陳一虎 周偉

（1.蘇州市職業(yè)大學(xué)，江蘇 蘇州 215000；2.蘇州市百信環(huán)境檢測(cè)工程技術(shù)有限公司，江蘇 蘇州 215000）

0 引言

1927 年，德國(guó)物理學(xué)家海森伯格（W.Heisenberg）在分析理想試驗(yàn)的基礎(chǔ)上首先提出了不確定原理，認(rèn)為人類觀測(cè)事物的精準(zhǔn)程度是有限的，不確定原理是量子力學(xué)的基本原理之一。根據(jù)《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》（JJF 1059.1—2012）的定義，測(cè)量不確定度是根據(jù)所用到的信息，表征賦于被測(cè)量值分散性的非負(fù)參數(shù)［1］。不確定度是對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，測(cè)量不確定度越小，測(cè)量結(jié)果的可信度越高。

1980年，國(guó)際計(jì)量局在討論了各國(guó)及國(guó)際專業(yè)組織的意見的基礎(chǔ)上提出了試驗(yàn)不確定度建議書，將不確定度分量確定為在規(guī)定測(cè)量條件下測(cè)得的量值用統(tǒng)計(jì)分析的方法進(jìn)行評(píng)定的分量A 類和用不同于測(cè)量不確定度A 類評(píng)定的方法進(jìn)行評(píng)定的分量B 類，兩類分量合成得到合成不確定度，并以標(biāo)準(zhǔn)差表示。對(duì)于特殊用途，可將合成不確定度乘以一個(gè)因子，得到總不確定度。1993 年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、國(guó)際電工委員會(huì)、國(guó)際法制計(jì)量組織組成了國(guó)際不確定度工作組，制定了《測(cè)量不確定度表示指南》（簡(jiǎn)稱GUM），由ISO出版［2］。

1999年，我國(guó)制定并頒布了國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》（JJF 1059—1999），我國(guó)的測(cè)量不確定度的研究得到了推廣，測(cè)量不確定度已成為檢測(cè)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可中重要的環(huán)節(jié)，檢驗(yàn)報(bào)告、校準(zhǔn)證書和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等都應(yīng)該包括測(cè)量不確定度的說明，使用測(cè)量設(shè)備應(yīng)保證測(cè)量不確定度為已知。

水中的含氮化合物是水生植物的必需養(yǎng)分，但當(dāng)氨氮含量過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，對(duì)魚類產(chǎn)生毒害，對(duì)人體也有不同程度的危害。氨氮主要測(cè)試方法包括納氏試劑分光光度法、流動(dòng)注射分析-分光光度法、水楊酸-次氯酸鹽分光光度法、氣相分子吸收光譜法和電極法等。本試驗(yàn)采用納氏試劑分光光度法測(cè)定水中氨氮并進(jìn)行不確定度評(píng)定，保證水中氨氮檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

儀器：L5 型紫外可見分光光度計(jì)（上海儀電分析儀器有限公司）。

試劑：本次試驗(yàn)使用的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液為生態(tài)環(huán)境部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，其他試劑均為符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的分析純?cè)噭疄闊o氨水。

試驗(yàn)環(huán)境條件：27.0 ℃。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)參照中華人民共和國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《水質(zhì) 氨氮的測(cè)定 納氏試劑分光光度法》（HJ 535—2009）進(jìn)行測(cè)定。

1.3 試驗(yàn)原理

以游離態(tài)的氨或銨離子等形式存在的氨氮與納氏試劑反應(yīng)生成淡紅棕色絡(luò)合物，該絡(luò)合物的吸光度與氨氮含量成正比，于波長(zhǎng)420 nm 處測(cè)量吸光度［3］。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液：本次試驗(yàn)使用的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液為生態(tài)環(huán)境部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)：GSB05-1145-2000；批號(hào)：102233；標(biāo)準(zhǔn)值：500 mg/L；擴(kuò)展不確定度：1%（k=2）。

氨氮標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：使用2 mL移液管（A級(jí)）吸取氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液2.00 mL 于100 mL（A 級(jí)）容量瓶中，加純水至標(biāo)線，得到質(zhì)量濃度為10.0 μg/mL 的氨氮溶液。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線及標(biāo)準(zhǔn)回歸方程

標(biāo)準(zhǔn)曲線：在8 個(gè)50 mL 比色管中分別加入0.00mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、4.00 mL、6.00 mL、8.00 mL 和10.00 mL 氨氮標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，其所對(duì)應(yīng)的氨氮含量分別為0.0 μg、5.00 μg、10.0 μg、20.0 μg、40.0 μg、60.0 μg、80.0 μg 和100 μg，加水至標(biāo)線。加入1.0 mL 酒石酸鉀鈉溶液和1.0 mL 納氏試劑溶液，搖勻。放置10 min 后，在波長(zhǎng)420 nm 下，用20 mm比色皿，以水作參比，測(cè)量吸光度［3］。以空白校正后的吸光度為縱坐標(biāo)，其對(duì)應(yīng)的氨氮含量（μg）為橫坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線。結(jié)果見表1、圖1。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)曲線及回歸方程

表1 氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線系列及吸光度

2.3 樣品測(cè)定

樣品編號(hào)為GSB07-3164-2014，批號(hào)為2005143。用10 mL移液管移取10.0 mL樣品至250 mL 容量瓶中，用純水定容至標(biāo)線。按與標(biāo)準(zhǔn)曲線相同的方法測(cè)定吸光度，代入曲線回歸方程計(jì)算結(jié)果，樣品做平行樣測(cè)定。平行樣偏差在有效范圍內(nèi)，取均值報(bào)告結(jié)果，結(jié)果見表2。

