简介
化学实验室测量不确定度伟德之道的估算与其他类型的实验室相比有很大的不同。大多数化学实验室需要使用两种不同的方法来估计不确定度。伟德之道
通常，物理测量有一个评估不确定度的过程，分析化学测量有另一个过程。伟德之道虽然每个不确定度分析都使用G伟德之道UM方法，但估计不确定度所需的过程是相当不同的。
当您评估物理测量的不确定度(例如质量伟德之道、体积、温度、pH值等)时，其过程与其他类型的实验室使用的方法类似。此外，还有大量的指南和资源可以帮助进行不确定性分析。伟德之道
然而，当你估计分析测量的不确定度时，过程是不一样的。伟德之道这是一个需要从头到尾进行评估的多步骤过程。
化学实验室的问题是指南和资源的可用性是有限的，这可能使估计不确定性困难。伟德之道这在市场上造成了一个空白，使许多化学实验室没有解决方案或实例来估计不确定性。伟德之道
因此，我创建了一个指南，以帮助化学实验室估计其分析过程中测量的不确定度。伟德之道本指南中的信息对于使用高效液相色谱法、气相色谱法、质谱法和类似设备检测样品的实验室尤其有用。
在本指南中，您将了解以下信息，以帮助您计算分析测量的不确定度。伟德之道
- 什么是测量不确定度伟德之道
- 为什么测量不确定度很重要伟德之道
- 化学实验室的最佳不确定度指南是什么伟德之道
- 如何估算化学实验室的不确定度伟德之道
什么是测量不确定度伟德之道
根据国际计量词汇(VIM)，测量不确定度是一个非负的参数，描述了基于信息使用的被测量量值的分散程度。伟德之道
本质上，测量不确定度是测量结果可能处于的估计值范围伟德之道。
由于测量实际上是基于系统过程的估计值，因此估计与测量相关的不确定度是合适的。伟德之道
为什么测量不确定度很重要伟德之道
测量不确定度很重要。伟德之道它与记录在您的测试报告中的测量结果一样重要。实际上，GUM和VIM都声明一个完整的测量结果包含单个被测量值和测量不确定度。伟德之道
因此，当没有给出测量不确定度的估计时，您的测量结果是不完整的。伟德之道
请看以下摘自《测量不确定度表达指南》(GUM)的摘录。伟德之道该指南指出，您应该报告您的结果，估计测量不确定度并给出测量单位。伟德之道
化学实验室伟德之道最佳不确定度指南
在估计化学实验室的测量不确定度时，有一些您应该知道的可用伟德之道指南。
- JCGM 100:2008
- Eurachem/CITAC CG4: QUAM:2012第1部分
- SAC/Singlas技术指南
JCGM 100:2008:测量不确定度表达指南伟德之道
首先，你需要了解测量不确定度表达指南，也被称为GUM。伟德之道它被确定为JCGM 100:2008，可从BIPM网站获得。
这是测量不确定度参考和使用最多的指南。伟德之道此外，该指南影响ISO/IEC 17025:2017认证的大部分要求。所以，你应该确保你下载了一份拷贝，保存到你的电脑，并阅读它。
EURACHEM/CITAC:分析测量中的量化不确定度伟德之道
接下来是化学实验室最常参考的测量不确定度指南，EURACHEM/CITAC QU伟德之道AM。
这是一个很好的指南，易于阅读，有一个很好的概述过程(类似于本指南)，并有大量的例子来帮助您估计不确定性。伟德之道
缺点是，当使用HPLC、GC或MS时，本指南没有估算测量不确定度的例子，这导致许多认证实验室存在很大差距。伟德之道这是非常不幸的，我希望在下一个版本中添加例子。
SAC/SINGLAS技术指南2:化学和微生物测量的测量不确定度指南伟德之道
该指南由新加坡认证委员会出版，并不为人所知。然而，它是一个伟大的指南，填补了EURACHEM指南留下的一些信息空白。
