一、水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的計(jì)量工作
環(huán)境監(jiān)測(cè)是采用科學(xué)的計(jì)量檢測(cè)裝備、儀器及嚴(yán)格的計(jì)量管理方法對(duì)環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，以獲取即時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)用于環(huán)境監(jiān)督、管理的過(guò)程。因此，計(jì)量工作是環(huán)境監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，能夠?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)提供技術(shù)保證，計(jì)量的支撐作用如圖1所示。
圖1 計(jì)量的支撐作用
計(jì)量工作主要通過(guò)技術(shù)規(guī)范制定、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制等方面為水質(zhì)環(huán)境在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)的“真、準(zhǔn)、全”提供溯源支撐作用。通過(guò)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀器計(jì)量技術(shù)規(guī)范制定，統(tǒng)一規(guī)范水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀器測(cè)量技術(shù)和核查方法，確保在線監(jiān)測(cè)結(jié)果能夠真實(shí)、全面反映水體質(zhì)量，通過(guò)研制種類全、特性量多的綜合類標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，保證水質(zhì)在線儀器計(jì)量工作和日常維護(hù)工作能順利實(shí)施。除目前已經(jīng)發(fā)布的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)儀器計(jì)量技術(shù)規(guī)范外，在線濁度水質(zhì)在線分析儀、在線氰化物水質(zhì)在線分析儀、高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)在線分析儀等技術(shù)規(guī)范也已形成報(bào)批稿待發(fā)布。
標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是技術(shù)規(guī)范順利有效實(shí)施的重要支撐，針對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域關(guān)注的水質(zhì)技術(shù)參數(shù)，以中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院為代表的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制單位，可以提供包括pH、電導(dǎo)、濁度、TOC、總磷、總氮、化學(xué)需氧量等多類國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，不僅能夠滿足現(xiàn)有計(jì)量技術(shù)規(guī)范的要求，還可以支撐環(huán)境監(jiān)測(cè)部門自身行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施。表1列出了我國(guó)目前在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)參數(shù)及與其對(duì)應(yīng)的現(xiàn)有計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。
表1 現(xiàn)有國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范和配套標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)
環(huán)境監(jiān)測(cè)工作與計(jì)量領(lǐng)域的合作也愈發(fā)密切。2019年中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站與中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，共同健全我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)量值傳遞溯源體系，提高環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，建立“國(guó)家計(jì)量院-國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)”合作平臺(tái)，加快推進(jìn)我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)溯源至國(guó)家計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)。
二、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量校準(zhǔn)技術(shù)探討
2019年，生態(tài)環(huán)境部組織對(duì)珠三角地區(qū)和渤海地區(qū)開展了排污單位自行監(jiān)測(cè)質(zhì)量專項(xiàng)檢查、抽測(cè)和比對(duì)監(jiān)測(cè)。在通報(bào)結(jié)果中，檢查企業(yè)數(shù)量540家，包括珠三角地區(qū)300家，渤海地區(qū)240家，其中不規(guī)范企業(yè)有51家；抽測(cè)企業(yè)數(shù)量360家，其中抽測(cè)廢水排放企業(yè)240家，超標(biāo)排放企業(yè)達(dá)到33家；對(duì)229家企業(yè)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行比對(duì)，不合格企業(yè)高達(dá)159家。此次比對(duì)監(jiān)測(cè)反映出監(jiān)測(cè)站在運(yùn)行過(guò)程中存在諸多問(wèn)題，特別是在線水質(zhì)分析儀器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)問(wèn)題，以及如何保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的“真、準(zhǔn)、全”。
在線水質(zhì)分析儀器的定期校準(zhǔn)是確保水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠的關(guān)鍵。該項(xiàng)工作主要由技術(shù)人員定期配制適宜濃度的水質(zhì)工作標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，對(duì)在線水質(zhì)分析儀器進(jìn)行校準(zhǔn)。二者緊密相關(guān)，如果說(shuō)在線水質(zhì)分析儀器是衡量環(huán)境水體質(zhì)量的“天平”，水質(zhì)工作標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)就是保證“天平”穩(wěn)定可靠的“砝碼”。為保證水質(zhì)工作標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的特性量準(zhǔn)確，需要水質(zhì)工作標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均在運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)配制。選擇不確定度滿足要求的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液導(dǎo)入在線水質(zhì)分析儀器，進(jìn)行相應(yīng)計(jì)量性能指標(biāo)的校準(zhǔn)。
水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器的現(xiàn)有溯源方式主要有以下兩種:
