煤炭检测实验室检测质量控制方法研究

王化阳

(1.国家煤炭质量监督检验中心；2.煤炭科学技术研究院有限公司检测分院；3.煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室，北京 100013)

煤炭在相当长时间内依然是我国最重要的能源资源[1]，煤炭消费结构正在由粗放、低效向高质量新常态发展转变[2]。2014年9月3日，六部委联合发布的《商品煤质量管理暂行办法》规定，煤炭生产、加工、储运、销售、进口、使用企业是商品煤质量的责任主体，分别对各环节商品煤质量负责[3]。煤炭检测实验室作为煤炭质量检测的主体和煤质数据的提供者，必须认识到煤炭检测工作的重要性，加强煤炭检测全过程质量控制，为煤炭生产、销售和高效清洁利用提供准确、客观、公正的检测数据。

我国从事煤炭检测的实验室有数千家，各实验室检测质量管理水平良莠不齐，主要表现在人员专业水平不高，操作不规范；设备管理不规范，检定/校准未经有效确认；检测方法单一，标准方法查新不及时；检测项目不齐全，经验公式估值代替实测；实验区域设置不合理，检测环境监控不到位等。实验室检测过程中任何一个环节出现偏差都会对数据的准确可靠性产生影响[4-6]。

以下从煤炭检测工作实际出发，列举了实验室检测质量控制方法，结合实例对煤炭检测质量控制方法的具体实施进行了探讨，以期为煤炭检测实验室质量管理提供参考。

1 检测质量控制方法

质量控制是为了监视质量形成过程，消除质量环节上引起不合格或不满意效果的因素，以达到质量要求而采用的各种质量作业技术和活动。作为检测结果有效性的重要手段，实验室检测质量控制的方法种类较多。全国认证认可标准化技术委员会于2020年7月实施的《检测和校准实验室能力的通用要求》(GB/T 27025—2019)在资源要求和过程要求中规定了确保结果有效性的控制方法[7]。

煤炭检测实验室常用的质量控制方法主要有以下几种：使用有证标准物质、设备检定/校准、期间核查、方法比对、人员比对、盲样测试、留样再测、报告审核等内部质量控制方法，同时还有外部实验室间比对以及能力验证提供者组织的能力验证计划和测量审核等外部质量控制方法[7]。

2 检测质量控制方法实施

煤炭检测质量控制涉及实验室组织建设、采样、制样、化验、结果报出和审核等众多环节，任何一个环节的偏差或错误都可能会对检测结果造成影响。实验室质量控制，主要是利用相应的质量控制方法，从人员、设备、检测方法和设施环境等方面进行管控[5，6，8]。

2.1 人员

为了从基础上保障检测活动的质量，实验室应建立完善的人员管理体系，明确管理和实施实验活动人员的任职条件、职责与义务，规范人员资格确认。人员上岗前要经过培训、监督、能力确认和授权，持证上岗。实验室要采取标物检测、人员比对、实际操作、记录核查、盲样检测、能力验证和实验室比对等内外部质量控制方法对上岗人员能力进行监控，保证检测人员的操作能力、检测能力以及结果评价能力等满足检测活动的需要[9]。从技术和管理角度出发，在人员管理中要重点加强人员培训，规范人员操作。

2.1.1 人员培训

煤炭检测人员的工作经验、受教育程度和学习能力存在差异，在制定培训计划时应进行需求分析，分层次进行培训，对于新上岗或转岗人员侧重实际操作培训，对于有一定实践和理论基础的人员侧重方法理解、质量控制和实验室管理等方面的培训[10]。

科学公正的数据是检测实验室的命脉，在对检测人员进行技术方法培训的同时，还要加强廉洁从业培训，增强员工风险防控意识，切实做到守住底线、不越红线、廉洁从业。

2.1.2 操作规范

随着经济发展和科技的进步，煤炭检测设备自动化、智能化程度不断提高，但是某些煤炭检测过程或检测项目仍然受人员操作的影响比较大，为了减小人员操作对煤炭检测的影响，在日常检测工作中要加强对人员操作的监督、监控，定期与标准中的规范操作进行对标，统一操作，对于发现的操作偏差和不规范现象及时进行整改，并跟踪确认[11]。

