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有效数字规则在环境监测中的应用
【摘 要】：在环境监测分析中,正确记录测量数据及正确进行计算是获得准确监测结果的重要方面,本文结合实际工作详细论述环境监测中有效数字如何应用.
【关键词】：有效数字；环境监测；应用
环境监测是环境管理的基本手段和信息基础,环境监测数据是衡量和反映环境管理水平的尺子.新的《中华人民共和国环境保护法》明确规定：“监测机构及其负责人对监测数据的真实性和准确性负责.”,可见为各级政府环境保护主管部门掌握和评价环境质量状况并预测其发展趋势,进行环境管理和环境执法提供的监测数据要真实,它的准确性对于环境监测管理更有着非常重要的意义.
在环境监测分析中,为了得到准确的结果,不仅要通过正确地进行化验操作来准确地测定各种数据,还要正确地进行记录测量数据和正确进行计算,这是获得准确监测结果另一重要方面,否则,即使实验做得再完美,由于错误的记录和计算也不可能报出准确可靠的结果.为此,结合实际工作谈谈环境监测中有效数字的应用.
1.分析中原始数据的记录
实验分析中原始数据必须是用眼睛直接观察到的,记录时一要真实记录用眼睛能直接观察到的数据,二是正确记录有效数字的位数,三是正确记录数据的单位.
1.1原始数据必须是用眼睛直接观测到的,不能是计算出来的
化学分析法在重量分析时,用分析天平称量,因试剂不能直接放在天平盘上,需放在容器中,所以称量的原始数据包括称量器具的重量和试剂的重量；在容量滴定分析时,无论初读数是否是0,原始数据都包括初读数与终读数.
1.2正确记录有效数字的位数
在环境监测分析工作中,涉及监测结果的有效数字的原始数据多为称量的重量、量取或消耗的体积、吸光值等,记录这些原始数据时,要根据分析方法及仪器的准确度等来确定数据的有效数字.记录测定数据时,只保留一位可疑数字,不得随意增添和删减,随意少记录或多记录一位,都不能客观地反应实际数据的准确度.
1.2.1天平
天平是定量分析工作中不可缺少的重要仪器,是获得可靠分析结果的保证.环境监测分析实验室常用的有分析天平、电子天平和托盘天平.在重量称量过程中用万分之一的分析天平时,有效数字可以记录到小数点后第四位,即能精确到0.0001克；电子天平是天平中最新发展的一类天平,称量快捷,使用方法简便,称量时需等天平的数值完全不会变时再读取完整数据.托盘天平精确度一般为0.1g或0.2g,称量数据记录到小数点后第二位.
1.2.2玻璃量器
用玻璃量器量取溶液时,不同量器有效数字的确定情况各不相同.
刻度移液管（分度吸管、刻度吸管）需保留到最小刻度的下一位,也就是要读到最小量程.滴定管和移液管（单标线吸管）都能准确测量溶液体积到0.01mL,数据记录到小数点后第二位.所以用50滴定管测定溶液体积,如测量体积大于10小于50,应记录为4为有效数字,例如写成20.21；小于10 ,应记录为3为有效数字,例如写成3.18 mL.当用25mL移液管移取溶液时,应记录为25.00mL；当用5mL吸取关系取溶液时,应记录为5.00mL.
容量瓶用于配制一定容量的溶液,一般保留4位有效数字,不能因为溶液超过或者没有达到刻度线而估算改变小数点后面的数字.例如当用250mL容量瓶配制溶液时,所配溶液体积应即为250.0mL；当用50mL容量瓶配制溶液时,应记录为50.00mL.
量筒、量杯读数到小数点后一位用小量筒时,数据记录到小数点后第一位,用大量筒时,数据记录到个位.用于粗略测量溶液浓度的比色管,数据记录到个位.
1.2.3光学分析法
分光光度法测量时,吸光值记录到小数点后三位.
1.3有效数字与单位的量无关
计算浓度单位需改变时,其有效数字位数不变.溶液浓度可分为质量- 体积浓度、质量浓度（如质量百分浓度）和体积浓度（如摩尔浓度、当量浓度）,原始记录浓度单位通常用质量-体积浓度（g/m3、mg/L、μg/L）或质量百分比浓度(mg/kg 、g/g) ,而不用体积浓度,表示浓度的PPm、PPb、PPt和质量分数也不用于记录. 例如：测量一样品汞的含量12.00μg/L,若以mg/L为单位,应记作0.1200mg/L,保留4位有效数字；再如：某样品中汞的浓度为0.06 mg/L,若以微克每升为单位时应记作0.6×102μg/L.
2、监测结果有效数字的确定
有效数字在进行具体运算时数值的修约计算按照《数值修约规则》（GB/T8170）进行,不再赘述.在这里,只谈谈环境监测中监测结果有效数字运算过程中规律性的内容.
