贡献分量为测量重复性引入的不确定度和烧瓶称量引入的不确定度。如果烧瓶称量的天平精度为1 mg，其称量过程中产生的不确定度将成为影响总不确定度的最主要分量，且由此产生的残脂率总不确定度较大，易超出实际测量中的质量控制，因此，在残脂率测试中，一定要选择较高精度的电子天平称量残脂烧瓶，减少天平精度对测试结果的影响，从而减少测试过程中系统误差，提高检测结果的可靠度。

为保证检测结果的准确度，建议对标准方法明确规定称取残脂所用天平的数字分辨力；另外要加强实验室技术管理和人员技能培训，对萃取测试环节的试验条件和过程严格控制，保持一致性，减少测试的随机误差。

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Uncertainty evaluation for testing results of fat and oil content of downs

LI Guohua, SUN Baofen, CHEN Hao, ZHANG Hui, LÜ Ronghui
(ShandongEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau,Qingdao,Shandong266002,China)

To affirm the reliability of testing result, the direct evaluation method was used to evaluate the uncertainty of the fat and oil content of down. The repeatability of sample measurement, sample weighing, fat and oil weighing were proved to be the main sources of uncertainty of the fat and oil content by analyzing the principle of measurement of fat and oil content. All components were evaluated respectively. The combined standard uncertainty and the expanded uncertainty were calculated by combining all the components of uncertainty. The analysis result shows that the resolution of balance and repeatability of sample measurement are the main factors influencing the total uncertainty of the fat and oil content. To ensure the accuracy of the results, the balance with high digital resolution should be used, and the experiment conditions and processes should be strictly controlled to maintain consistency of testing.

feather and down; fat and oil content; measurement uncertainty; resolution of balance

10.13475/j.fzxb.20140901805

2014-09-15

2015-08-17

李国华(1971—)，男，高级工程师，学士。主要研究方向为实验室质量控制及认证认可。孙宝芬，通信作者，E-mail:sunny_zhuo@126.com。

TS 959.16

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