top-dowm方法评估不确定度的案例

top-dowm方法评估不确定度的案例

摘要：采用GB 5009.5-2016中凯氏定氮法检测小麦粉中蛋白质的含量，利用质量控制数据采用自上而下（top-dowm）方法评估蛋白质的测量不确定度。其中期间精密度不确定度分量来源于对质量控制样品（QCS）的分析，偏倚不确定度分量来源于对能力验证（PT）数据的分析，小麦粉中蛋白质一般含量水平的扩展相对标准不确定度为4.2%，该方法经济有效，可应用于结果值为数值的一般化学分析中。

关键词：计量学； 不确定度；蛋白质；自上而下；质量控制

1 引言

目前，很多重要决策的制定以化学定量分析结果为依据^[1]，实验室对报告的结果应给予足够的信心。测量不确定度表征测量结果在一定概率下的分散程度^[2]，对解释结果十分重要，是衡量测量结果质量的重要指标。ISO 17025-2017《检测和校准实验室能力的通用要求》要求实验室应评定测量和测试结果的不确定度。ISO等发布的测量不确定度表示指南（GUM）是一个被广泛采用的评估方法^[3]，但在检测领域的应用中还存在一些问题^[4]，例如把计算公式当做测量模型、缺乏应有的修正因子或修正值、重复性精密度评价方法变异不充分。本文在精密度条件下，基于内部质量控制数据和能力验证的结果^[5]，利用自上而下（top-dowm）技术，合并两者带来的累积效应，评估小麦粉中蛋白质的测量不确定度。为化学检测领域测量不确定度的评估引入另一种思路^[6]。

2 材料与方法

详见GB 5009.5-2016中凯氏定氮法，在此不再赘述。

3 不确定度评定

3.1 质量控制样品（QCS）分析

QCS使用经过充分混匀过筛后的小麦粉样品。使用“2”章节的检测方法，在期间精密度测量条件下，与日常样品同批次检测，每次插入1个QCS。期间精密度变化的条件包括：操作者、药品批次、室内温湿度、同型号的两台凯氏定氮仪。两个月共获得20组检测数据。见表1

计算表1中测量值的平均值`x=10.88g/100g，根据贝塞尔公式计算标准差s_R￠=0.21g/100g。

3.2 正态性和独立性检验（AD检验）

利用下式对表1中数据进行正态性和独立性检验。统计得出A2* s=0.446，A2* MR=0.480，均小于1，表明在99%概率下表1中的数据接受测量系统的正态性和独立性假设。


式中：

P_i——第个正态概率值，由第i个w_i值按正态概率值P_i表求得；

A2* s中的w_i=w_i,s=(x_i—`x _i)/s_R￠；

A2* MR中的 w_i=w_i,MR=(x_i-`x_i)/s_MR; s_MR为基于移动极差计算的标准差，MR_i=|x_i+1—x_i|，s_MR=∑MR_i/n/1.128.

表2中AD=（2i-1）[ln(P_i)+ln(1-P_m+1-i)]

3.3 期间精密度不确定分量评定

因为QCS的测量涵盖了蛋白质分析的全过程，在上述检测水平下u_R￠等于表1测量值的期间精密度标准差s_R￠，即u_R￠= s_R￠=0.21g/100g，相对标准不确定度u_R￠，rel等于u_R￠除以测量值的平均值`x，即u<sub>R￠，rel</sub>= u<sub>R￠</sub>/ `x =0.21/10.88=1.9%。

3.4 利用能力验证结果评定偏倚不确定度分量

实验室参加了辽宁省检验检疫科学技术研究院组织的“小麦粉中蛋白质、脂肪能力验证计划”。参与蛋白质结果统计的实验室数量l=43，蛋白质能力验证指定值ARV=13.2g/100g，以稳健平均值表示；稳健标准差s*=0.26g/100g，实验室的报告值为x=13.3g/100g。偏倚的不确定度u_b受两个分量的影响，即偏倚本身和指定值ARV引入的不确定度。

相对偏倚：

b_rel=（x-ARV）/ARV

=（13.3-13.2）/13.2

=0.76%；

指定值ARV引入的不确定度分量：


3.5 合成标准不确定度

从“3.3”章节得到由期间精密度引入的不确定度分量u_R￠，rel=1.9%，从“3.4”章节得到出由偏倚引入的不确定度分量u_b,rel =0.85%。按照下式计算合成标准不确定度：

4 讨论

对小麦粉中蛋白质检测造成影响的因素非常多，包括称量、温度、滴定体积、终点判定、基准物质、操作的随机效应等。利用GUM法去分析每个影响量引入的不确定度分量，非常繁琐，容易遗漏和重叠分量^[7]，且每个影响量之间的相关性计算复杂。Top-down方法利用日常内部质量控制、能力验证、标准物质的数据，且能对日常质量控制的有效性进行评估，在实验室中更容易得到推广应用。

[参考文献]

[1] 中国合格评定国家认可委员会.CNAS-GL006：2019 化学分析中不确定的评估指南

[2] 国家质量监督检验检疫总局.JJF 1001-2011 通用计量术语与定义.中国质检出版社，2012.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/Z 22553-2010 利用重复性、再现性和正确度的估计值评估测量不确定度指南. 中国标准出版社，2010.

[4] 胡巅，贾松树，李素芳，等. 测量不确定度评定在检测领域应用中的若干问题[J].河南预防医学杂质，2017,28(8):641-642.

[5] 中国国家认证认可监督管理委员会. RB/T 141-2018 化学检测领域测量不确定度评定利用质量控制和方法确认数据评定不确定度.

[6] 周从亚,张元元,杨丽,等.“自上而下”法评定液质联用技术检测人血浆中EVT201浓度的不确定度[J].中国临床药理学杂志，2019,35(17) :1912-1916.

[7] 唐军，张慧.Top-down控制图法评定中低合金钢中铬含量测量不确定度[J].计测技术，2017,37(ZL):329-333.