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天平的使用 | 影响测量不确定度的八大因素

在实验中,测量不确定度表示测量值所在的范围以及相关的置信水平,其对结果的重复性和可比性有很大影响。


测量不确定度在依赖于精度的应用中至关重要,例如分析小样品量时。

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《称重过程中的测量不确定度:需要注意的8大影响因素》白皮书阐述了测量不确定度的重要性,以及用户在称重过程中可采取哪些措施来降低测量的不确定度。

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称重过程中的测量不确定度会影响实验数据的重复性

《自然》(Nature)杂志的一项调查结果显示超过70%的受访研究人员曾尝试重复其他科学家发表的实验却以失败告终,超过一半的受访研究人员还表示无法重复自己做过的实验。造成这种情况的原因有很多,其中包括不规范的实验流程文档。测量不确定度是另一个重要但经常被忽略的因素,尤其是在称重方面。

英国皇家认可委员会(UKAS)的评估经理John Greenwood说:“当我们进行测量时,我们得到了其价值的估计值。测量的估计值会受到各种误差和因素的影响。”测量不确定度的作用是提供估计值有多准确的概念。研究人员无法量化的任何误差都必须归因于测量不确定性。一个更为复杂的问题是校准过程也存在测量不确定性。

注:UKAS是英国认证机构,负责评估机构团体提供认证、检验、测试和校准服务的能力。

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确定不确定度

导致测量不确定度的因素是多方面的,可分为四大类:所用设备、设备使用的环境、称重人员、以及正在使用的工作流程
考虑到所有这些因素,在称重过程中要精确地确定不确定度几乎是不可能的,因此我们必须对测量结果的不确定度大小进行估计或预测。
有一个公认的标准公式用于计算预测的测量不确定度。
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测量不确定度的重要性

测量不确定度在依赖于精度的应用中至关重要,比如说在分析非常少量的样品时,或者在分析工作中不能有高度误差的情况下。
以石油和天然气行业为例,这些化石燃料在运营商之间转移时(例如从铁路转移到油罐卡车中),测量需要尽可能准确,因为每次所有权的变更都涉及到金融交易。误差和过大的测量不确定性可能相当于数百万美元的差异。
在制药和医疗行业,测量的质量受到法律监管,因此仪器的测量不确定度将得到验证。这意味着终端用户,只要他们用仪器做已获得验证的应用,就可以直接读取仪器显示的测试结果,准确可靠。
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赛多利斯现在提供了一种软件功能(即QApp)作为Cubis II 高端天平系列QApps医药包的一部分,用于确定测量不确定度。


该QApp采用EURAMET(欧洲国家计量院协会)校准指南第18号中规定的公式和流程来计算测量不确定度:非自动称重仪器校准指南。对于特定的设备,天平用户可以从赛多利斯等服务供应商进行现场校准后所颁发的校准证书中获得“使用中的不确定度”的相应公式,公式的参数可输入到该QApp中。

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降低测量不确定度

无论测量的不确定度是如何获得的,用户都可以在称重过程中采取很多措施来降低测量的不确定度。以下因素通常是使用天平时导致测量不确定度的主要因素,因此关注这些因素的用户将受益良多。

1

保持恒温

为了**程度地减小称重过程中的测量不确定度,温度是最重要的考虑因素之一,这主要是由于天平中电子元件对温度的高敏感性。

保持在**工作温度范围内使用天平或者对天平进行适当的校准对称重结果非常重要。还应注意,启动天平时,必须预热天平,天平所放位置周围环境温度的波动,避免样品与容器之间的温差。

2

避免天平受到气流影响

天平,尤其是高精度天平,如超微量天平,必须远离那些扰乱性气流。天平的防风罩对气流影响有一定帮助,但为了进一步减少气流问题,天平不应放置在门或打开的窗户、空调或加热通风口或计算机风扇的附近。也不应该放置在人群聚集的地方,因为人员的移动会产生气流。

3

将振动降至最低

对于高精度天平,需要一个特殊的称重台来隔离天平与地板和建筑物之间的振动。没有称重台的可以将天平放在一个尽可能位于最低楼层的房间以及放置在建筑物外缘(靠近墙体)房间的角落,**避免把天平放在有弹性的表面和振动的实验室仪器附近的位置,也不要放在人员聚集的地方。

4

保持水平

称重过程中最严重的不确定度来自未正确调平的天平。首次安装天平和移动天平后,都必须将天平调平,即使移动只是为了临时清洁工作台。

赛多利斯Cubis II系列天平快速的自动调平功能,助您避免繁琐的准备工作。

5

注意重力

电子天平不是测量质量而是测量重量。然后将其转换为天平上显示的质量。为了转换成质量,天平将其检测的重量除以重力加速度。当天平移动到另一楼层或完全移动到另一个地方时,天平也必须重新校正和调整,以适应重力的变化。

6

考虑密度的影响

要测得物体的真实质量,需要进行“浮力校正”,这对于准确测量而言是非常重要的步骤。空气密度会由于环境温度和湿度的差异而有所不同,并且会对称重产生影响,是计算时必须考虑在内的参数之一。

7

清理

确保称量盘、称量室和周围区域始终保持清洁是降低测量不确定度的关键。这不仅仅是指清理洒出物。即使是灰尘和脱落的毛发也会干扰天平的性能,并影响称重结果的准确性。

8

注意有问题的样品

某些类型的样品尤其难以准确称重。例如吸湿性物质会从空气中吸收水分并增加重量,具有蒸发特性的样品由于水分蒸发会导致天平读数持续下降,磁性物品会产生影响重量精度的力场,称量粉末时需注意静电等。


Summary

确定质量测量的测量不确定度是许多行业的众多科学家们必须解决的问题。计算这些值的方法包括从高精度计算(手动或借助赛多利斯天平软件完成)到有根据的猜测。尽管获得了测量不确定度,天平用户还要在称重过程中做很多事情来减少其结果中的不确定度。



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