二、取樣方式和樣本類型

1.樣本采集的目的

（1）采樣的基本目的　采樣的基本目的是從被檢的總體物料中取得具有代表性的樣品。通過對(duì)樣品檢測(cè),得到在允許誤差內(nèi)的數(shù)據(jù),從而求得被檢物料的某一或某些特征的平均值。

（2）采樣的具體目的　采樣的具體目的可分為以下幾個(gè)方面,目的不同,要求各異,采樣前必須明確具體的采樣目的和要求。

① 技術(shù)方面　確定原材料、半成品及成品的質(zhì)量；控制生產(chǎn)工藝過程；鑒定未知物；確定污染的性質(zhì)、程度和來源；驗(yàn)證物料的特性；測(cè)定物料隨時(shí)間、環(huán)境的變化及鑒定物料的來源等。

② 商業(yè)方面　確定銷售價(jià)格；驗(yàn)證是否符合合同規(guī)定；保證產(chǎn)品銷售質(zhì)量；滿足用戶要求等。

③ 法律方面　檢查物料是否符合法令要求；檢查生產(chǎn)過程中泄漏的有害物質(zhì)是否超過允許極限；法庭調(diào)查；確定法律責(zé)任；進(jìn)行仲裁等。

④ 安全方面　確定物料是否安全或確定其危險(xiǎn)程度；分析發(fā)生事故的原因；按危險(xiǎn)程度進(jìn)行物料分類等。

2.樣品采集的原則

為了掌握總體物料的成分、性能、狀態(tài)等特性,需要從總體物料中采得能代表總體物料的樣品,通過對(duì)樣品的檢測(cè)來了解總體物料的情況。因此,必須使采得的樣品具有代表性、典型性和適時(shí)性。

（1）代表性　采集的樣本必須能充分代表被分析總體的性質(zhì)。例如植物油等液體樣本,應(yīng)充分混勻后再進(jìn)行采集。對(duì)于固體樣本,則需按不同部位分別取出少量樣本,將其混合均勻后通過一定的處理制得有代表性的樣本。

（2）典型性　對(duì)有些樣本的采集,應(yīng)根據(jù)檢測(cè)的目的,采集能充分說明目的的典型樣本。例如對(duì)懷疑被污染的食品進(jìn)行分析,應(yīng)仔細(xì)挑選可疑部分作為樣本。

（3）適時(shí)性　根據(jù)檢測(cè)目的、樣本性質(zhì)及周圍環(huán)境等,對(duì)某些樣本的采集要有嚴(yán)格的時(shí)間概念。例如監(jiān)測(cè)工人在一個(gè)班工作時(shí)間內(nèi)接觸空氣中有害物質(zhì)的最高濃度,應(yīng)選排放有害物質(zhì)濃度最高的時(shí)機(jī)采樣。

采樣要避免樣本的污染和被測(cè)組分的損失,要選擇合適的采樣器皿和采樣方法,并做好詳細(xì)的采樣記錄。采樣量應(yīng)滿足檢驗(yàn)、樣本預(yù)處理和備考樣本的需求。

3.隨機(jī)取樣與隨機(jī)樣本

隨機(jī)取樣是常用的取樣方式,用隨機(jī)取樣方式得到的樣本為隨機(jī)樣本。但隨機(jī)取樣是有一定難度的,任意取的一個(gè)樣本不是一個(gè)隨機(jī)樣本。另外,通過一定的規(guī)程選擇的樣本很可能表現(xiàn)出該規(guī)程的系統(tǒng)誤差,甚至在很有利的情況下都會(huì)發(fā)生無意識(shí)的選擇和系統(tǒng)誤差。如果利用隨機(jī)數(shù)表（見附錄2）來進(jìn)行隨機(jī)取樣就可以避免這種情況發(fā)生。