在环境监测分析中,结果往往通常不是由一步测量直接得到的,而是由多个测量值通过计算所确定,每步测量都有误差,这些误差最后都要引入分析结果,因此,计算结果的误差必须与测量误差对结果的影响相一致.
2.1 分析时若方法规定用比色管或容量瓶量取体积,此体积值在监测结果计算中当常数看待.
2.2 监测结果的有效数字所能达到的数位,不能超过方法最低检出浓度的有效数字所能达到的位数.
例如：纳氏试剂分光光度法测定水中氨氮,方法最低检出浓度为0.025mg/L,用此法测定结果的有效数字达到的位数不能超过小数点后第三位；酚二磺酸法测定水中硝酸盐氮,方法最低检出浓度为0.02mg/L,用此法测定结果的有效数字达到的位数不能超过小数点后第二位.
2.3依据有效数字运算规则,确定结果的有效数字
2.3.1重量分析法
重量分析法中,监测结果的有效数字一般取决于两次称量差值的有效数字.
2.3.2容量分析法
容量滴定分析中,监测结果的有效数字一般取决于所消耗的标准溶液量的有效数字或者是标准溶液消耗量差值的有效数字.
2.3.3分光光度法
分光光度法分析中,监测结果的有效数字一般取决于样品吸光度值的有效数字.回归方程斜率取三位有效数字参加运算.
例如：取50.00 mL水样分析硝酸盐氮时,吸光值为0.021,斜率b等于0.00899吸光度/微克,则浓度（mg/L） 等于（0.021/0.00899）/50.00,从计算过程判断分析结果应为二位有效数字,即0.047mg/L,但因该方法最低检出浓度为0.02 mg/L,故正确地分析结果应是0.05 mg/L.当取5.00 mL水样分析时,吸光值为0.588,用同一曲线,斜率不变,则浓度（mg/L） 等于（0.588/0.00899）/5.00,分析结果应为三位有效数字,即13.1 mg/L.
2.3.4依据国家标准（地方）的标准值确定数据有效数字.
监测值与国家标准（地方）的标准值比较时,监测数据的数字位数多余标准值的位数,应据此做出超标与否的判定.例如国家标准给出标准值8 mg/L,而监测数据8.23 mg/L,若判为超标,显然判定者把标准值理解为8.00 mg/L,这样就出现了因有效数字位数而引起执行标准的宽严问题,应予以注意.
3、应注意其他问题
3.1正确选用量器
用玻璃量器量取溶液或样品时,管径越粗,其精确度越小,实验中应根据所取溶液或样品体积,尽量选用能一次量取的最小规格的器量.
3.2正确确定样品用量
在日常分析中,当样品中待测物质浓度大需稀释后分析,若用分光光度法,应使稀释后的样品吸光值达到三位有效数字,测定结果才准确；若用容量法分析,应是所消耗的标准溶液体积达四位有效数字.例如：用纳氏试剂分光光度法测定水中氨氮,样品稀释100倍后取水样50.00 mL测定,吸光值为0.008,这样计算出的样品浓度只有一位有效数字,显然是不合理的.
3.3注意分析过程中的误差
在整个分析过程中每一步骤的误差都应小于方法的准确度可达到的误差,分析结果的准确度不得高于分析过程中各步骤中误差最大的哪一步的准确度.
例如,在分析样品时,取样误差为1%,吸光度误差为10%,则分析结果的准确度不会高于比色中吸光度的准确度.
3.4注意标准溶液消耗量
容量滴定分析中,标准溶液的消耗量若是以差值的量参加计算,应使滴定差值保持的有效数字位数良好,以保证结果的准确度.
例如,重铬酸钾法测定化学需用量,样品浓度高稀释后分析,若空白消耗硫酸亚铁铵标准溶液Ｖ0＝26.60ｍＬ,某甲将样品稀释后滴定消耗硫酸亚铁铵标准溶液Ｖ1＝16.60ｍＬ,Ｖ0与Ｖ1的差值为10.00,则结果可取四位有效数字；某乙将样品比甲稀释倍数大,滴定时消耗硫酸亚铁铵标准溶液Ｖ2＝18.00ｍＬ,Ｖ0与Ｖ2的差值为8.60,则结果可取三位有效数字.
3.5注意样品稀释后取样
样品稀释后取样需根据稀释过程中所用量器确定取样量的有效数字参加计算.
总结
在环境监测分析工作中,不但要正确表达数值的大小,而且还要正确表达数据的准确程度,对有效数字的正确理解和应用是一个不容忽视的重要问题.
【参考文献】：
化学工业出版社,环境水质监测质量保证手册
化学工业出版社,化验员读本
作者简介：姓名：王爱春（1970.05--）；性别：女,籍贯：黑龙江省哈尔滨市人,学历：本科,毕业于潍坊学院；现有职称：中级工程师；研究方向：环境监测质量管理；
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