第一種溯源方式是溯源到國(guó)家有證溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。在線水質(zhì)分析儀器校準(zhǔn)規(guī)范中要求計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)配備使用國(guó)家有證溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)上述儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，優(yōu)點(diǎn)是溯源路線清晰、數(shù)據(jù)可靠性高。但實(shí)際校準(zhǔn)過(guò)程中，國(guó)家有證溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)主要為安瓿瓶封裝，規(guī)格為15mL，在線水質(zhì)分析儀器的進(jìn)樣過(guò)程包括清洗、填充等步驟，15mL容量?jī)H能完成一次進(jìn)樣測(cè)量；一次完整的檢定/校準(zhǔn)，包括示值誤差、穩(wěn)定性等計(jì)量指標(biāo)，需要30次進(jìn)樣，每次進(jìn)樣分析時(shí)間一般為10分鐘；在整個(gè)檢定/校準(zhǔn)工作中，每次進(jìn)樣都需要更換進(jìn)樣瓶，24小時(shí)穩(wěn)定性等計(jì)量指標(biāo)需要每個(gè)小時(shí)更換一次進(jìn)樣瓶，直接導(dǎo)致人力成本及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的成本很大。而且同樣類型的在線水質(zhì)分析儀器，不同生產(chǎn)廠家的量程不完全相同，根據(jù)計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范要求，需要選擇適宜的濃度進(jìn)行校準(zhǔn)，實(shí)際工作中如果沒有濃度匹配的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液，校準(zhǔn)工作可能就會(huì)無(wú)法實(shí)施。因此，使用國(guó)家有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液對(duì)水質(zhì)在線分析儀器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)時(shí)，在實(shí)際工作中局限性很大。
第二種溯源方式是采用純品標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配制不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液，帶入現(xiàn)場(chǎng)對(duì)分析儀進(jìn)行檢定/校準(zhǔn)工作。水質(zhì)在線分析儀器現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)時(shí)，多數(shù)采用此路線進(jìn)行溯源，優(yōu)點(diǎn)是工作標(biāo)準(zhǔn)溶液配置量充足，每個(gè)檢定濃度溶液一般配制1000mL，現(xiàn)場(chǎng)更換溶液次數(shù)較少，操作方便。然而，該路線的溯源性保證相當(dāng)困難，以JJG1012-2019為例說(shuō)明，在規(guī)程附錄A中指出，現(xiàn)場(chǎng)配制標(biāo)準(zhǔn)溶液要有溯源有效性驗(yàn)證，需要將配制溶液在一臺(tái)穩(wěn)定的分析儀上測(cè)量，與有證二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證，測(cè)量誤差的絕對(duì)值小于不確定度的平方和根。通常溯源有效性的證明工作均在實(shí)驗(yàn)室中完成，實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境條件穩(wěn)定，溶液配制過(guò)程有保證、結(jié)果可靠；而在實(shí)際的水質(zhì)在線分析儀器現(xiàn)場(chǎng)檢定/校準(zhǔn)工作中，由于低濃度溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不易保存，需要現(xiàn)配現(xiàn)用，通常采取在實(shí)驗(yàn)室配制高濃度母液，母液帶到現(xiàn)場(chǎng)后在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室稀釋至需要的濃度的方式。但實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)往往實(shí)驗(yàn)條件較差，現(xiàn)場(chǎng)配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的特性量值通常不能滿足溯源有效性驗(yàn)證。
針對(duì)上述溯源性問(wèn)題，在國(guó)家NQI重大研發(fā)計(jì)劃支持下，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院與江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院研制了動(dòng)態(tài)自動(dòng)稀釋標(biāo)準(zhǔn)裝置(見圖2)，可以將高濃度的國(guó)家有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，在校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)該裝置用不同分配比來(lái)稀釋得到目標(biāo)濃度工作標(biāo)準(zhǔn)溶液。工作標(biāo)準(zhǔn)溶液與水質(zhì)在線分析儀器連接運(yùn)行，按照檢定/校準(zhǔn)規(guī)范要求，完成對(duì)水質(zhì)在線分析儀的現(xiàn)場(chǎng)檢定/校準(zhǔn)工作。該裝置避免了傳統(tǒng)溯源路線的缺陷，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)溶液的現(xiàn)場(chǎng)配制，同時(shí)減輕技術(shù)人員工作量，減少人工誤差的產(chǎn)生和人為干擾因素的影響。該裝置可通過(guò)重量—容量法溯源至國(guó)家基準(zhǔn)，溶液配制誤差、不確定度可滿足各類技術(shù)規(guī)范需求，保證檢定/校準(zhǔn)規(guī)范的執(zhí)行與實(shí)施，為實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的 “真、準(zhǔn)、全”提供計(jì)量支撐。
圖2 動(dòng)態(tài)自動(dòng)稀釋標(biāo)準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)流程與實(shí)物
三、展望
在“十四五”規(guī)劃中，生態(tài)環(huán)境部對(duì)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的建設(shè)和應(yīng)用將提出新的要求，環(huán)境監(jiān)測(cè)工作仍堅(jiān)持以環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)為核心，同時(shí)將環(huán)境質(zhì)量與污染源監(jiān)測(cè)有機(jī)結(jié)合，預(yù)計(jì)全國(guó)地表水監(jiān)測(cè)斷面將增加至20000個(gè)。從水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的數(shù)量增加，到環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的質(zhì)量提升，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)“真、準(zhǔn)、全”的目標(biāo)，需要基層環(huán)境監(jiān)測(cè)工作能夠公正、科學(xué)、準(zhǔn)確地開展，需要日常計(jì)量溯源工作高效、全面的支撐?，F(xiàn)階段水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域計(jì)量技術(shù)規(guī)范實(shí)施、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制應(yīng)用以及計(jì)量裝置配套開發(fā)等工作仍有改進(jìn)完善的空間，如何更好地滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中的計(jì)量溯源需求，值得我們進(jìn)一步探討和解決。
項(xiàng)目名稱:食品、環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)儀器與方法的計(jì)量溯源技術(shù)研究
所屬專項(xiàng):國(guó)家質(zhì)量基礎(chǔ)的共性技術(shù)研究與應(yīng)用(NQI)
項(xiàng)目編號(hào):2018YFF0212800
本文刊發(fā)于《中國(guó)計(jì)量》雜志2020年第8期 作者：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院 馬康、江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院 王以堃
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