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检测实验室不确定度评定的关键点及控制措施

来源:分析化学 阅读数:186 时间:2021-04-19 11:19:24

不确定度的评定是检测实验室对检测结果进行合格性评判的需要,同时也是检测实验室对质量控制的需要,对实验室认可及开发新的检测方法也具有重要作用。本文分析了检测实验室开展不确定度评定的关键点,并从完善检测实验室管理策划工作等四个维度提出相应的控制措施。


所有检测结果都会产生不确定度,对检测结果的不确定度评定是检测实验室关注的一项重要工作。



检测实验室不确定度评定的关键点


1.理解不确定度和误差的区别和联系


检测实验室的不确定度是指检测实验室对检测结果有效性的怀疑程度,表征对检测实验室的检测结果准确性认知的不足,是衡量检测过程是否持续受控、结果是否能保持稳定及能力是否符合要求的参数。而检测实验室的误差是检测结果和真值之间的差异,但真值通常未知或无从知晓,只能假定以某种具有分散性的概率分布存在于特定的区域内,所以误差通常是估计值,同时测量误差只能表现短期的数据质量,还会造成不同检测结果缺乏可比性[1]。误差分析是不确定度评估的理论基础,不确定度是误差分析的应用和拓展。


2.掌握检测实验室不确定度的评定方法


评定检测实验室不确定度的主要方法有不确度评定法(GUM)和蒙特卡洛法(MCM)。


GUM法的重要步骤之一就是分析检测结果不确定的来源。影响检测实验室检测结果不确定度的因素较多,如检测实验室的实验人员能力、水平、工作态度及身体素质;实验设备的稳定性及可靠性,如天平的线性、可读性、日偏移、重复性变化影响,玻璃量具器皿的校准不确定度、温度、重复性变化;实验环境的温度、振动噪声、供给电源的变化、污染及热辐射;实验检测和校准方法是否符合规范要求;取样过程所扦取样品的代表性、样品制备过程样品缩分的规范性、样品烘干过程的温度和粒度大小、样品运输和传递过程的规范性、样品储存的温度及时限是否符合要求等。影响因素可以使用因果图(又名鱼骨图)进行列举,列举要做到不遗漏、不重复并且不增加。尤其对于进口煤炭、镍矿、铝土等品位不是均匀分布的大宗商品,取样对于检测结果不确定度影响较大,需要给予足够的重视。对于取样设备进行偏倚试验时,试验次数不应小于20次,经统计检验如果显著性偏航存在,应对该取样设备进行修正,消除显著性偏倚的影响。


此外,建立测量模型。当检测结果的输出量Y由N个输入量X1,X2……XN通过函数f确定时,即Y=f(X1,X2……XN),称之为测量模型。输入量的估计值χi的估计值为Xi ,输出量的估计值y,测量模型为y=f(X1,X2 ,……XN) 。其中输入量的估计值Xi可以由单次测量、重复测量及经验等方式获得,并可包含对仪器设备的修正值及环境温度、大气压力、湿度影响因素的修正;同时也可以由已校准的计量标准或有证标准物质的量、手册查到的参考数据等外部来源获取。不确定度的某些分量依据一系列测量值的统计分布,该情形按A类评定方法评定,A类评定方法主要有贝塞尔公式、极差法、预评估重复法、合并样本标准差法等,具有统计学的严格性;某些分量依据经验或其他信息得到概率密度函数,按B类评定方法评定,B类评定应尽可能采用以前的测量数据、测量相关的资料及设备经验、生产厂家技术说明书、校准和鉴定测试的技术说明书、手册等可能的信息,应考虑影响量的各种可能值,与人员水平和能力密切相关[2]。A类和B类评定均可用标准差进行表征。合成不确定度由若干其他分量的值求得时,按照其他量的方差及协方差计算得到的标准不确定度,计算主要有灵敏系数及方和根法,化学分析领域的模型大多以乘或商的形式出现,故较多采用方和根法。


MCM是用概率分布传播评定不确定度的方法。在检测实验室检测结果的不确定度评定中,具体做法是对输入量的概率密度函数离散抽样,经过计算获得输出量的概率分布离散值,并通过输出量的离散分布数值得到输出量的最佳估计值、标准不确定度以及包含区间,评定结果的可信度随着对概率密度函数的抽样数增加而提高。GUM法主要在以下几种情形下使用:输入量的概率分布呈现对称t分布、输出量的概率分布近似正态分布或t分布、测量模型可用线性模型近似表示的情形。MCM法应用更为广泛,除了适用以上条件,特别适用测量模型明显呈现非线性、输入量概率分布明显非对称、输出量概率分布较大程度上偏离正态分布或t分布等情况[3]。在日常评定中,可以同时采用两种方法评定并比较评定结果。若结果一致,说明GUM法适用该情形及类似情形,否则考虑用MCM或其他方法。


