有机物检测报告中的不确定度评估是如何进行计算的呢

在有机物检测（如环境水体VOCs、食品黄曲霉毒素、土壤多环芳烃等）中，不确定度评估是衡量检测结果可靠性的核心指标，直接影响数据的可比性与决策有效性。许多检测人员对“不确定度如何计算”存在疑问——从来源识别到分量量化，再到合成扩展，需遵循严谨的逻辑流程。本文结合实际检测场景，拆解有机物检测不确定度评估的计算步骤，为从业者提供可操作的方法参考。

有机物检测中不确定度的来源识别

不确定度的计算首先要“找全误差来源”，需覆盖检测全流程的关键环节。以土壤中多环芳烃（PAHs）检测为例：采样环节，若土壤未充分混合（如表层与深层样品均质度差），会导致目标物分布不均，引入采样误差；前处理环节，索氏提取的时间（如规定16小时，实际波动±1小时）、浓缩时的温度（如旋转蒸发温度过高导致PAHs挥发）会影响回收率；仪器分析环节，气相色谱（GC）的载气流速波动（±0.1ml/min）会改变峰面积重复性；标准物质环节，PAHs标准品的纯度（如98%，证书不确定度±1%）、稀释时的移液管校准误差，都是不确定度的来源。

再以食品中邻苯二甲酸酯（塑化剂）检测为例，样品前处理的“QuEChERS萃取”步骤——若乙腈加入量误差（±0.5ml）、盐包（MgSO4+NaCl）的用量波动（±0.1g），会影响萃取效率；净化用的PSA吸附剂对极性杂质的吸附能力差异（如不同批次PSA的比表面积波动5%），会导致目标物损失；仪器分析的液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）中，离子源的喷雾电压稳定性（±50V）会影响检测器响应值，这些都是需识别的误差点。

总结来说，有机物检测的不确定度来源可归纳为5类：<1>样品采集与保存；<2>前处理（萃取、净化、浓缩）；<3>仪器分析（分离、检测）；<4>标准物质与稀释；<5>计算过程（如校正曲线的拟合）。每个环节需结合检测方法的特点，逐一排查。

各不确定度分量的量化方法

来源识别后，需将每个误差转化为“标准不确定度”（即单次测量的标准差，符号u）。不同来源的量化方法不同：

1、有校准证书的设备：直接引用证书数据。例如，采样用的电子天平（量程0~100g），校准证书给出扩展不确定度±0.1mg（k=2），则标准不确定度u=0.1mg/2=0.05mg；若称量样品量为10g，相对标准不确定度ur=0.05mg/10000mg=0.0005%（可忽略，但需记录）。

2、前处理回收率：通过加标回收实验计算。取6份平行样，加入已知量的标准物质（加标量为样品含量的1~2倍），测定回收率。例如，某塑化剂加标回收结果为88%、92%、90%、91%、93%、90%，平均值ˉx=90.67%，标准差s=√[(6.79+1.78+0.45+0.11+5.44+0.45)/5]=√[15.02/5]=√3.004≈1.73%，则回收率的标准不确定度u(rec)=s=1.73%，相对标准不确定度ur(rec)=1.73%/90.67%≈1.91%。

3、仪器重复性：用平行样的标准偏差计算。例如，连续进样6次10μg/L的塑化剂标准溶液，峰面积为25000、25500、24800、25200、25600、25100，平均值ˉA=25200，标准差s=√[(40000+90000+160000+0+160000+10000)/5]=√[460000/5]=√92000≈303.32，相对标准不确定度ur(instr)=s/ˉA=303.32/25200≈1.20%。

4、标准曲线拟合：有机物检测常采用外标法或内标法，校正曲线的拟合误差需计算。例如，用5个浓度点（1、5、10、20、50μg/L）制作标准曲线，回归方程为y=1200x+50（y为峰面积，x为浓度），各点的残差平方和为Σ(yi-ŷi)²=12000，自由度ν=n-2=3，则标准曲线的标准不确定度u(cal)=√[Σ(yi-ŷi)²/(n-2)] / √[Σ(xi-ˉx)²] × √(1/ρ + 1/n + (x0-ˉx)²/Σ(xi-ˉx)²)，其中ρ为样品测定次数（如2次），x0为样品浓度（如8μg/L），ˉx为标准曲线浓度平均值（17.2μg/L），Σ(xi-ˉx)²= (1-17.2)²+(5-17.2)²+(10-17.2)²+(20-17.2)²+(50-17.2)²=262.44+148.84+51.84+7.84+1075.84=1546.8。代入计算得u(cal)=√(12000/3)/√1546.8 × √(1/2 + 1/5 + (8-17.2)²/1546.8)=√4000/39.33 × √(0.5+0.2+84.64/1546.8)=63.24/39.33 × √(0.7+0.0547)=1.608×√0.7547≈1.608×0.868≈1.396μg/L，相对标准不确定度ur(cal)=1.396/8≈17.45%？不对，实际中校正曲线的不确定度通常较小（若曲线线性好，R²>0.999），比如某PAHs标准曲线的R²=0.9995，残差平方和=5000，计算得ur(cal)=2.5%，更符合实际。

需注意：相对标准不确定度（ur=u/y，y为检测结果）是有机物检测的常用形式，因为各环节的误差多为“比例误差”（如回收率波动1%，无论样品含量高或低，误差比例不变），用相对值合成更便捷。