该指南有很好的例子，包括一个为GC估计不确定性的例子，但仍然可以使用更多的例子。伟德之道此外，估算不确定性的过程并不像EURACHEM指南中定义的那样。伟德之道然而，这是一个伟大的二级指南，我相信你应该添加到你的参考图书馆。
EURACHEM/CITAC:来自抽样指南的测量不确定度伟德之道
这是EURACHEM提供的另一个指南，涵盖了采样中的测量不确定度。伟德之道这不是一个常用的指南，但它是一个优秀的指南。
如果您要执行采样，我建议您下载并使用它。它缺乏估算不确定性的正式流程。伟德之道然而，它涵盖了与抽样有关的不确定性的来源，量化不确定性的实验伟德之道设计，以及用于分析数据的统计技术的例子，我认为这些例子非常有价值。
如何估计化学中的不确定度伟德之道
化学测试实验室的测量不确定度的估计与其他类型的伟德之道实验室相比通常是不同的。特别是分析测量。需要采取额外的步骤，需要评估额外的过程。
为了帮助您，我概述了一个8步的过程，将帮助您估计测量不确定度。伟德之道这个过程的每一步都很重要，我包含了大量有用的信息来指导您完成这个过程。
本节将介绍的8个步骤是:
- 指定被测变量
- 确定不确定性的来源伟德之道
- 量化不确定性的来源伟德之道
- 描述不确定性的来源伟德之道
- 将不确定性转换为标准差
- 计算综合不确定度伟德之道
- 计算扩展不确定度伟德之道
- 评估你的不确定性预算伟德之道
步骤1:指定度量对象
每次估计不确定度时，您应该做的第一件事是指定测量值。伟德之道这将帮助你构建不确定性分析框架，并将注意力集中在最重要的事情伟德之道上。
如何指定测量对象
要指定测量功能，请遵循以下说明:
- 选择要评估的测试或测量函数。
- 选择要使用的测量方法或过程。
- 选择将要使用的设备。
- 选择测量函数的期望范围。
- 确定要评估的目标值。
- 在适用的情况下，确定表征测量函数的数学方程。
需要更多的帮助
如果你在这个过程中有困难，试着回答以下问题:
- 我在测量什么?
- 我将使用什么方法?
- 我需要什么设备和材料?
- 我的测量能力的范围是什么(例如高和低)?
- 我的目标样品浓度是多少?
之后，记录信息，并将其添加到您的不确定性预算中，类似于下图。伟德之道
既然您已经确定了评估测量不确定度的标准，那么您就可以更容易地完成该过程的其余步骤。伟德之道
第二步:找到不确定性的来源伟德之道
在化学分析中寻找不确定度的来源与典型的伟德之道物理测量不确定度分析不同。但是，您仍然希望将重点放在过程和每一步所涉及的方程式上。
在评估化学分析中的测量不确定度时，重点关注分析测量过程:伟德之道
- 抽样
- 样品制备
- 标准制剂
- 设备校准
- 样品分析
- 解释的结果
如何找到不确定性的来源伟德之道
为化学分析找到不确定的来源，请遵循以下伟德之道步骤:
- 评估测试方法和测量过程。
- 评估测量方程(如果可用)
- 评估设备、参考标准和试剂。
- 确定最小所需的不确定性来源。伟德之道
- 研究各种信息来源。
- 咨询专家。
寻找不确定性的来源可能很困难。伟德之道这可能需要大量的时间、努力和研究。根据我的经验，寻找不确定性成分通常需要花费估计不确定性50%的时伟德之道间。这使得它成为评定测量不确定度最耗时的过程。伟德之道
然而，如果您花时间评估您的过程并进行研究，您应该能够为您的分析确定几个不确定的来源。伟德之道然后，把这些项目列一个清单。稍后您将尝试对它们进行量化。
步骤3:量化不确定性的来源伟德之道
既然您已经确定了不确定性的来源，您将需要收集和分析数据来量化它们。伟德之道然而，在进行化学测试时，您可能需要首先估计您使用的设备的不确定度，例如:伟德之道
- 余额,
- 吸量管,
- 体积玻璃器皿、