表2 樣品平行樣測(cè)定結(jié)果

計(jì)算樣品中氨氮質(zhì)量濃度，計(jì)算公式如式（1）。

式中：C為水樣中氨氮的質(zhì)量濃度，mg/L，以氮計(jì)；A為樣品溶液的吸光度；a為校準(zhǔn)曲線截距；b為校準(zhǔn)曲線斜率；V為測(cè)定取用體積，mL；f為稀釋倍數(shù)。

3 不確定度分量計(jì)算

3.1 樣品重復(fù)測(cè)定結(jié)果不確定度（u1）、A 類不確定度計(jì)算

平行樣測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差：S=極差/極差系數(shù)=R/C=0.114 6/2.53=0.045 3

標(biāo)準(zhǔn)不確定度：uA==0.018 5

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：u1=0.018 5/13.2=0.001 4

3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制引起的不確定度（u2）

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度按證書上給出的擴(kuò)展不確定度還原成標(biāo)準(zhǔn)不確定度直接參與計(jì)算。

3.2.2 2 mL 移液管（A）標(biāo)準(zhǔn)不確定度（u2.2）計(jì)算。玻璃量器不確定度主要有三個(gè)部分：一是校準(zhǔn)不確定度，即玻璃量器體積的允許誤差；二是充滿液體至某刻度的估讀誤差，可利用其重復(fù)性偏差來求得；三是量器、溶液的溫度與校準(zhǔn)時(shí)溫度不同引起的不確定度，一般情況下，由于液體的體積膨脹明顯大于玻璃的體積膨脹，所以只需要考慮液體溫差引起的不確定度［4］。

①校準(zhǔn)誤差。2 mL 移液管容量允許誤差為±0.010 mL，B 類不確定度，按三角分布轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)偏差。

②估讀變動(dòng)性。充滿液體至移液管刻度變動(dòng)性，重復(fù)10次計(jì)算出的標(biāo)準(zhǔn)差為0.01 mL（服從均勻分布，k?。?。

③溫度變化引起的不確定度。實(shí)驗(yàn)室溫度為27 ℃，20 ℃時(shí)水的膨脹系數(shù)為2.1×10-4，則其體積變化區(qū)間為：

轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)偏差（置信水平為95%）：

0.002 94/1.96=0.001 50

④2 mL 移液管相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。以上3 項(xiàng)合成得不確定度：

相對(duì)不確定度：u2.2=0.007 23/2=0.003 61

3.2.3 100 mL 容量瓶（A）體積的標(biāo)準(zhǔn)不確定度（u2.3）計(jì)算。容量瓶的不確定度包括容量瓶標(biāo)準(zhǔn)容量允許差、容量瓶標(biāo)線不確定性和容量瓶使用環(huán)境溫度的影響。

①校準(zhǔn)。100 mL 容量瓶允許誤差為±0.10 mL，B類不確定度，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)偏差。

②估讀變動(dòng)性。充滿液體至移液管刻度變動(dòng)性，重復(fù)2次極差為0.03 mL。

0.03/1.13=0.026 5（1.13為n=2時(shí)極差系數(shù)）

③溫度。100 mL 容量瓶和液體與校正溫度不同引起的體積不確定度。

±100×7.0×2.1×10-4/℃=0.147 0 mL

轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)偏差（置信水平為95%）：

0.1470/1.96=0.075 0 mL

以上3項(xiàng)合成得：

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：u2.3=0.089 4/100=8.94×10-4

3.2.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合不確定度（u3）計(jì)算

分析結(jié)果時(shí)，試樣中被測(cè)物質(zhì)的濃度通過標(biāo)準(zhǔn)曲線來計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)曲線的不確定度受測(cè)量方法和操作偶然誤差等的影響。

3.3.1 回歸曲線標(biāo)準(zhǔn)偏差S的計(jì)算。

3.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度（x項(xiàng)）差方和。

3.3.3 由標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算求得樣品值引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算。

3.4 吸光度值量化誤差所引起的不確定度（u4）計(jì)算

本例進(jìn)行了6 次平行樣測(cè)定，平行測(cè)定的重復(fù)性已包含了儀器測(cè)量等重復(fù)性，所以儀器本身的重復(fù)性不再參與評(píng)定。

3.5 合成不確定度

合成不確定度相關(guān)如表3所示。

表3 合成不確定度

3.6 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度為U=k×uc=2×0.01=2%。

4 結(jié)語(yǔ)

本次水樣中氨氮含量不確定度報(bào)告：水樣中氨氮含量的擴(kuò)展不確定度為13.2×2%≈0.26 mg/L，因此，水樣中氨氮質(zhì)量濃度為（13.2±0.26）mg/L。在影響不確定度的因素中，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合引起的不確定度為主要因素。

測(cè)量結(jié)果都具有不確定性，不同實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試樣檢測(cè)，對(duì)測(cè)量結(jié)果可靠性進(jìn)行定量和數(shù)據(jù)分析時(shí)，測(cè)量不確定度比誤差更加科學(xué)合理，一個(gè)完整的測(cè)量結(jié)果應(yīng)包含測(cè)量的最佳估值和測(cè)量結(jié)果的不確定度。進(jìn)行不確定度的評(píng)定可以反映出測(cè)量結(jié)果的包含范圍，并且可以知道測(cè)量中哪些因素對(duì)不確定度的影響較大，從而可以進(jìn)行對(duì)應(yīng)的測(cè)量方法修正，提高試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的可行性，為分析方法和分析過程的質(zhì)量控制提供重要依據(jù)。