利用电子表格自动处理数据高效检定常用玻璃量器

刘雪萍，邓书武，邓耀熙

（1.广西卫生职业技术学院医学基础部，南宁 530023； 2.广西医科大学第一附属医院药学部，南宁 530021；3.首都经济贸易大学管理工程学院，北京 100070）

常用的玻璃量器主要有量筒、量杯、分度吸量管、具塞滴定管等。在地质、药学或者食品等行业的检验工作中，玻璃量器的检定是一项非常普遍、十分重要而且繁杂的工作。为确保实验室化学分析计量的准确度，需要对常用玻璃量器进行定期检定[1-3]，淘汰计量不合格的量器，以保证定量分析的准确度。传统的检定方法几乎全靠人工来完成[4]，比如判定室温与纯化水温度之差不得大于2 ℃、判定两次检定数据之差不能超过被检玻璃量器容量允差的1/4、计算容量允差、查系数表[5]、数据修约等。这些工作不仅耗费大量的时间，而且还需要进行大量的计算，过程也很容易出错[6-7]，占用不少的人力。

目前有不少相关软件或者设备可自动检定玻璃量器[8-10]，使检定工作更加便利，数据处理也更加快速、准确。也有不少单位选择定期委托第三方计量机构进行检定，但成本相对较高[11]，而且委托检定往往效率不高，影响仪器的正常使用。大部分实验室为了节约成本，主要还是自行全人工检定[12]，检定的相关计算工作也主要依靠人工完成。有些检定员建立Excel 表格来处理数据，Excel 默认的数据修约方式是“四舍五入”，而我国计量数据通常要求“四舍六入五成双”的修约方式，再加上其它种种原因，很难实现数据全自动处理，未能体现计算机的优势。

笔者结合实际计量工作需求，利用WPS Office办公软件，建立电子表格，辅助检定数据计算，既能提高检定效率又能提高数据计算准确率，既保证了玻璃量器检定的准确性，又缩短了检定时间。

1 实验部分

1.1 主要仪器与软件

电子天平：ME204 型，感量为0.1 mg，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。

数字温度计：JM222，感量为0.1 ℃，天津今明仪器有限公司。

分度吸量管：1 mL，最小分度值为0.01 mL，天津市天科玻璃仪器制造有限公司。

分度吸量管：5 mL，最小分度值为0.05 mL，天津市天科玻璃仪器制造有限公司。

具塞滴定管：10 mL，最小分度值为0.05 mL，天津市天科玻璃仪器制造有限公司。

WPS Office 软件：11.1.0.10912 版，金山办公软件有限公司。

1.2 实验步骤

1.2.1 设计电子表格

以1 mL 流出式分度吸量管为例，依据JJG 196—2006《常用玻璃量器检定规程》[5]检定。玻璃材质为钠钙玻璃，采用传统衡量法检定，检定点为0.1、0.5、1.0 mL，检定温度为(20±5) ℃，检定时纯化水温度与室温之差不得超过2 ℃，A 级容量允差为±0.008 mL，2次检定数据的差值应不超过被检玻璃容量允差的1/4，即2 次检定的差值不得大于0.002 mL。利用WPS Office 设计一个能自动处理数据的电子工作表格。

第1步，打开WPS Office，新建表格，如图1粗方框部分所示建立项目。A列“编号”为检定玻璃量器的编号；B 列“检定点”为玻璃量器的检定点；C 列“室温”为检定时的环境温度；D 列“实测质量”为每个检定点的纯化水实际称得质量；E 列“纯水温度”为检定时玻璃量器内实时纯化水的温度；F列“温度差”为检定时玻璃量器内水温和室温之差；G列“K(t)值”为检定时纯化水温度对应的校准系数；H 列“V计算结果”即经过校准后计算所得实际容量(未修约)；I 列“实际容量V”即经过校准后计算所得实际容量(已修约)；J 列“2 次检定差值”为两次检定的实际容量差；K 列“容量偏差”为每次检定实际容量和检定点对应的容量偏差；L 列“偏差计算”为两次检定的偏差平均值(未修约)；M 列“容量平均偏差”为两次检定的偏差平均值(已修约)；N 列“钠钙玻璃K(t)值-水温”为常用玻璃量器衡量法K(t)值表中的水温；O 列“钠钙玻璃K(t)值-K(t)值”为常用玻璃量器衡量法K(t)值表中的K(t)值。