- 温度计,或
- 其他设备
例如，如果您使用分析天平和移液管来帮助您制备具有特定浓度的样品，在估计样品制备过程的不确定度之前，您将需要估计天平和移液管的不确定度。伟德之道
如果您的过程没有用数学方程表示，您可能需要执行健壮的测试来量化您的不确定性组件。伟德之道基本上，您将执行实验并使用数据来帮助您量化不确定性贡献者及其敏感性系数。伟德之道
鲁棒测试中常用的两种实验设计是:
- 一次一因素分析(即OFAT)，
- 全析因实验(即Lk）
如何量化不确定性伟德之道
为了量化不确定度，评估分伟德之道析测量过程的每个阶段。
1.抽样
如果您执行抽样，请确定由于抽样导致的测试结果中的不确定度。伟德之道如果不进行抽样，至少要考虑评估所测试样本的同质性。
2.样品制备
评估你的样品制备过程。通常，您可以通过评估样本准备方程来实现这一点，其中方程中的每个变量都是不确定性的潜在来源。伟德之道
如果您的样品制备过程不是用方程表示的，您可能需要使用鲁棒测试或一次一个因素(OFAT)分析来帮助您量化不确定成分和任何相关的敏感性系数。伟德之道
3.标准制剂
类似于样品制备，评估你的制备过程和数学方程，以确定由于标准制备的不确定度。伟德之道不要忘记检查你的标准的分析证书(COA)，以找到你的参考标准的不确定度。伟德之道
如果您的分析证书列出了一个以上的不确定度估计，请使用强调不确定度或非强调不确定度。伟德之道不要用重力的不确定性。伟德之道它适用于用于制定参考标准的过程，但它不能恰当地表示标准浓度的不确定度。伟德之道
4.设备校准
评估设备校准证书，计算与偏差、校准曲线和参考标准相关的不确定度。伟德之道
5.样品分析
回顾您的测试过程，计算以下项目的不确定度:伟德之道
- 注射/样本体积
- 探测器的准确性
- 探测器线性度
- 检测极限
接下来，执行可重复性和可再现性测试，为您的分析收集A型不确定性数据。伟德之道
6.解释的结果
评估你解释结果的过程。你可能有其他的不确定性来源需要被量化。伟德之道特别是，如果需要对样品分析的结果进行进一步的计算。
结果显示:RSD和COV
化学测试结果的评定不伟德之道确定度分量通常以相对的度量单位表示，如百分比(即%)。因此，通常用百分比值来量化不确定性的来源。伟德之道
通常情况下，实验室会进行计算以确定:
- 相对标准偏差(RSD)
- 变异系数(CV)
使用这些相对度量单位在不确定度预算中列出值是完全可以接受的。伟德之道只需确保你的灵敏度系数(在适用的地方)是正确的，这样所有的标准不确定度都以相同的单位给出(参见步骤5)。
步骤4:描述不确定性的来源伟德之道
当所有的不确定性来源都被识别和量化后，下一步就是用适当的伟德之道不确定性类型和概率分布来描述每个来源。
如何描述不确定性的来源伟德之道
要描述你的不确定性来源，请执行以下任务:伟德之道
- 对每个不确定性来源进行分类:a型或B型，伟德之道
- 为每个不确定性成分分配一个概率分布。伟德之道
伟德之道不确定性的类型
描述不确定性成分的第一步是将不确定性分类为A型或B型。伟德之道
输入一个不确定伟德之道性
根据计量词汇表(VIM)， A型不确定度是“通过在确定的测量条件下获得的测量量值的统计分析来评估测量不确定度的伟德之道一个组成部分。”
B型不确定性伟德之道
根据计量词汇表(VIM)， B型不确定度是“测量不确定度的一个组成部分的评估，由测量不确定度的a型评估之外的方伟德之道法确定”。
如何选择不确定性类型伟德之道
如果你不确定你应该指定哪种不确定性类型，问自己以伟德之道下问题:
1.你自己通过测试和实验收集数据吗?
- 是，执行问题2
- 否，选择类型B
2.数据是否超过1年?
