二、取样方式和样本类型

1.样本采集的目的

（1）采样的基本目的　采样的基本目的是从被检的总体物料中取得具有代表性的样品。通过对样品检测,得到在允许误差内的数据,从而求得被检物料的某一或某些特征的平均值。

（2）采样的具体目的　采样的具体目的可分为以下几个方面,目的不同,要求各异,采样前必须明确具体的采样目的和要求。

① 技术方面　确定原材料、半成品及成品的质量；控制生产工艺过程；鉴定未知物；确定污染的性质、程度和来源；验证物料的特性；测定物料随时间、环境的变化及鉴定物料的来源等。

② 商业方面　确定销售价格；验证是否符合合同规定；保证产品销售质量；满足用户要求等。

③ 法律方面　检查物料是否符合法令要求；检查生产过程中泄漏的有害物质是否超过允许极限；法庭调查；确定法律责任；进行仲裁等。

④ 安全方面　确定物料是否安全或确定其危险程度；分析发生事故的原因；按危险程度进行物料分类等。

2.样品采集的原则

为了掌握总体物料的成分、性能、状态等特性,需要从总体物料中采得能代表总体物料的样品,通过对样品的检测来了解总体物料的情况。因此,必须使采得的样品具有代表性、典型性和适时性。

（1）代表性　采集的样本必须能充分代表被分析总体的性质。例如植物油等液体样本,应充分混匀后再进行采集。对于固体样本,则需按不同部位分别取出少量样本,将其混合均匀后通过一定的处理制得有代表性的样本。

（2）典型性　对有些样本的采集,应根据检测的目的,采集能充分说明目的的典型样本。例如对怀疑被污染的食品进行分析,应仔细挑选可疑部分作为样本。

（3）适时性　根据检测目的、样本性质及周围环境等,对某些样本的采集要有严格的时间概念。例如监测工人在一个班工作时间内接触空气中有害物质的最高浓度,应选排放有害物质浓度最高的时机采样。

采样要避免样本的污染和被测组分的损失,要选择合适的采样器皿和采样方法,并做好详细的采样记录。采样量应满足检验、样本预处理和备考样本的需求。

3.随机取样与随机样本

随机取样是常用的取样方式,用随机取样方式得到的样本为随机样本。但随机取样是有一定难度的,任意取的一个样本不是一个随机样本。另外,通过一定的规程选择的样本很可能表现出该规程的系统误差,甚至在很有利的情况下都会发生无意识的选择和系统误差。如果利用随机数表（见附录2）来进行随机取样就可以避免这种情况发生。

使用随机数表进行随机取样时,首先将构成总体的样本编号,把无规则样本分成真正的或想像的几个区域,例如对一定体积的水溶液可以想像在水平和垂直两个方向上分割成许多小块,对每个区域的小块指定编号,然后按随机数表中任意一个地方开始,按照预定的方式选取数字。例如,可以从表中相邻、相间甚至相隔几个数字的方式来选择随机数,直至获得全部所要的样本数。例如,有80个瓶构成一个总体,现在要随机取样10个样本。首先把80个瓶随机编号,然后从随机数表的任一部分,如从附录2中第1页第42行开始,相邻取数,可得下面10个数字。

28、86、85、64、94、11、58、78、45、36

由于总体只有80个瓶,因此86、85、94这三个数字无效,再相邻往下取3个数字：34、45、91,由于45与上面第9个数字重复,91数字无效,故再往下取2个数字38、51,就这样可得到10个随机样本。

28、64、11、58、78、45、36、34、38、51

使用随机数表时,应避免反复使用同一部位。

以均匀间隔从无规则样本中取样虽有缺点,但仍常被用来替代随机取样,原因是这种方法较为方便。由于该方法比随机取样更会产生系统误差,所以不推荐使用。如果采用,必须仔细检查结果,以保证不产生由于材料的周期性选择而引进的误差。

4.规则取样与规则样本

有时常常为了反映或试验某些有规则的假设而进行取样分析。这种假设可以是材料组分随时间、温度或空间位置不同而呈现变化。如果以规则的方式收集这种样本,则每个样本都可认为是代表一个在具体条件下的独立的总体。但是,所得结果仍然可用统计方法来测定差异的显著性。

