陈一虎 周伟
（1.苏州市职业大学，江苏 苏州 215000；
2.苏州市百信环境检测工程技术有限公司，江苏 苏州 215000）
1927 年，德国物理学家海森伯格（W.Heisenberg）在分析理想试验的基础上首先提出了不确定原理，认为人类观测事物的精准程度是有限的，不确定原理是量子力学的基本原理之一。根据《测量不确定度评定与表示》（JJF 1059.1—2012）的定义，测量不确定度是根据所用到的信息，表征赋于被测量值分散性的非负参数［1］。不确定度是对测量结果进行质量评价的重要指标，测量不确定度越小，测量结果的可信度越高。
1980年，国际计量局在讨论了各国及国际专业组织的意见的基础上提出了试验不确定度建议书，将不确定度分量确定为在规定测量条件下测得的量值用统计分析的方法进行评定的分量A 类和用不同于测量不确定度A 类评定的方法进行评定的分量B 类，两类分量合成得到合成不确定度，并以标准差表示。对于特殊用途，可将合成不确定度乘以一个因子，得到总不确定度。1993 年，国际标准化组织、国际电工委员会、国际法制计量组织组成了国际不确定度工作组，制定了《测量不确定度表示指南》（简称GUM），由ISO出版［2］。
1999年，我国制定并颁布了国家计量技术规范《测量不确定度评定与表示》（JJF 1059—1999），我国的测量不确定度的研究得到了推广，测量不确定度已成为检测校准实验室认可中重要的环节，检验报告、校准证书和产品标准等都应该包括测量不确定度的说明，使用测量设备应保证测量不确定度为已知。
水中的含氮化合物是水生植物的必需养分，但当氨氮含量过高时会产生水体富营养化现象，对鱼类产生毒害，对人体也有不同程度的危害。氨氮主要测试方法包括纳氏试剂分光光度法、流动注射分析-分光光度法、水杨酸-次氯酸盐分光光度法、气相分子吸收光谱法和电极法等。本试验采用纳氏试剂分光光度法测定水中氨氮并进行不确定度评定，保证水中氨氮检测结果的准确性。
1.1 仪器与试剂
仪器：L5 型紫外可见分光光度计（上海仪电分析仪器有限公司）。
试剂：本次试验使用的氨氮标准溶液为生态环境部标准样品研究所的标准物质，其他试剂均为符合国家标准的分析纯试剂，水为无氨水。
试验环境条件：27.0 ℃。
1.2 试验方法
本试验参照中华人民共和国国家环境保护标准《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》（HJ 535—2009）进行测定。
1.3 试验原理
以游离态的氨或铵离子等形式存在的氨氮与纳氏试剂反应生成淡红棕色络合物，该络合物的吸光度与氨氮含量成正比，于波长420 nm 处测量吸光度［3］。
2.1 标准溶液配制
氨氮标准溶液：本次试验使用的氨氮标准溶液为生态环境部标准样品研究所的标准物质；
标准编号：GSB05-1145-2000；
批号：102233；
标准值：500 mg/L；
扩展不确定度：1%（k=2）。
氨氮标准工作溶液：使用2 mL移液管（A级）吸取氨氮标准溶液2.00 mL 于100 mL（A 级）容量瓶中，加纯水至标线，得到质量浓度为10.0 μg/mL 的氨氮溶液。
2.2 标准曲线及标准回归方程
标准曲线：在8 个50 mL 比色管中分别加入0.00mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、4.00 mL、6.00 mL、8.00 mL 和10.00 mL 氨氮标准工作溶液，其所对应的氨氮含量分别为0.0 μg、5.00 μg、10.0 μg、20.0 μg、40.0 μg、60.0 μg、80.0 μg 和100 μg，加水至标线。加入1.0 mL 酒石酸钾钠溶液和1.0 mL 纳氏试剂溶液，摇匀。放置10 min 后，在波长420 nm 下，用20 mm比色皿，以水作参比，测量吸光度［3］。以空白校正后的吸光度为纵坐标，其对应的氨氮含量（μg）为横坐标，绘制校准曲线。结果见表1、图1。
图1 标准曲线及回归方程
表1 氨氮标准曲线系列及吸光度
2.3 样品测定
样品编号为GSB07-3164-2014，批号为2005143。用10 mL移液管移取10.0 mL样品至250 mL 容量瓶中，用纯水定容至标线。按与标准曲线相同的方法测定吸光度，代入曲线回归方程计算结果，样品做平行样测定。平行样偏差在有效范围内，取均值报告结果，结果见表2。