- 是，选择“Type A”
- 否，选择类型B
概率分布
这是一个重要的步骤，因为您所选择的概率分布将决定下一步如何将不确定性源转换为标准偏差。伟德之道
尽管有许多不同类型的概率分布可供选择，但正态分布(即高斯分布)和矩形分布(即均匀分布)是最常用的。
为了分配适当的分布，考虑如何为每个不确定性来源描述数据集。伟德之道
如果您评估A型不确定度数据、校准结果或使用精度规伟德之道范，则很可能需要分配一个正态分布。
如果要评估分辨率、环境或物理影响，则可能需要使用矩形分布。
如果您不确定应该使用什么分布，那么分配一个矩形分布的风险通常较小。
如何分配一个概率分布
选项A:最适合A类数据
1.从数据集中创建一个直方图。
2.评估直方图。
3.确定最能表征数据集的概率分布。
选项B:最适合B类数据
如果您不想或无法创建数据集的直方图，请尝试回答以下问题:
1.你自己通过测试和实验收集数据吗?
- 是，选择“Normal”。
- 否，请执行问题2。
2.其他人(如制造商，其他实验室等)是否通过测试和实验收集数据?
- 如果选择“是”，则选择“正常”。
- 否，请执行问题3。
3.你不确定数据是如何收集的吗?
- 如果是(即如果你不确定)，选择矩形。
- 或者，考虑问题4。
4.结果是否会出现在极值范围内?
- 是，选择u型。
- 否，执行问题5。
5.结果会出现在范围的中心吗?
- 是，选择“Normal”或“Triangle”。
- 否，选择“矩形”。
步骤5:将不确定度转换为标准差伟德之道
在选择和分配了概率分布之后，是时候将每个不确定性源转换为标准不确定性或标准偏差当量。伟德之道
如何将不确定度转化为标准差伟德之道
要将不确定度分量转换为伟德之道标准差，请遵循以下步骤:
- 给每个不确定性来源分配一个概率分布，伟德之道
- 求所选概率分布的除数，
- 用每个不确定性来源除以它各自的除数。伟德之道
参考你在步骤4中选择的概率分布来找到合适的除数。使用下面的图表作为指导。
接下来，将不确定度分量除以适当的除数伟德之道，将它们转换为标准的不确定度。之后，它们应该都在相同的置信水平(1西格玛或68.27%)，并相当于一个标准偏差。
步骤6:计算综合不确定度伟德之道
现在，是时候使用《测量不确定度表达指南》(GUM)中引用的平方根和(即RSS)方法计伟德之道算组合不确定度了。
下面，您将看到计算组合不确定度的公式。伟德之道
如果这个等式让你困惑，试试下面的简化版本。
这是我通常使用的方程，因为在我将不确定性成分转换为标准差之前，我通常在过程的早期包含敏感性系数(即ci)。伟德之道
如果你用同样的方法评估测量不确定度，你应该能够使用简化的伟德之道方程。如果你根本不使用敏感系数，你也可以使用简化的方程。
如果您使用Microsoft Excel来估计不确定性，您可以使用下面的公式轻松组合不确伟德之道定性。它是函数平方根和平方和的组合。
如何计算综合不确定度伟德之道
要计算综合标准不确定度，只需遵循以下说明:伟德之道
- 对每个不确定性分量的值进行平方，伟德之道
- 将第一步的所有结果相加，
- 计算第2步结果的平方根。
在您完成这个过程之后，您将拥有1西格玛水平的组合标准不确定度(即68.27%的置信)，其特征是根据中心极限定理的正态分布。伟德之道
中心极限定理
根据中心极限定理，无论单个变量的分布如何，独立随机变量集合(即不确定性源)的和将趋近于正态分布。伟德之道
因此，与组合不确定性相关的概率分布现在将是正常的。伟德之道看看上面的图像来获得一个直观的表示。
步骤7:计算扩展不确定度伟德之道
接下来，您需要计算扩展的不确定性到95%的置信区间。伟德之道要做到这一点，您需要选择一个覆盖率因子，并将其乘以计算的综合不确定性。伟德之道
如何计算扩展不确定度伟德之道