3.完善检测实验室不确定度的表达与报告


准确表达不确定度必须对相关数据进行修约,修约即根据保留位数的要求,对多余位数的数字按特定规则取舍的过程。报告的测量不确定度一般为1~2位有效数字,计算过程可以适当多保留几位。通用的修约规则是以保留数字末位为单位,末尾数字大于0.5的末位进一,小于0.5的,舍弃末位后的数字,末位后的数字正好为0.5时,当末位奇数时末位进一,末位偶数时,末位不变。被测量的最佳估计值末位一般修约到其测量不确定度的末位对齐。完成的检测结果包含最佳估计值和不确定度。报告检测结果的不确定度时,需要对其不确定度进行必要的阐述。检测结果的不确定度一般用合成不确定度和扩展不确定度方法表示。基础计量学研究、复现国际单位制单位的国际对比、基本物理常量测量等情形一般应用前者;扩展不确定度是确定检测结果区间的量,通常报告检测结果时不确定度都用扩展不确定度,特别是工业、商业及涉及健康和安全的测量时。扩展不确定度u表示为合成不确定度与包含因子k的乘积,包含因子k=tp(v),tp(v)是置信概率p自由度v的t分布临界值,k的取值取决于被检测数据的重要性、风险程度等,大多数情况下取值为2,当取值为其他数值时,应说明其来源,如当合成不确定度是基于较小自由度的统计观测,k的选择取决于有效自由度。扩展不确定度是检测结果的取值区间的半宽度,可期望该区间包含被检测值分布的大部分。




检测实验室不确定度的控制措施


首先,完善检测实验室管理的策划工作。制定和完善检测实验室的质量目标,明确质量目标的分解、考核、分析与评价机制,完善检测实验室的样品扦取、制备、化验、样品标识和传递、样品管理等环节的管理制度、工作规范或作业指导书。完善实验室内部员工的组织架构,采取微信、邮件、会议等多种沟通方式提升内外部沟通水平。


其次,加强检测实验室的知识管理。制订知识管理方案和计划,加强统计、检测、计算机编程等知识学习,提升员工的知识分享能力,可以采取线上、线下多种方式进行员工培训,创造更多知识分享机会,可以设立首席知识官,每月评选知识分享贡献之星。同时可以出台相应的激励机制,如对于在提高检测实验室的测量不确定度,在SCI、EI等刊物上发表论文,获得国家发明专利或者申报省部级课题等进行奖励[3]


第三,做好检测的日常运行及监视测量工作。检测人员应养成一丝不苟、认真负责的工作作风,踏踏实实按照相关要求做好每个样品的检测及不确定度评定,相关负责人按照岗位职责和权限做好相关的监督检查及审核工作。按照既定计划开展仪器设备的计量校准工作,计量校准机构选择上,应做到货比三家,建立供应商评价选择机制,同等条件下应优先选择知名度高、市场口碑好的计量校准机构。同时按照既定的计划开展内审及管理评审工作,对于发现不符合的情况及时采取纠正及纠正措施。


第四,加强计量校准市场的监管。政府职能部门应加强对计量校准的事中事后监管,设立“黑名单”制度,加大违法行动的处罚力度,严厉打击计量校准机构不校准就出证、超越认可能力范围出证等违法行为。同时,加强社会监督,采取网络、邮箱、电话等多种形式调动民众举报计量校准市场违法行为的积极性,从而为提升检测实验室的不确定度提供保障。此外,计量校准机构应加强自律,提升内部管理水平,规范市场开发手段,朝着品牌化方向发展。



结语


检测实验室的不确定度为评定检测结果的可信度、质量和水平提供了有效手段。应加强开展并推动不确定度评定在各类检测实验室的应用研究, 提高检测质量,如可以在分布不明确等条件下研究基于非统计方法如灰色、模糊等评定模型在检测实验室研究标准不确定度的应用。随着不确定度研究的逐步深入,如同国际单位制单位与各种测量紧密结合并普遍使用一样, 检测实验室不确定度的评定将在检测领域发挥越来越大的作用。

 

[参考文献]

[1]王珊妹.测量不确定度在检测实验室中的运用研究[J].现代食品,2020(13):158-160.

[2] 安爱民.数字指示轨道衡GUM法不确定度的评定[J].哈尔滨理工大学学报,2020,25(06):165-170.

[3]左兆迎,王以宪,王光明. 铁矿石取样精密度影响因素及提升对策研究[J],质量与认证,2019(4):76-78.



来源:质量与认证