环境检测实验室分析工作质量不确定度分析

梁锦昌

（清远市清城区环境监测站，广东 清远 511500）

环境检测实验室分析工作是指在实验室内，通过一系列的检测方法与仪器，检测出环境问题的过程，为环境决策提供参照[1]。实验室的主要任务在于研究污染物在环境中的分布情况，并将其迁移形式、存在状态、转化情况等标示出来，这对于污染物所处环境的治理具有重要作用[2]。由于环境检测实验室与污染物所处环境不同，污染情况分析的质量与实际情况会存在较大的差异，影响对污染环境的决策与治理[3]。实验室质量控制主要分为检测过程质量控制、结果质量控制、检测分析过程中的全面质量控制等三方面。将三者进行有机结合，形成全方位的实验室质量控制，实现高质量分析。为了提高工作质量，实现质量控制，有必要对实验室分析中的不确定度进行分析。

1 实验室工作质量控制

1.1 校准环境实验室分析工作的检出限

环境检测浓度为检测物质单位质量与单位体积的比值。在进行环境检测的过程中，假设实验室中的标准仪器、试液、检测程序等其它参考指标，均不存在不确定度，并将环境检测物作为唯一存在不确定度的变量[4]。由此得出环境检测浓度的不确定度来源，如图1所示。

图1 环境检测浓度的不确定度来源

图1中，环境检测浓度的不确定度来源主要在试样重复性检测、称量重复性、试样质量、体积测量、数字修约、容器体积精准度等方面，均为实验检测分析工作质量的不确定度[5]。在此基础上，对待检测物质进行样品分析与处理，并对实验室检出限进行校准。校准公式如下：

式（1）中，V(xi)为实验室分析检出限；xi为待检测物质；为试样检测的平均值；n为常数。确定检出限之后，本文对质量控制体系进行构建。

1.2 计算不确定度指标

考虑到试样重复性检测、称量重复性、试样质量、体积测量、数字修约、容器体积精准度等方面的不确定度对工作质量的影响，对不确定度指标进行计算，公式如下：

式（2-4）中，M(xi)为试样重复性检测的不确定度指标；B(xi)为称量重复性的不确定度指标；R(xi)为标准不确定度指标；x1、x2为不同试样的校准数据；T为数字修约时间间隔；s为置信指标。根据标准不确定度指标的计算结果，对实验室检测质量进行评价，公式如下：

式（5-7）中，ai为试样检测质量评价指标；为试样检测质量评价向量；为待检测物质的标准特征向量；为第i个待检测物质的第j个检出限；ι为特征系数；K为试样检测向量；Ki为试样检测质量的基础向量。结合不确定度指标与检测质量评价，构建出实验室分析工作质量控制体系，并对环境检测实验室的试样进行平行样质量控制。平行样质量控制主要包括明码平行样与密码平行样，将相同的两份试样在相同的实验室环境下进行全面分析，并对同批测定结果的准确性进行综合检验。检验公式如下：

式（8～9）中，τ为试样检测过程中的传播系数；∂为范围不确定度；Δxi为试样的平均检测结果；Pxi为平行样质量检测结果；Oi为明码平行样检测因子；Lc为密码平行样检测因子。当时，平行样质量控制效果最佳，在此期间的环境检测试样，可以不受其它因素的影响，试样重复性检测、称量重复性、试样质量、体积测量、数字修约、容器体积精准度等不确定度指标对其影响可忽略，进而保证实验室分析质量。

2 实验

为了验证设计的方法是否具有实用价值，对上述方法进行实验验证。实验结果以传统环境检测实验室分析中的不确定度指标，与本文设计不确定度指标进行对比的形式呈现。具体实验过程及实验结果如下所示。

2.1 实验过程

在进行实验之前，对环境检测实验室环境进行分析。环境检测实验室中存在天平室、仪器室、原子荧光室、净化室、气象色谱室、BOD室、微生物室、生物室、理化分析室、药品库等。将天平室的空间温度调整至20℃，使其在20～25℃的温度范围内波动；湿度范围控制在45%～60%以内，在避免阳光直射的条件下，完成天平室的环境设定。仪器室的空间温度调整至20℃，温度范围同样设定在20～25℃的范围内，湿度范围控制在50%～60%。其余实验室环境温度均设定为20～28℃范围内，湿度范围随着实验室的实际情况进行调整。药品库的温度范围≤30℃，湿度≤85%，剧毒试剂保存在保险柜中，其余试剂密闭包装，在保证通风条件良好的情况下，分开存储。调整完成实验室的环境指标之后，在环境检测实验室进行标准气体标定检测，如下表1所示。

表1 标准气体标定检测

如表1所示，进行标准气体标定检测的过程中，标定次数分别为1次、3次、5次、7次、9次，以一个固定的周期进行标定。其中，NO的实际浓度为194 mg/m3；SO2的实际浓度为145 mg/m3。在第一次标定时，标准气体的检测浓度与实际浓度最为相符。标准气体浓度控制情况如图2所示。

图2 标准气体浓度控制图

如图2所示，NO样本均值与SO2的样本均值，均在标准线的起伏范围内，可以保证标准气体浓度分析效果。因此，以多次标定的数据作为实验室分析质量控制限，对其进行下一步实验。

2.2 实验结果

在上述实验条件下，本文选取κmgi、ηcjas、βdjas、αkda、δxha、εjds、λjuc、γhfa等控制限参数，作为实验室分析工作质量控制限。每一个控制限均存在一个最大不确定度指标。在此指标相同的条件下，利用式2～式4，分别计算出传统方法的不确定度指标，与本文设计方法的不确定度指标，并将二者进行对比，实验结果如下表2所示。

表2 实验结果

表2中，选取的上述8种控制限存在随机性，其最大不确定度存在较大的差异，可以保证实验的精准度。一般情况下，不确定度指标越大，在实验室分析工作的质量控制效果受到的不确定性因素越小，质量控制方法的效果也就越好。

在不同控制限的最大不确定度相同的条件下，传统不确定度指标相对较高，与最大不确定度之间相差较小。其中，控制限为βdjas、εjds时，传统不确定度指标分别为0.20×10-4、0.24×10-4，均超过了该控制限的最大不确定度指标。虽然传统的不确定度指标在最大范围内，但是，实验室分析工作随机性较大，很容易出现较多影响分析质量的因素。因此，使用传统质量控制方法不确定性因素较多，实验室分析工作的质量难以有效保障。

而本文设计的环境检测实验室分析工作不确定度指标相对较低，均在最大不确定度的范围内。其中，控制限为γhfa时，本文方法不确定度最小，为0.11×10-5；控制限为αkda时，不确定度指标最大，为0.23×10-5。因此，使用本文设计的不确定度指标，可以更好地实现实验室分析工作质量控制，实验室分析工作的质量可以得到有效保障，符合本文研究目的。

3 结语

环境检测实验室会受到较多因素的影响，使分析工作质量下降。本文分析了环境检测实验室分析工作不确定度。从校准检出限、构建控制体系等方面，实现分析工作质量的精准控制，为实验室检测质量提供保障。