对于扩展的测量不确定度，只需遵循以下步骤:伟德之道
- 计算综合不确定度伟德之道
- 计算有效自由度(可选)
- 找到/选择一个覆盖系数(k)，并且
- 将组合的不确定性乘以覆盖率因子伟德之道
选择覆盖系数
覆盖系数是用来将不确定性扩展到95%置信区间的乘数。伟德之道然而，你有几个选择:
- 使用k=2取95.45%的置信区间，
- 使用k=1.96作为95%置信区间，或者
- 使用学生T表来查找覆盖率系数(k)。
注:要使用学生T表，您需要使用Welch Satterthwaite方程计算有效自由度。
提示:如果你不知道该选择哪一种，可以考虑一下:
- 当你的不确定性预算包含大量的不确定性来源(a类和B类)时，使用标准k因子(例如2或1.96)，伟德之道
- 当您的不确定性分析主要局限于A类数据，并且很难找到或量化其他不确定性来源伟德之道时，使用Student’s T表。
展开不确定度的计算伟德之道
找到覆盖系数(k)后，通过乘以覆盖系数和组合的标准不确定度来计算扩展的不确定度。伟德之道使用下面的公式作为指导。
结果是扩大的不确定度(即U)。这是估计到95%置信区间伟德之道的测量不确定度。
步骤8:评估你的不确定性预算伟德之道
估计测量不确定度的最后一步是评估结果并验证它们适合使用。伟德之道这个过程对于确保您估计的测量不确定度适合于您的实验室活动，而不是显著地夸大或低估是很重要的。伟德之道
如何评估你的不确定性预算伟德之道
以下是评估结果的六种最佳方法:
- 计算每个不确定性来源的重要性并评估其贡献。伟德之道反复检查百分比过大和过小的伟德之道不确定度分量，确认其值正确。
- 验证扩展不确定度大于参考标准不确定度，伟德之道
- 检查BIPM关键比较数据库，确保扩展的不确定度大于国家计量研究所(NMI)，伟德之道
- 查阅分析证书，寻找您的参考标准可追溯的标准参考材料，并验证您的不确定度大于SRM的不确定度。伟德之道
- 将您估计的不确定度与其他实验室进行比较。伟德之道搜索您的认证机构的数据库，并查看其他实验室的认证范围。
- 参加一个能力测试计划，并将您的不确定度与其他实验室进行比较，确定您的结果是否合理和适当。伟德之道确保你扩大的不确定度不明显大于或小于其他参与实验室。伟德之道
对大多数检测实验室来说伟德之道，评估不确定度并不容易，因为扩大的不确定度通常不会在其认可范围内报告。因此，很难将你的活动与其他实验室进行比较。
我发现的测试实验室比较结果的最好方法是回顾您的熟练度测试结果。它们应该包括测量结果和扩展不确定度。伟德之道如果与其他测试实验室相比，您的估计伟德之道不确定度在合理范围内，那么您的不确定度最有可能是合适的。
如果您的估计不在其他实验室的范围内，那么您可能需要重新评估您的不确定性预算。伟德之道你可能夸大或低估了你的不确定性。伟德之道否则，您的过程可能与其他实验室不一致。
唯一的方法就是评估你的结果。
评估你的不确定性预算不是一个完全伟德之道可靠的过程，但它总比什么都不做要好。此外，它给你客观的证据来支持你的结果，如果评估者质疑你扩大的不确定性。伟德之道
结论
估计测量中的不确定度并伟德之道不容易。这需要很多人不愿意付出的时间和精力。然而，有了正确的过程、数据源和工具，不确定性分析并不困难。伟德之道
在本指南中，你应该学会:
- 什么是测量不确定度伟德之道
- 为什么测量不确定度很重要伟德之道
- 化学实验室的最佳不确定度指南是什么伟德之道
- 如何估算化学实验室的不确定度伟德之道
评估测量不确定度是一项技能。伟德之道你做得越多，你就会做得越好，这个过程就会变得越容易。所以，成为一个实践者，开始估算不确定性。伟德之道
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