图1 1 mL流出式分度吸量管数据自动处理电子表格样式

第2步，在表格空余处(如图1中N、O列)输入常用玻璃量器衡量法K(t)值[5]，N 列为水温，O 列为水温对应的K(t)值。

第3步，设定C列室温合格值。C列室温要求为(20±5) ℃，选中C 列字体设置为红色，“条件显示”“突出显示单元格规则”“介于15到25之间”“绿填充深绿色文本”，若出现红色字体，则警示温度不符合要求(如图2方框部分)。

图2 检定室温不合格显示样式

第4 步，设定纯化水温度与室温差值。纯化水温度与室温之差不能超过2 ℃，即C列(室温)和E列(纯水温度)差值不能大于2。选中F3 输入=ABS(C3-E3)，“条 件 显 示”“突 出 显 示 单 元 格 规 则”“大 于2”，设置为“红色文本”，若如图2方框部分字体显示红色，则说明检定温度差不合格。

第5步，利用VLOOKUP函数，提高查系数表的速度和正确率。选中G3输入函数=VLOOKUP (E3，N：O，2，0)即可实现根据E3 数值从本表格K(t)值表(即N、O列)中自动搜索K(t)值填入G3。只要在E列中输入检定时纯水温度，就不用再查表，在G列会自动填入K(t)值，节省了查表的时间，也提高了查表的正确率。

第6 步，根据V20=m·K(t)，选中H3 列输入“=D3*G3”，计算实际容量，为了核对需要保留H 列(V计算结果)。

第7步，I列(实际容量V)是对H列(V计算结果)的修约。检定结果的实际容量值或容量偏差保留小数点位数应比规定容量允差多一位，1 mL分度吸量管的容量允差为±0.008 mL，所以这里保留小数点后四位。修约规则采用“四舍六入五成双”[13]，选中I3，输入“=TRUNC (ROUND (H3，4＋(ROUND (MOD(H3*10^4，2)，9)= 0.5))，4)”。

第8 步，设置J列(2 次检定差值)不得大于0.002 mL。选中J3 输入“=ABS (I3-I4)”，“条件显示”“突出显示单元格规则”“大于0.002”，设置为“红色文本”，计算结果如字体显示红色，则检定结果不合格。

第9 步，K 列(容量偏差)在容量允差±0.008 mL内。选中K3 输入“=I3-B3”，选中K 列设置红色字体，“条件显示”“突出显示单元格规则”“介于-0.008到+0.008 之间”，“绿填充深绿色文本”，计算结果若为红色字体，则判定为不合格。

第10 步，起初L 列(偏差计算)采用简单计算平均值L3=(K3＋K4)/2，但经过大量计算，发现有计算机浮点数引起的BUG，导致有时候L 列(偏差计算)修 约 错 误[14]，改 进 后 函 数 为“=ROUND ((K3＋K4)/2，5)”。

第11步，M列(容量平均偏差)是对L列(偏差计算)的修约，选中M3，输入“=TRUNC (ROUND (L3，4＋(ROUND (MOD (L3*10^4，2)，9)=0.5))，4)”。

第12 步，用十字光标复制相关公式，创建完整的检定表格，如图3和图4所示。图4方框部分显示红色字体提示检定不合格。再根据规定[5]，在sheet2、sheet3……，适当修改参数，制作其它常用玻璃量器的专用检定电子表格。

图3 1 mL分度吸量管检定数据自动处理空白电子表格

图4 1 mL分度吸量管检定数据自动处理电子表格

制成的表格只需要输入室温、实测质量和纯水温度三个数值即可，计算机会立刻得出检定结果是否合格。不需要人工检索系数表，也不需要计算温差、偏差等是否符合要求，使检定工作更加便捷、快速、准确。

1.2.2 方法比对

具塞滴定管和分度吸量管在含量测定等检验工作中是最常用也是最重要的玻璃量器，而且检定数量也是最多的，因此分别取具有代表意义的1、5 mL分度吸量管和10 mL 具塞滴定管作为研究对象，分别按照传统衡量法[5]和利用电子表格自动处理数据法进行检定。

(1) 分度吸量管

传统衡量法：将洗干净已干燥的吸量管垂直放置，计时，缓慢吸取纯化水至标线以上约5 mm 处，擦干流液口外的水，缓慢地将液面调整到被检分度线上，移去流液口的最后一滴水珠。取一个100 mL量杯，放置于电子天平上归零。将流液口接触于量杯内壁，量杯倾斜30°，释放吸量管内的纯化水，待流液口不再有纯化水流出后等待3 s，进行称量，称得纯化水质量(m)。在调整被检吸量管液面的同时，测量纯化水温度，读数精确到0.1 ℃。根据纯水温度查系数表，获得K(t)值，按照公式V20=m·K(t)计算被检测点的实际体积，计算检定结果是否符合规定。检定完一整根吸量管所有检定点，正确书写检定记录，计时结束。重复实验6次。