使用隨機(jī)數(shù)表進(jìn)行隨機(jī)取樣時(shí),首先將構(gòu)成總體的樣本編號(hào),把無規(guī)則樣本分成真正的或想像的幾個(gè)區(qū)域,例如對(duì)一定體積的水溶液可以想像在水平和垂直兩個(gè)方向上分割成許多小塊,對(duì)每個(gè)區(qū)域的小塊指定編號(hào),然后按隨機(jī)數(shù)表中任意一個(gè)地方開始,按照預(yù)定的方式選取數(shù)字。例如,可以從表中相鄰、相間甚至相隔幾個(gè)數(shù)字的方式來選擇隨機(jī)數(shù),直至獲得全部所要的樣本數(shù)。例如,有80個(gè)瓶構(gòu)成一個(gè)總體,現(xiàn)在要隨機(jī)取樣10個(gè)樣本。首先把80個(gè)瓶隨機(jī)編號(hào),然后從隨機(jī)數(shù)表的任一部分,如從附錄2中第1頁第42行開始,相鄰取數(shù),可得下面10個(gè)數(shù)字。

28、86、85、64、94、11、58、78、45、36

由于總體只有80個(gè)瓶,因此86、85、94這三個(gè)數(shù)字無效,再相鄰?fù)氯?個(gè)數(shù)字：34、45、91,由于45與上面第9個(gè)數(shù)字重復(fù),91數(shù)字無效,故再往下取2個(gè)數(shù)字38、51,就這樣可得到10個(gè)隨機(jī)樣本。

28、64、11、58、78、45、36、34、38、51

使用隨機(jī)數(shù)表時(shí),應(yīng)避免反復(fù)使用同一部位。

以均勻間隔從無規(guī)則樣本中取樣雖有缺點(diǎn),但仍常被用來替代隨機(jī)取樣,原因是這種方法較為方便。由于該方法比隨機(jī)取樣更會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差,所以不推薦使用。如果采用,必須仔細(xì)檢查結(jié)果,以保證不產(chǎn)生由于材料的周期性選擇而引進(jìn)的誤差。

4.規(guī)則取樣與規(guī)則樣本

有時(shí)常常為了反映或試驗(yàn)?zāi)承┯幸?guī)則的假設(shè)而進(jìn)行取樣分析。這種假設(shè)可以是材料組分隨時(shí)間、溫度或空間位置不同而呈現(xiàn)變化。如果以規(guī)則的方式收集這種樣本,則每個(gè)樣本都可認(rèn)為是代表一個(gè)在具體條件下的獨(dú)立的總體。但是,所得結(jié)果仍然可用統(tǒng)計(jì)方法來測(cè)定差異的顯著性。

顯然,對(duì)測(cè)量過程了解得越少,隨機(jī)性就越大。相反,對(duì)測(cè)量過程有較完全的了解時(shí),規(guī)則取樣方式能提供最大的數(shù)據(jù)獲得率。例如,分析一個(gè)大容器內(nèi)的粉狀樣本時(shí),因?yàn)橐阎蹱钗镔|(zhì)由于粒度和重度的不同,有分層作用,這會(huì)影響粉狀物質(zhì)的均勻性。所以在大容器內(nèi)取樣時(shí)往往是從上、中、下三個(gè)部位取樣。對(duì)棒狀材料取樣時(shí),往往在兩端、1/4、1/2和3/4五個(gè)部位橫向取樣,同時(shí)對(duì)橫截面進(jìn)行徑向取樣。又如,對(duì)土壤中某些物質(zhì)進(jìn)行普查時(shí),應(yīng)按土壤類型、成土母質(zhì)、成土過程和成土條件等分區(qū)取樣,這樣可達(dá)到取較少的樣本而分析結(jié)果又能反映總體真實(shí)情況的目的。

5.隨機(jī)取樣與規(guī)則取樣的結(jié)合

有時(shí)將隨機(jī)取樣與規(guī)則取樣巧妙結(jié)合起來能收到良好的效果。例如,把8筒粉末樣品分裝到960000個(gè)瓶中,即使隨機(jī)抽取1%的樣本,也需分析9600瓶。如果把隨機(jī)取樣與規(guī)則取樣相結(jié)合則：8筒之間的差異要比1筒內(nèi)部的差異大,所以8筒中均要抽樣；1筒內(nèi)部的差異主要是由粉狀物的粒度和重度等不完全一致所造成的,因此從1筒的上、中、下三個(gè)部位取樣能充分反映筒內(nèi)的不均勻性；進(jìn)一步想像,筒中上、中、下三部分各由100層構(gòu)成（可以認(rèn)為每層是均勻一致的）,在100層中若用隨機(jī)數(shù)表抽取5%的樣本,這樣只需要分析120瓶（8×3×5）即可。分析的樣本減少到原來的0.25%,然而仍能保持分析結(jié)果的可靠性。