样品称量这一基础操作在对标中经常会被忽略。GB/T483中要求分析试样取样前要充分混匀，取样时，应尽可能从煤样容器的不同部位，用多点取样法取出[12]。GB/T211中要求称取全水分样品前试样混合时间不少于1 min[13]。实际工作中样品称量经常会出现不规范现象，称量前未进行充分混合直接称量或进行单点取样，称量取样不规范会使化验精密度变差，造成结果偏差。

2.2 设备

为了保障检测活动的顺利开展，实验室应配备满足测定方法要求的设备，设备包括测量仪器、测量标准、标准物质、软件、参考数据、试剂、消耗品等[7]。实验室还应建立完善的设备档案，按计划进行检定/校准、期间核查和维修维护等，并做好记录。设备检定/校准和标准物质使用是质量控制的主要方法，可提高检测结果的准确性。

2.2.1 设备检定/校准

为了满足检测活动对设备的要求，对检测结果有效性有影响或计量溯源性有要求的设备应按计划进行检定/校准，并张贴唯一性标识，便于使用人员识别设备的检定/校准状态和有效期。在下列情况下应对设备进行检定/校准[7，9]：

(1)设备在投入使用前应进行检定/校准，确认其满足检测要求；

(2)设备脱离实验室控制，重新回到实验室时，应对其功能和检定/校准状态进行核查，满足检测要求才能重新使用；

(3)设备出现故障，修复完成后应通过检定/校准或核查表明其能正常工作。

并非所有的设备都需要检定/校准，对不需要检定/校准的设备或耗材应核查其状态是否满足相关测试要求。

设备经检定/校准后应对证书进行有效确认，确保参考值和修正因子得到适当的更新和应用，使设备满足检定规程和检测方法标准的要求。修正值或修正因子可以由检定/校准证书直接获取，也可从证书结果中计算得到。测量设备的示值误差δ等于测量设备的示值xu减参考量值xs，即：δ=xu-xs，修正值-δ。某马弗炉用于灰分测定，计量院出具校准证书上的校准结果见表1。

表1 马弗炉校准结果

表1中马弗炉设定温度和显示温度为815 ℃，校准的实际温度为800 ℃，则修正值为-15 ℃，为满足GB/T 212灰分测定对马弗炉恒温区温度(815±10)℃ 的要求[14]，应对马弗炉进行温度修正，将显示温度调至830 ℃，并将修正值标记在设备标识卡上。

2.2.2 标准物质使用

为了保证检测结果的准确可靠，煤炭化验过程中，通常使用标准物质来进行仪器标定、标准曲线制作、仪器设备准确度及精密度核查以及质量控制等[15]，如何选择标准物质，如何正确使用标准物质质控图，是质量控制过程中需要关注的重点。

(1)标准物质选择。煤炭检测时应选择标准值与被检样品特性指标值接近的标准物质，与被检样品作平行测定或是在被检样品测定前后使用标准物质检测，标准物质的测定值在标准值的不确定范围内，则样品测定结果准确，试样过程质量可控。

日常检测中经常会出现标准物质选择不当的情况，某系列产品煤中灰分均在18%左右，实验室使用有证标准物质GBW11107d，标值为(9.01±0.13)%，进行灰分检测质量监控。标准物质标值与实际产品灰分差距较大，不能对设备工作状态进行有效监控，无法确定样品测定结果的准确性。

(2)正确使用标准物质质控图。标准物质质控图可以进行设备(系统)稳定性的检查，对于连续测定项目(全硫、氢、发热量等)，标准物质以适当的间隔分布在整个试验中；对于多个样品同时测定项目(灰分、挥发分、灰熔融等)，标准物质同批进行检验。汇总标准物质检测结果，绘制质控图，并对质控图进行分析。当出现下列现象之一时，就表明检测设备(系统)出现偏差，即失控状态：有1个或多个数据高于上限或低于下限；2个连续点差值接近2UC；7个以上连续点持续上升或降低；14个数据以上的质控图中高于85%数据位于中心线的一边[16]。

某实验室使用GBW11110q进行发热量测定质量控制，标准物质认定值Qgr，d=22.97 MJ/kg，不确定度UC为0.20 MJ/kg，实验室每天测试前对每台量热仪进行单次标准物质的测定，某台量热仪连续14 d标准物质测定结果绘制质控图，如图1所示。