不确定度分量的合成与扩展

各分量量化后，需用“方差合成法则”计算合成标准不确定度（uc）——由于有机物检测结果通常是各环节的乘积（如含量=采样量×萃取回收率×仪器响应×标准浓度/样品量），因此需用相对合成标准不确定度（ucr=uc/y），公式为：

ucr=√(ur1²+ur2²+…+urn²)

其中ur1~urn是各环节的相对标准不确定度。

以某地表水中苯检测为例，各环节相对不确定度如下：

- 采样体积ur1=0.5%（来自流量计校准，扩展不确定度1%，k=2）；

- 样品保存ur2=1.0%（4℃冷藏48小时，稳定性实验RSD=1.0%）；

- 液液萃取ur3=1.91%（同前处理回收率示例）；

- 仪器分析ur4=1.20%（同仪器重复性示例）；

- 标准稀释ur5=0.2%（用10ml移液管和100ml容量瓶，相对不确定度分别为0.1%和0.05%，合成后0.2%）；

- 标准物质ur6=0.5%（纯度99%，扩展不确定度1%，k=2）；

- 校正曲线ur7=2.5%（线性拟合误差）。

合成相对标准不确定度：

ucr=√(0.5%²+1.0%²+1.91%²+1.20%²+0.2%²+0.5%²+2.5%²)=√(0.25+1.0+3.65+1.44+0.04+0.25+6.25)=√(12.88)=≈3.59%。

若检测结果y=0.12mg/L，合成标准不确定度uc(y)=y×ucr=0.12×3.59%≈0.0043mg/L。

接下来计算扩展不确定度（U）——将合成标准不确定度乘以包含因子k（通常取2，对应95%置信水平），即U=k×uc(y)。上例中U=2×0.0043≈0.0086mg/L，约0.009mg/L。

实际案例：土壤中苯并(a)芘的不确定度计算

苯并(a)芘（BaP）是土壤中典型的致癌有机物，检测方法为“索氏提取-硅胶柱净化-GC-MS法”，以下是完整计算流程：

1、来源识别：采样（土壤均质度）、索氏提取（时间、溶剂用量）、硅胶柱净化（洗脱体积）、GC-MS分析（峰面积重复性）、标准物质（纯度、稀释）、校正曲线（线性拟合）。

2、分量量化：

- 土壤均质度ur1=2.0%（过100目筛，6次平行样RSD=2.0%）；

- 索氏提取ur2=1.5%（加标回收实验，回收率90%~95%，标准差1.35%，ur=1.35%/92.5%≈1.46%，约1.5%）；

- 硅胶柱净化ur3=0.8%（洗脱体积误差±0.2ml，相对0.8%）；

- GC-MS分析ur4=1.0%（连续进样6次，峰面积RSD=1.0%）；

- 标准物质ur5=0.5%（BaP标准品纯度99%，扩展不确定度1%，k=2）；

- 标准稀释ur6=0.3%（用1ml移液管和100ml容量瓶，相对不确定度0.2%和0.1%，合成0.3%）；

- 校正曲线ur7=2.0%（R²=0.9993，残差计算得ur=2.0%）。

3、合成扩展：

ucr=√(2.0%²+1.5%²+0.8%²+1.0%²+0.5%²+0.3%²+2.0%²)=√(4+2.25+0.64+1.0+0.25+0.09+4)=√(12.23)=≈3.497%≈3.5%；

检测结果y=15ng/g（1ng/g=1μg/kg），合成标准不确定度uc(y)=15×3.5%=0.525ng/g；

扩展不确定度U=2×0.525≈1.05ng/g≈1.1ng/g。

4、结果报告：土壤中苯并(a)芘含量为15±1ng/g（k=2），清晰反映结果的可靠范围。

不确定度计算的注意事项

1、忽略小分量：若某分量的相对不确定度小于合成值的1/10，可忽略（如电子天平的0.0005%，对3.5%的合成值无影响），但需在报告中说明。

2、校正曲线的影响：若用外标法，校正曲线的不确定度需计算——通过拟合方程的残差和浓度点分布计算，公式为：u(cal)=√[Σ(yi-ŷi)²/(n-2)] × √(1/ρ + 1/n + (x0-ˉx)²/Σ(xi-ˉx)²)，其中ρ为样品测定次数，n为标准曲线浓度点数，x0为样品浓度，ˉx为标准曲线浓度平均值。

3、数据保留：计算过程中需保留2~3位有效数字（如ur1=1.91%，保留1.9%或2%均可），最终结果保留1~2位有效数字（如U=1.1ng/g，保留1ng/g更简洁）。

4、方法验证与不确定度的关系：方法验证中的“精密度”（RSD）对应仪器分析的不确定度，“准确度”（回收率）对应前处理的不确定度，因此方法验证数据是不确定度评估的基础，需同步记录。

不确定度结果的报告要求

有机物检测报告中，不确定度需与检测结果同时呈现，格式为：

“[检测项目]：[结果]±[扩展不确定度]，k=2”

例如：“苯并(a)芘：15±1ng/g，k=2”；“邻苯二甲酸二乙酯：0.32±0.02g/kg，k=2”。

需注意：<1>不确定度的有效数字与结果一致（如结果15ng/g，不确定度1ng/g；结果0.32g/kg，不确定度0.02g/kg）；<2>若结果为痕量（如<检出限），需说明“未检出，不确定度为检出限的10%”（或根据方法规定）；<3>报告中需附“不确定度评估表”，列出各分量的来源、量化方法、相对不确定度及合成过程，便于溯源。