主题：【第二届网络原创作品大赛】检测数据中不确定度的产生和分析

后面有附件WORD版比较清楚明确哈
三聚氰胺检测的不确定度来源分析
1、    概述
1.1    、测量依据：NY/T1372-2007《饲料中三聚氰胺的测定》。
1.2    、环境条件：温度15℃--30 ℃。
1.3    、主要仪器：液相色谱。
1.4    、测量方法及原理：试样中的三聚氰胺用三氯乙酸溶液提取，提取液离心后经混合型阳离子交换固相萃取柱净化，洗脱物吹干后用甲醇溶液溶解，用高效液相色谱仪进行测定。
1.5    、被测对象：蛋白类原料、产品。
1.6    、测量过程：对一系列已知浓度的标准物质进行测定，根据响应值自动建立线性方程，再对未知溶液直接测定，利用线性方程计算出浓度。
1.7    、标准物质：中国国家计量科学研究院溶液标准物质，纯度为99%。
1.8    、适用范围：本不确定度评定报告适用食品原料中三聚氰胺的检测。
2、    数学模型的建立
数学公式：采用最小二乘法对标准系列的浓度(X)和峰面积(Y)进行线性回归，得到直线回归方程为：

其中：Y——峰面积；
a——截距；
b——斜率；
X——标准样品浓度(ug/mL)。
由样品测出的峰面积反推样品浓度：

3、    不确定度分量的来源分析
运用本测量方法，不确定度来源有以下几个方面：
(a) 校准曲线引入的不确定度。
(b) 重复测量及添加回收率引入的不确定度。
(c) 标准物质及其溶液配制引入的不确定度。
(d) 移液及定容体积引入的不确定度。
(e) 称量引入的不确定度。
(d) 加标回收引入的不确定度。
4、不确定度分析u (Y)
4.1、校准曲线引起的不确定度u (Y1)
配制浓度为5、10、50 ug/mL的3个三聚氰胺标准溶液。
表1  三聚氰胺工作曲线测定
浓度(ug/mL)    峰面积
5    213973
10    420353
50    2176712
用最小二乘法拟合后，直线截距a和斜率b的计算如下：

其中，  ——第i个校准标准溶液第j次测量值；
n——校准曲线拟合的点数；
，n=3
其中， ——第i个校准标准溶液的浓度值， ug/mL；
      ——校准标准溶液浓度的算术平均值， ug/mL；
      ——第i个校准标准溶液j次测量值的算术平均值；
      ——峰面积值的算术平均值。
，n=3；
斜率 
截距 
残差标准差  ，n=3，
工作曲线拟合引入的相对标准不确定度：
的自由度

n-----测试标准溶液的次数，n=3
p-----测试样品的次数，p=1
-----各个标准溶液的质量浓度的平均值， =21.67
s------测定样品中三聚氰胺含量浓度的平均值， s=10400
b-----标准曲线的斜率，b=43728.51
4.2、样品重复测量引起的不确定度u(Y2)
同一样品在相同条件下重复测定8次，得一组数据，如表2。
表2  同一样品在相同条件下重复测定8次的峰面积值
序号    峰面积值(μS*min)
1    218485
2    218602
3    218135
4    218814
5    218830
6    218539
7    218549
8    218476
平均    218554
重复测量的标准不确定度为
μS*min，n=8；
的自由度
相对不确定度为：0.0015
4.3、标准物质和标准溶液配制引起的不确定度u(Y3)
4.3.1、工作标准溶液的配制
工作标准溶液是采用99%纯度三聚氰胺标准物质称量稀释制备的，其配制及不确定度计算过程如下：
从三聚氰胺标准溶液，经过一级稀释配成工作标准浓度。
计算公式：

其中，CW——工作标准溶液浓度，ug/ml；
C0——Pb的原始标准溶液浓度，ug/ml；
V0——Pb的原始标准溶液体积，20 mL；
V1——一级稀释液体积，200 mL；
标准溶液的相对标准不确定度为

其中， ——C0的相对标准不确定度；
——V0的相对标准不确定度；
——V1的相对标准不确定度。
V0、V1、所有量器的不确定度主要来源于以下三方面：
(1)    确定量器内部体积时的不确定度；
(2)    充满或排出体积至刻度的变化；
(3)    量器的温度与其体积校准时的温度的差异导致的体积变化。
4.3.2、标准物质及标准溶液配制引起的不确定度分量
(1)标准物质的相对标准不确定度
使用的三聚氰胺标准物质为国家计量科学研究院三聚氰胺标准物质，相对扩展不确定度为1ug/mL，取包含因子k=2，则C0的相对标准不确定度为


(2)V0的相对标准不确定度
a) 体积引起的相对标准不确定度
①由检定证书给出，10 mL移液管的最大允许误差为±0.020 mL，置信概率为95%，取包含因子k=2，则