6.代表樣本和復(fù)合樣本

“代表樣本”這個(gè)術(shù)語經(jīng)常用來表示能顯示總體平均特性的單個(gè)樣本。從代表樣本中獲得的信息一般不如從總體的隨機(jī)樣本中獲得的信息多。代表樣本不能用隨機(jī)方式選取。

一個(gè)名副其實(shí)的代表樣本僅適用于兩種情況：一種是對(duì)某特定目的事先定義具有代表性的樣本,例如,美國(guó)危險(xiǎn)廢物管理系統(tǒng)規(guī)定七條對(duì)廢物（包括黏稠液體、固體、污染液、蓄水池中的污染液等）的取樣規(guī)則,按這些規(guī)則取得的樣本,美國(guó)環(huán)保署認(rèn)為是廢物的代表；另一種是對(duì)真正均勻樣本的取樣。雖然測(cè)量代表樣本時(shí)可以降低分析的價(jià)格,但由此獲得的信息一般不如從總體的隨機(jī)樣本中獲得的信息多,但有一種情況例外,即在取樣前已花大力氣將總體變得均勻。總體的均勻化是困難的,通常只有在為了產(chǎn)生幾個(gè)具有相似基本特性的子樣時(shí),才采用這種方法。

由于選擇或產(chǎn)生“代表樣本”有一定的困難,且會(huì)損失對(duì)組分信息的了解,通常情況下建議不采用,僅在有充分的理由要求制備這種樣本時(shí)才采用。實(shí)施一個(gè)合適的隨機(jī)取樣計(jì)劃能確定樣本平均值和樣本間變化等有價(jià)值的特性,而測(cè)量一個(gè)“代表樣本”則不能獲得這些信息。

復(fù)合樣本可以看作是產(chǎn)生一個(gè)代表樣本的特殊方式。精心制備固體復(fù)合樣本的步驟包括成熟的甚至已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的粉碎、研磨、混合和摻和。對(duì)于液體（特別是水）已有好幾種成熟的取樣系統(tǒng)。通過測(cè)量適當(dāng)制備或收集的復(fù)合樣本可獲得平均值。但因?yàn)橐粋€(gè)復(fù)合樣本只提供有限的信息,所以在決定使用復(fù)合樣本之前要充分考慮后果。

7.子樣

對(duì)于單次測(cè)定的要求來講,分析實(shí)驗(yàn)所收到的樣本一般過大,通常需要從樣本中取出所需要的試驗(yàn)部分。為了使結(jié)果互相一致,這樣的試驗(yàn)部分必須十分相似。在取出試驗(yàn)部分（取子樣）之前,常常需要減小顆粒的大小進(jìn)行混合,或用其他方法處理實(shí)驗(yàn)室樣本,這一步的工作量取決于原始樣本的均勻程度。一般講,取子樣的標(biāo)準(zhǔn)偏差不應(yīng)超過取樣標(biāo)準(zhǔn)偏差的1/3,達(dá)到這一水平已相當(dāng)好了,再要低于這個(gè)水平是費(fèi)時(shí)費(fèi)事的。當(dāng)然,這并不是說在取子樣時(shí)可以漫不經(jīng)心,如果一個(gè)實(shí)驗(yàn)室樣本已很均勻,在取子樣時(shí)要注意避免引起偏析。

雖然分析測(cè)試人員可能不參與樣本的收集,但他們應(yīng)具有足夠的取樣理論知識(shí),從而能適當(dāng)?shù)厝∽訕印Ｋ麄儜?yīng)該了解所收到的樣本均勻性的信息,以使他們能適當(dāng)而有效地取子樣。