表2 样品平行样测定结果
计算样品中氨氮质量浓度，计算公式如式（1）。
式中：C为水样中氨氮的质量浓度，mg/L，以氮计；
A为样品溶液的吸光度；
a为校准曲线截距；
b为校准曲线斜率；
V为测定取用体积，mL；
f为稀释倍数。
3.1 样品重复测定结果不确定度（u1）、A 类不确定度计算
平行样测定结果的标准偏差：S=极差/极差系数=R/C=0.114 6/2.53=0.045 3
标准不确定度：uA==0.018 5
相对标准不确定度：u1=0.018 5/13.2=0.001 4
3.2 标准溶液配制引起的不确定度（u2）
3.2.1 标准溶液相对标准不确定度按证书上给出的扩展不确定度还原成标准不确定度直接参与计算。
3.2.2 2 mL 移液管（A）标准不确定度（u2.2）计算。玻璃量器不确定度主要有三个部分：一是校准不确定度，即玻璃量器体积的允许误差；
二是充满液体至某刻度的估读误差，可利用其重复性偏差来求得；
三是量器、溶液的温度与校准时温度不同引起的不确定度，一般情况下，由于液体的体积膨胀明显大于玻璃的体积膨胀，所以只需要考虑液体温差引起的不确定度［4］。
①校准误差。2 mL 移液管容量允许误差为±0.010 mL，B 类不确定度，按三角分布转换成标准偏差。
②估读变动性。充满液体至移液管刻度变动性，重复10次计算出的标准差为0.01 mL（服从均匀分布，k取）。
③温度变化引起的不确定度。实验室温度为27 ℃，20 ℃时水的膨胀系数为2.1×10-4，则其体积变化区间为：
转换成标准偏差（置信水平为95%）：
0.002 94/1.96=0.001 50
④2 mL 移液管相对标准不确定度。以上3 项合成得不确定度：
相对不确定度：u2.2=0.007 23/2=0.003 61
3.2.3 100 mL 容量瓶（A）体积的标准不确定度（u2.3）计算。容量瓶的不确定度包括容量瓶标准容量允许差、容量瓶标线不确定性和容量瓶使用环境温度的影响。
①校准。100 mL 容量瓶允许误差为±0.10 mL，B类不确定度，转换成标准偏差。
②估读变动性。充满液体至移液管刻度变动性，重复2次极差为0.03 mL。
0.03/1.13=0.026 5（1.13为n=2时极差系数）
③温度。100 mL 容量瓶和液体与校正温度不同引起的体积不确定度。
±100×7.0×2.1×10-4/℃=0.147 0 mL
转换成标准偏差（置信水平为95%）：
0.1470/1.96=0.075 0 mL
以上3项合成得：
相对标准不确定度：u2.3=0.089 4/100=8.94×10-4
3.2.4 标准溶液配制相对标准不确定度计算。
3.3 标准曲线拟合不确定度（u3）计算
分析结果时，试样中被测物质的浓度通过标准曲线来计算，标准曲线的不确定度受测量方法和操作偶然误差等的影响。
3.3.1 回归曲线标准偏差S的计算。
3.3.2 标准曲线浓度（x项）差方和。
3.3.3 由标准曲线计算求得样品值引入的相对标准不确定度计算。
3.4 吸光度值量化误差所引起的不确定度（u4）计算
本例进行了6 次平行样测定，平行测定的重复性已包含了仪器测量等重复性，所以仪器本身的重复性不再参与评定。
3.5 合成不确定度
合成不确定度相关如表3所示。
表3 合成不确定度
3.6 扩展不确定度
取包含因子k=2，扩展不确定度为U=k×uc=2×0.01=2%。
本次水样中氨氮含量不确定度报告：水样中氨氮含量的扩展不确定度为13.2×2%≈0.26 mg/L，因此，水样中氨氮质量浓度为（13.2±0.26）mg/L。在影响不确定度的因素中，标准曲线拟合引起的不确定度为主要因素。
测量结果都具有不确定性，不同实验室进行试样检测，对测量结果可靠性进行定量和数据分析时，测量不确定度比误差更加科学合理，一个完整的测量结果应包含测量的最佳估值和测量结果的不确定度。进行不确定度的评定可以反映出测量结果的包含范围，并且可以知道测量中哪些因素对不确定度的影响较大，从而可以进行对应的测量方法修正，提高试验设计方案的可行性，为分析方法和分析过程的质量控制提供重要依据。
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