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【儀器應用】影響測量不確定度的八大因素

Overview

在實驗中,測量不確定度表示測量值所在的范圍以及相關的置信水平,其對結果的重復性和可比性有很大影響。測量不確定度在依賴于精度的應用中至關重要,例如分析小樣品量時。

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《稱重過程中的測量不確定度:需要注意的8大影響因素》白皮書闡述了測量不確定度的重要性,以及用戶在稱重過程中可采取哪些措施來降低測量的不確定度。

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稱重過程中的測量不確定度會影響實驗數據的重復性

《自然》(Nature)雜志的一項調查結果顯示超過70%的受訪研究人員曾嘗試重復其他科學家發表的實驗卻以失敗告終,超過一半的受訪研究人員還表示無法重復自己做過的實驗。造成這種情況的原因有很多,其中包括不規范的實驗流程文檔。測量不確定度是另一個重要但經常被忽略的因素,尤其是在稱重方面。

英國皇家認可委員會(UKAS)的評估經理John Greenwood說:“當我們進行測量時,我們得到了其價值的估計值。測量的估計值會受到各種誤差和因素的影響?!睖y量不確定度的作用是提供估計值有多準確的概念。研究人員無法量化的任何誤差都必須歸因于測量不確定性。一個更為復雜的問題是校準過程也存在測量不確定性。

注:UKAS是英國認證機構,負責評估機構團體提供認證、檢驗、測試和校準服務的能力。

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確定不確定度

導致測量不確定度的因素是多方面的,可分為四大類:所用設備、設備使用的環境、稱重人員、以及正在使用的工作流程。
考慮到所有這些因素,在稱重過程中要精確地確定不確定度幾乎是不可能的,因此我們必須對測量結果的不確定度大小進行估計或預測。
有一個公認的標準公式用于計算預測的測量不確定度。
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測量不確定度的重要性

測量不確定度在依賴于精度的應用中至關重要,比如說在分析非常少量的樣品時,或者在分析工作中不能有高度誤差的情況下。
以石油和天然氣行業為例,這些化石燃料在運營商之間轉移時(例如從鐵路轉移到油罐卡車中),測量需要盡可能準確,因為每次所有權的變更都涉及到金融交易。誤差和過大的測量不確定性可能相當于數百萬美元的差異。
在制藥和醫療行業,測量的質量受到法律監管,因此儀器的測量不確定度將得到驗證。這意味著終端用戶,只要他們用儀器做已獲得驗證的應用,就可以直接讀取儀器顯示的測試結果,準確可靠。
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賽多利斯現在提供了一種軟件功能(即QApp)作為Cubis II 高端天平系列QApps醫藥包的一部分,用于確定測量不確定度。該QApp采用EURAMET(歐洲國家計量院協會)校準指南第18號中規定的公式和流程來計算測量不確定度:非自動稱重儀器校準指南。對于特定的設備,天平用戶可以從賽多利斯等服務供應商進行現場校準后所頒發的校準證書中獲得“使用中的不確定度”的相應公式,公式的參數可輸入到該QApp中。

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降低測量不確定度

無論測量的不確定度是如何獲得的,用戶都可以在稱重過程中采取很多措施來降低測量的不確定度。以下因素通常是使用天平時導致測量不確定度的主要因素,因此關注這些因素的用戶將受益良多。

1

保持恒溫

為了最大程度地減小稱重過程中的測量不確定度,溫度是最重要的考慮因素之一,這主要是由于天平中電子元件對溫度的高敏感性。

保持在最佳工作溫度范圍內使用天平或者對天平進行適當的校準對稱重結果非常重要。還應注意,啟動天平時,必須預熱天平,天平所放位置周圍環境溫度的波動,避免樣品與容器之間的溫差。

2

避免天平受到氣流影響

天平,尤其是高精度天平,如超微量天平,必須遠離那些擾亂性氣流。天平的防風罩對氣流影響有一定幫助,但為了進一步減少氣流問題,天平不應放置在門或打開的窗戶、空調或加熱通風口或計算機風扇的附近。也不應該放置在人群聚集的地方,因為人員的移動會產生氣流。

3

將振動降至最低

對于高精度天平,需要一個特殊的稱重臺來隔離天平與地板和建筑物之間的振動。沒有稱重臺的可以將天平放在一個盡可能位于最低樓層的房間以及放置在建筑物外緣(靠近墻體)房間的角落,最好避免把天平放在有彈性的表面和振動的實驗室儀器附近的位置,也不要放在人員聚集的地方。

4

保持水平

稱重過程中最嚴重的不確定度來自未正確調平的天平。首次安裝天平和移動天平后,都必須將天平調平,即使移動只是為了臨時清潔工作臺。

賽多利斯Cubis II系列天平快速的自動調平功能,助您避免繁瑣的準備工作。

5

注意重力

電子天平不是測量質量而是測量重量。然后將其轉換為天平上顯示的質量。為了轉換成質量,天平將其檢測的重量除以重力加速度。當天平移動到另一樓層或完全移動到另一個地方時,天平也必須重新校正和調整,以適應重力的變化。

6

考慮密度的影響

要測得物體的真實質量,需要進行“浮力校正”,這對于準確測量而言是非常重要的步驟??諝饷芏葧捎诃h境溫度和濕度的差異而有所不同,并且會對稱重產生影響,是計算時必須考慮在內的參數之一。

7

清理

確保稱量盤、稱量室和周圍區域始終保持清潔是降低測量不確定度的關鍵。這不僅僅是指清理灑出物。即使是灰塵和脫落的毛發也會干擾天平的性能,并影響稱重結果的準確性。

8

注意有問題的樣品

某些類型的樣品尤其難以準確稱重。例如吸濕性物質會從空氣中吸收水分并增加重量,具有蒸發特性的樣品由于水分蒸發會導致天平讀數持續下降,磁性物品會產生影響重量精度的力場,稱量粉末時需注意靜電等。



Summary

確定質量測量的測量不確定度是許多行業的眾多科學家們必須解決的問題。計算這些值的方法包括從高精度計算(手動或借助賽多利斯天平軟件完成)到有根據的猜測。盡管獲得了測量不確定度,天平用戶還要在稱重過程中做很多事情來減少其結果中的不確定度。


本文轉載自賽多利斯實驗室公眾號。


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