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【AM-AN-22022A】標(biāo)準(zhǔn)粒子的平均直徑、擴(kuò)展不確定度、標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)
檢測(cè)樣品:AM標(biāo)粒
檢測(cè)項(xiàng)目:標(biāo)準(zhǔn)粒子粒徑
方案概述:標(biāo)準(zhǔn)粒子尺寸標(biāo)準(zhǔn)的完整表征應(yīng)包括平均直徑、平均直徑的不確定度、標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)。
關(guān)鍵詞:關(guān)鍵詞:標(biāo)準(zhǔn)粒子;平均直徑;不確定度;標(biāo)準(zhǔn)偏差;變異系數(shù)(CV)
標(biāo)準(zhǔn)粒子尺寸標(biāo)準(zhǔn)的完整表征應(yīng)包括平均直徑、平均直徑的不確定度、標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)。
一、平均直徑和不確定度
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)粒子的平均粒徑,我們平時(shí)用于口頭交流的整數(shù)值一般是指標(biāo)粒的標(biāo)稱直徑,而我們?cè)趯?shí)際檢測(cè)校驗(yàn)時(shí)關(guān)注的認(rèn)證平均直徑才是標(biāo)粒通過驗(yàn)證的真實(shí)的粒徑。對(duì)于DLS動(dòng)態(tài)光散射檢測(cè)技術(shù)來說,平均直徑又稱為光強(qiáng)徑、水合粒徑(流體動(dòng)力學(xué)直徑)。平均直徑表示如下:
X μm ± Y μm(K=2)
X是認(rèn)證平均直徑,Y是與平均直徑測(cè)量相關(guān)的不確定度,K為包含因子,K=2表示置信度為95%。
擴(kuò)展不確定度是確定測(cè)量結(jié)果區(qū)間的量,合理賦予被測(cè)量之值分布的大部分可望含于此區(qū)間。實(shí)際上擴(kuò)展不確定度(U)是由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度(Uc)的倍數(shù)(K)表示的測(cè)量不確定度。它是將合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度擴(kuò)展了k倍得到的,U=UcK。這里K值稱作包含因子,一般為2,有時(shí)為3,取決于被測(cè)量的重要性,效益和風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)K=2時(shí),置信水平為95%,當(dāng)k =3時(shí),置信水平為99%。
擴(kuò)展不確定度是針對(duì)平均直徑測(cè)量方法的,并且不傳達(dá)任何關(guān)于尺寸分布的信息。根據(jù)NIST技術(shù)說明1297,測(cè)量結(jié)果只有在附有其不確定度的定量說明時(shí)才是完整的。這種不確定度的測(cè)量是重要的,因?yàn)樗源_定的置信度確定了實(shí)際平均直徑所處的數(shù)值范圍。在不了解平均直徑測(cè)量不確定度的情況下,將其應(yīng)用或建立方法有潛在錯(cuò)誤信息上的風(fēng)險(xiǎn)。
為了進(jìn)一步說明了解不確定度的含義,我們以標(biāo)稱直徑為5.0 μm標(biāo)粒為例,其認(rèn)證平均直徑為5.003 μm,擴(kuò)展不確定度為±0.043 μm,K=2,這意味著標(biāo)準(zhǔn)粒子的平均直徑在4.960 μm ~ 5.046 μm之間的概率為95%。
二、標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)
擴(kuò)展不確定度描述的是實(shí)際測(cè)量值,標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)(CV)描述的是粒子粒徑大小的分布。標(biāo)準(zhǔn)偏差是一種度量數(shù)據(jù)分布的分散程度的標(biāo)準(zhǔn),用以衡量數(shù)據(jù)值偏離算術(shù)平均值的程度。標(biāo)準(zhǔn)偏差越小,這些值偏離平均值就越少。變異系數(shù)(CV)是標(biāo)準(zhǔn)偏差除以平均值以百分比表示的,換句話說,它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差占平均直徑的百分比,其等同于相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。CV值的不同可以比較相同直徑的顆粒不同批次的尺寸分布(均一性)。CV小于3%表明粒徑的平均直徑分布較窄,而CV大于3%則表明分布較廣。
如圖一,展示了兩種不同CV值且標(biāo)稱直徑均為5 μm的粒徑分布。藍(lán)線對(duì)應(yīng)的是具有CV大于5%的粒子正態(tài)高斯分布,而紫線具有非常狹窄的CV < 3%的分布。了解標(biāo)粒的尺寸分布是非常有必要的,因?yàn)樗梢允箍蛻暨x擇具有適合其儀器分辨率的標(biāo)粒。
三、結(jié)論
標(biāo)準(zhǔn)粒子尺寸標(biāo)準(zhǔn)的完整描述包括平均直徑、平均直徑的擴(kuò)展不確定度、標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)。此外,一個(gè)特征良好的粒徑標(biāo)準(zhǔn)對(duì)平均直徑提供了較高的置信度,擁有這種置信度對(duì)儀器校準(zhǔn)和驗(yàn)證非常重要。每一次測(cè)量,無論多么精確,都會(huì)有一定程度的不確定性。
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