图1 发热量测定质控

从图1中看出，测定值在标准物质认定值不确定度范围内；未出现连续2个测定值的差值接近2UC的情况；4个测定值中高于中心线的占比71.4%，低于85%；但是出现了7个测定值连续上升的情况，因此应密切关注本台量热仪的工作状态，进行必要的检查和热容量标定。

2.3 检测方法

为了保证检测结果的准确可靠性，实验室应优先使用标准方法，并通过标准查新，确保使用标准的有效版本，并在使用前进行标准验证和宣贯。为避免检测结果的偏差，实验室需要对非标准方法进行确认，对不同方法进行比对，同时还要杜绝使用经验公式计算结果代替实测结果。

2.3.1 非标准方法的确认

为了保障检测方法的有效性和适用性，需要对非标准方法进行确认。在煤炭检测活动中，由于特殊情况不能完全按照标准方法的要求执行，在文件规定、经过技术判断和授权、客户允许的情况下可以产生标准方法的偏离，如果需要长期偏离，则形成了非标准方法。

在使用非标准方法前，应进行确认。如煤中汞含量测定申请《矿物中汞的测定 固体进样直接测汞法通则》(SN/T 3511—2013)认可，标准中规定配置各浓度标准溶液时均加入重铬酸钾溶液[17]。由于重铬酸钾有毒且为第一类致癌物质，部分实验室使用无毒的半胱氨酸溶液替代，这种偏离属于非标准方法，实验室可采取多种形式进行方法确认，包括但不限于使用标准物质进行准确度评估，与其他方法进行结果比对等，并形成方法确认记录，保证该方法满足煤中汞的含量测定结果的有效性。

2.3.2 方法比对

为保障检测结果的准确性，防止出现系统偏差，可定期进行方法比对试验。比对试验可以测定标准物质，测定结果与标值进行比较。也可选择煤炭样品进行多次重复测定，进行t检验统计分析。实验室采用三节炉法和电量—重量法测定煤炭标准物质中氢含量，结果见表2。

表2 煤中氢含量测定方法比对

由表2可知，三节炉法和电量—重量法对煤炭标准物质中氢含量的测定结果均在标值有效范围内，差值均小于GB/T 476中规定的再现性临界差(Hd=0.25%)[18]，测定结果无显著异常，则2种方法的设备运行正常，数据准确可靠。

2.3.3 杜绝经验公式

为了提高检测结果的可信度，实验室要健全检测手段，对各项指标要依据相关标准进行检测，杜绝按经验公式计算的行为[4]。一些实验室采用工业分析数据和元素分析结果通过经验公式计算煤炭发热量，用计算值代替实测值。发热量是动力煤的主要计价指标，经验公式计算得出的发热量作为结算依据，往往会存在较大偏差。

2.4 设施环境

为了保障检测结果的有效性，实验室环境设施应满足煤炭检测的要求。实验室应合理划分区域，有效隔离不相容的实验室活动区域，预防对实验过程中的污染、干扰等不良影响。当环境条件影响检测结果时，实验室应监测、控制并记录环境条件[8]。

实验区域设置不合理会直接或间接影响测定结果。如：样品制备室距离天平室较近，制样设备振动，影响天平的稳定性；高温室与样品储存室仅一门之隔，有热源存在，会影响样品的代表性；测汞室与工业分析室相邻，灰分和挥发分测定过程中产出的汞会通过空气进入测汞室，并附着在测汞容器上，影响煤中汞测值的准确性。

发热量测定中对实验室条件作了严格要求，独立房间，避免阳光照射，避免强烈空气对流，保持室温相对稳定，每次测定室温变化不应超过1 ℃，室温以15～30 ℃为宜[5]。室温变化会影响外筒水温、内筒水量以及量热仪热容量，从而影响弹筒发热量测值的准确性。因此实验室应确保其工作环境满足检测标准的要求。

3 结 语

准确可靠的煤炭检测数据是煤炭检测实验室的立足之本，煤炭检测实验室应做足功课，结合工作实际，采取多种形式的质量控制方法，围绕人员、设备、检测方法和设施环境等方面进行管控，制定合理的质量体系运行计划，并按计划完成，对于发现的问题和偏离及时整改，持续改进和完善质量管理体系，科学规范化管理，全面保障煤炭检测结果的准确性、可靠性和客观性。