②由检定证书给出，5mL移液管的最大允许误差为±0.015 mL，置信概率为95%，取包含因子k=2，则



b) 温度引起的相对标准不确定度
根据制造商提供的信息，该吸管在20 ℃校准，而实验室温度在±4 ℃之间变化，该影响引起的不确定度可通过估算该温度范围和体积膨胀系数来进行计算，液体的体积膨胀系数明显大于移液管，因此只需要考虑前者，水的体积膨胀系数为2.1*10-4 ℃-1，因此V0产生的体积变化为±(4*2.1*10-4*1)= ±0.0084 mL。
假设温度变化是矩形分布，取包含因子k=2 ，则


c) 移液管移液引起的相对标准不确定度
移液管排出体积的变化所引起的不确定度，移液管读数误差为0.005 mL，直接作为标准不确定度，



上述三个分量是独立不相关变化，则V0的相对标准不确定度为
(3)  V1容量瓶的相对标准不确定度
a) 体积引起的相对标准不确定度
由检定证书给出100 mL容量瓶在20 ℃的体积为100±0.10 mL，假设为矩形分布，取包含因子k= ，则


b) 温度引起的相对标准不确定度
100 mL容量瓶产生的体积变化为±(4*2.1*10-4*100)= ±0.084 mL。假设温度变化是矩形分布，取包含因子k= ，则


c) 重复性引起的相对标准不确定度
对于100 mL容量瓶而言，充满10次并称量，得出标准偏差为0.10 mL，直接作为标准不确定度，则


上述三个分量是独立不相关变化，则V1的相对标准不确定度为

(4)  u(Y3)标准不确定度分量的合成
由标准溶液定值引起的Y的不确定度分量为

以校准曲线上最大浓度点计算：

的自由度 为∞。
4.4、定容引入的不确定度
a) 体积引起的相对标准不确定度
定容过程中使用了50 mL容量瓶，其允许误差为±0.05 mL，假设为矩形分布，取包含因子k= ，则


b) 温度引起的相对标准不确定度
50 mL容量瓶产生的体积变化为±(4*2.1*10-4*50)= ±0.042 mL。假设温度变化是矩形分布，取包含因子k= ，则


c) 重复性引起的相对标准不确定度
对于50 mL容量瓶而言，充满10次并称量，得出标准偏差为0.05 mL，直接作为标准不确定度，则


上述三个分量是独立不相关变化，则V1的相对标准不确定度为

4.5、称量引入的不确定度
称量样品引入的标准不确定度u(m)：
电子分析天平的线性分量为0.0002g，假设为矩形分布，换算成标准不确定度为：
g

4.6、标液添加回收引起的不确定度
样品在检测中有一定损失或污染，在该过程中引入的不确定度可通过加标回收试验进行评估。行业内检测三聚氰胺基本回收率范围在85%～115%之间，而理论上的回收率为100%，可知加标回收率上、下界相对于最佳值成对称分布。
   
标准不确定度一览表
表3  标准不确定度一览表
标准不确定度分量    不确定度来源    相对标准不确定度


校准曲线引起的不确定度分量    2.87ug/mL
    
样品重复测量引起的不确定度分量    0.0015 ug/mL
    
标准物质及标准溶液配制引起的不确定度分量    0.00036 ug/mL
    
定容体积引入的不确定度    0.0013 ug/mL
    
称量引入的不确定度    0.00015 ug/mL
    
三聚氰胺标液添加回收引起的不确定度    0.035 ug/mL
5、合成标准不确定度 的计算
  ug/mL
5.1、扩展不确定度的评估
置信水平为0.95时，取包含因子k=2，则扩展不确定度
5.74 ug/mL
5.2、测量不确定度的报告
用原子吸收分光光度计测量溶液含量在0.20 ug/mL -1.60 ug/mL范围的样品扩展不确定度结果为：
104±5.74ug/mL，k=2。
6、结论
对校准曲线、标准溶液及其配制、样品重复测量、样品称量影响进行了分析计算，由结果可知，校准曲线拟合是测定三聚氰胺不确定度的主要来源。从标准曲线公式 中可以看出检测次数越多残差标准差越低，检测值越接近本身值。
工作曲线拟合引入的相对标准不确定度：

m——每点的重复测量次数。
n-----测试标准溶液的次数，
p-----测试样品的次数，
-----各个标准溶液的质量浓度的平均值，
s------测定样品中含量浓度的平均值，
b-----标准曲线的斜率，
在实际工作中检测人员尽可能的把检测次数设定多些。标准不确定度是和标准检测次数是呈反比的关系。特别在检测过程中出现锯齿型光谱，仪器调整不好时，更应该增加检测次数。

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