不确定度评定的理论和实践”
作者:admin 时间:2019-10-22 10:23 字体:[ ]

第一章 什么是不确定度?评定不确定度有什么意义?

 
       实验室分析人员在进行分析结果的不确定度评定时,经常会问“什么是不确定度?”、“如何进行不确定度评定”和“评定不确定度有什么意义”。弄清楚这些问题以前,首先要明白不确定度实质是一个概率论和数理统计上的概念。一些实验室分析人员由于缺乏作为基础的数理统计方面的知识,对不确定度的理解存在困难。这就像当初我们学习高等数学时,如果没有极限的概念,那么后来的微积分就理解不了。因此,要弄明白“什么是不确定度”这个问题,首先要认真学习数理统计方面的知识。
 

       虽然限于篇幅关系,这本书不能像教科书那样详细的介绍概率论和数理统计方面的知识,但是,伟大的数学家拉普拉斯曾说过“概率论只不过是把常识用数学公式表达了出来”,这里提到的常识就是我们的生活常识,从这个角度上说,其实我们每个人都在日常生活中用到概率论和数理统计知识,只是没有上升到数学理论的高度。在这里,我们先不理会数理统计,用我们生活经验来理解不确定度。我们在日常生活中也经常会用到不确定度的说法来表达我们的思想。通过一个例子来说明一下“什么是不确定度”和“评定不确定度有什么意义”。
 

       例1 我们经常会被人问到,现在的室内温度是多少? 

       解:我们通常会回答18℃左右,如果精确一点我们会回答(18±2)℃。我们分析一下为什么这么回答。首先18℃这个值,我们通过收看天气预报或者我们穿着或者所处的季节等因素得出,±2℃是我们依据经验得出的,和分析结果关联的范围。我们这么回答的目的是什么呢?我们这么回答的目的就是,尽可能准确的给出室内温度的估计值,然后再依据经验确定和分析结果关联的范围,使估计值结合这个范围以最大的把握性包含室内温度的准确值,或者说真值。如果现在有一台经过计量检定过的温度计来测量室温,测量结果为:19.8℃,恰好落入我们给出范围内,我们就会说估计的结果很准确,回答的质量较高。虽然室内温度的真值我们不能确切得到,但是经过计量检定的温度计测量的结果已经足够接近真值,某种程度上可以视为真值。
 

       通过对上面例子的分析,我们其实已经完成了分析化学意义上的不确定度评定。在这个例子中,室内温度的估计值18℃就相当于分析结果,与分析结果相关联的范围±2℃就是不确定度,它用来表征分析结果的离散性。不确定度的评定就是要得到分析结果的离散性。分析结果与不确定度结合起来对分析结果的真值作出区间估计(区间估计会在本书后面的内容介绍)。
 

       经过以上分析可以回答本章开始提到的两个问题:
       (1) 什么是不确定度?
       不确定度就是分析结果的离散性。
       (2) 评定不确定度有什么意义?
       分析结果的估计值与不确定度结合起来,对分析结果的真值进行区间估计。也就是说在一定的置信概率(把握性)下,确定包含真值的置信区间。
 

       至于“如何进行不确定度评定”会在后面的章节中回答。
 

 
 
 
 
       从上面的例子也可以看出,要得到合理的不确定度的评定结果,必须使用经过计量检定的器具,如果使用的温度计有较大的系统误差,不确定度的评定结果可能就不能包含真值,这样就失去了不确定度评定的意义。
 

       分析测试操作能得到分析结果的最佳估计值,不确定度和分析测试结果结合对分析测试结果的真值做出区间估计。从这个意义上来说,当分析测试结果接近限值时,评定不确定度显得尤为重要。例如:假设测试结果为0.9,限值为1.0。
经不确定度评定,评定结果为0.15(k=2),那么测试结果真值的区间估计可以表示为:(0.9±0.15),k=2。
 

       依据评定结果,真值以95%(k=2对应的是95%的置信概率)可能性落入区间(0.75,1.05),真值有可能在1.0-1.05之间。那么,测试结果的真值就可能大于限值。
如果根据测试结果判断,这个结果可能大于限值,实际上依据测试结果判标是有的风险。在最新版的《检测和校准实验室能力认可准则》(2018版)中规定“测量不确定度影响与规范限的符合性时”应当评定测量不确定度,这一规定就是充分考虑到分析测试结果的特性,用分析结果的最佳估计值和不确定度结合报告分析结果,体现了评定分析结果不确定度的科学性和得到的分析结果(以不确定度的形式表示的分析结果)的合理性。
 

本章小结   

       在这一章中,通过几个例子来帮助理解不确定度,介绍了评定不确定度的目的,虽然完全理解不确定度的概念还需要数理统计等知识基础,但是还是形成如下的结论:
       (1) 不确定度与分析结果相关联,来表征分析结果的离散性。
       (2) 分析结果的最佳估计值和不确定度结合来对分析结果的真值做出区间估计。
 

       这里提到的“离散性”和“区间估计”都是数理统计上的名词,为了更深刻的理解不确定度和学习不确定度的评定方法,下一章将介绍数理统计方面的一些必要知识。
 
 

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