显然,对测量过程了解得越少,随机性就越大。相反,对测量过程有较完全的了解时,规则取样方式能提供最大的数据获得率。例如,分析一个大容器内的粉状样本时,因为已知粉状物质由于粒度和重度的不同,有分层作用,这会影响粉状物质的均匀性。所以在大容器内取样时往往是从上、中、下三个部位取样。对棒状材料取样时,往往在两端、1/4、1/2和3/4五个部位横向取样,同时对横截面进行径向取样。又如,对土壤中某些物质进行普查时,应按土壤类型、成土母质、成土过程和成土条件等分区取样,这样可达到取较少的样本而分析结果又能反映总体真实情况的目的。

5.随机取样与规则取样的结合

有时将随机取样与规则取样巧妙结合起来能收到良好的效果。例如,把8筒粉末样品分装到960000个瓶中,即使随机抽取1%的样本,也需分析9600瓶。如果把随机取样与规则取样相结合则：8筒之间的差异要比1筒内部的差异大,所以8筒中均要抽样；1筒内部的差异主要是由粉状物的粒度和重度等不完全一致所造成的,因此从1筒的上、中、下三个部位取样能充分反映筒内的不均匀性；进一步想像,筒中上、中、下三部分各由100层构成（可以认为每层是均匀一致的）,在100层中若用随机数表抽取5%的样本,这样只需要分析120瓶（8×3×5）即可。分析的样本减少到原来的0.25%,然而仍能保持分析结果的可靠性。

6.代表样本和复合样本

“代表样本”这个术语经常用来表示能显示总体平均特性的单个样本。从代表样本中获得的信息一般不如从总体的随机样本中获得的信息多。代表样本不能用随机方式选取。

一个名副其实的代表样本仅适用于两种情况：一种是对某特定目的事先定义具有代表性的样本,例如,美国危险废物管理系统规定七条对废物（包括黏稠液体、固体、污染液、蓄水池中的污染液等）的取样规则,按这些规则取得的样本,美国环保署认为是废物的代表；另一种是对真正均匀样本的取样。虽然测量代表样本时可以降低分析的价格,但由此获得的信息一般不如从总体的随机样本中获得的信息多,但有一种情况例外,即在取样前已花大力气将总体变得均匀。总体的均匀化是困难的,通常只有在为了产生几个具有相似基本特性的子样时,才采用这种方法。

由于选择或产生“代表样本”有一定的困难,且会损失对组分信息的了解,通常情况下建议不采用,仅在有充分的理由要求制备这种样本时才采用。实施一个合适的随机取样计划能确定样本平均值和样本间变化等有价值的特性,而测量一个“代表样本”则不能获得这些信息。

复合样本可以看作是产生一个代表样本的特殊方式。精心制备固体复合样本的步骤包括成熟的甚至已经标准化的粉碎、研磨、混合和掺和。对于液体（特别是水）已有好几种成熟的取样系统。通过测量适当制备或收集的复合样本可获得平均值。但因为一个复合样本只提供有限的信息,所以在决定使用复合样本之前要充分考虑后果。

7.子样

对于单次测定的要求来讲,分析实验所收到的样本一般过大,通常需要从样本中取出所需要的试验部分。为了使结果互相一致,这样的试验部分必须十分相似。在取出试验部分（取子样）之前,常常需要减小颗粒的大小进行混合,或用其他方法处理实验室样本,这一步的工作量取决于原始样本的均匀程度。一般讲,取子样的标准偏差不应超过取样标准偏差的1/3,达到这一水平已相当好了,再要低于这个水平是费时费事的。当然,这并不是说在取子样时可以漫不经心,如果一个实验室样本已很均匀,在取子样时要注意避免引起偏析。

虽然分析测试人员可能不参与样本的收集,但他们应具有足够的取样理论知识,从而能适当地取子样。他们应该了解所收到的样本均匀性的信息,以使他们能适当而有效地取子样。