电子表格自动处理数据法：将洗干净已干燥的吸量管垂直放置，计时，检定方法同传统衡量法。获得室温以及纯化水质量和对应的纯化水温度后将相关数据输入电子表格，获得检定结果数据，正确书写检定记录，计时结束。重复实验6次。

(2) 具塞滴定管

传统衡量法：把具塞滴定管洗干净，晾干，固定于滴定台上，计时。加纯化水，排去流液口的空气，调整液面至0 mm标线上约5 mm处，再缓慢调整到0 mm 标线处，移去最后一滴水珠。取一只100 mL量杯，放置于电子天平上归零。开启活塞，把纯化水释放至距离被检分度线以上约5 mm 处，等待30 s，然后在10 s 内将液面调整至被检分度线上，移去流液口最后一滴水珠。将被检量程内的纯化水完全释放至量杯后，称得纯化水质量(m)。在调整被检吸量管液面的同时，测量纯化水温度，读数精确到0.1 ℃。根据纯水温度查系数表获得K(t)值，按照公式V20=m·K(t)计算被检测点的实际体积，判断检定结果是否符合规定。检定完具塞滴定管所有检定点，正确书写检定记录，计时结束。重复实验6次。

电子表格自动处理数据法：把具塞滴定管洗干净，晾干，固定于滴定台上，计时。检定方法同传统衡量法。获得室温以及纯化水质量和对应的纯化水温度后将相关数据输入电子表格，获得检定结果数据。正确书写检定记录，计时结束。重复实验6次。

1.2.3 统计学方法

使用SPSS26.0 软件对数据资料进行统计学分析，均数±标准差(X±S)用以表示计量资料，采用T检验进行统计分析。以P＜0.05 或P＜0.01 作为有显著差异的依据。

2 结果与讨论

传统衡量法与电子表格自动处理数据法检定时间见表1，其中的“检定时间”是所有检定点每次检定都合格的检定时间，无“检定不合格重新检定”“书写记录错误重新书写”的情况。若考虑不合格重新检定和书写记录出错重新书写的因素，人为及随机干扰因素过多，不能真实反映两种方法对比的结果，因此本实验的6组重复的数据均选自所有检定顺利进行的时间。传统衡量法与电子表格自动处理数据法检定时间统计结果见表2。由表2可知，在检定1、5 mL分度吸量管及10 mL具塞滴定管时，两种方法统计结果均具有显著差异(P＜0.01)，电子表格自动处理数据法总平均时间为23.70 min，比传统衡量法总平均时间40.84 min缩短约42%。

表1 传统衡量法与电子表格自动处理数据法检定时间 min

表2 传统衡量法与电子表格自动处理数据法检定时间统计结果

但实际工作中，往往因为个人、环境以及仪器等因素使得检定未能顺利进行，通常需要重新检定、重新书写记录多次，如此便增加了不少检定时间，真实检定时间比电子表格自动处理数据法的检定时间会多出不少。不过，有计算机辅助的新方法，消除了查表以及计算的错误，优势仍很明显。不同的实验室、不同的检定员以及不同的管理方式使得检定效率相差较大。总之，利用电子表格对数据全自动处理可以大幅提高检定效率。

3 结语

电子表格默认的修约方式是“四舍五入”简单修约规则[15-16]，会导致计算出现系统性错误，不符合“四舍六入五成双”的修约要求，因此检定数据也不符合要求。这也是电子表格设计的难点。如果检定记录数据无需手写，检定报告打印签字即可，或者只需出具无纸化报告即可，则利用电子表格自动处理数据的检定方法会发挥更大的优势，能节省手写记录花费的大量时间[17-18]。

利用电子表格自动处理数据的检定方法虽然消除了人为查表以及计算的错误，但是在设计程序的时候，系统性的错误也会耽误不少时间，好在通常此种错误一般有规律可循，比较容易核查，从而进行纠正。在抄写数据、书写检定记录时，为了美观和减少错误，也可选择隐藏多余的列，十分便捷。如今几乎每个企事业单位都配有电脑，而且WPS Office办公软件普及率较高。该方法不仅提高了企事业单位检定常用玻璃量器的效率，降低了计算的错误率，而且无需再另外购买软件和设备，成本较低。同时，该方法不仅能处理玻璃量器的检定数据，也可以延伸到其它领域的数据处理，其潜在应用范围十分广泛[19-20]。