污染土壤的化学分析声音环境网站评估。第1部分:适当的抽样的关键作用

Jean-Sebastien杜布,荷兰国际集团(ing)。弗朗索瓦•Duhaime博士和荷兰国际集团(ing)。博士学位

Laboratoire de岩土工程等geoenvironnemental精灵,集成de精灵de la建设、高等技术师范学院,1100年圣母院西部省,加拿大蒙特利尔(QC) H3C 1 k3

适当的颗粒物采样仪器分析是一项常见的任务在许多应用科学、技术和工程领域。这对确保测量是一个关键的任务在一个给定的一组样本代表感兴趣的参数的估计原始采样目标。不幸的是,抽样颗粒物在许多领域表现没有科学依据,主要是因为其关键作用被忽略,或在最好的情况下,误解,因为未觉察到的,有时一个漠视,抽样理论。这两列说明了这个重要地质环境工程领域的使用经验。

环境网站评估指导方针需要代表抽样,但不要定义如何:导致决策的灾难

一个值得注意的例子执行抽样没有一个合适的科学依据是抽样参与环保网站的评估受污染的土壤。在这种背景下,分析土壤样本的污染物(化学、物理)的内容。化学污染物,分析协议通常需要几克的土壤进行分析,并指定这个小数量必须具有代表性的包裹从它派生的。这意味着几克的土壤必须代表一个卷到几百立方米的颗粒物。这意味着大量减少不亚于六到九个数量级,同时确保在每个阶段的质量还原过程产生的业者数量的物质仍是整个原始土壤包裹。与当前的状态在这个领域(指导方针、标准的传统,无知)这是一个几乎不可能完成的任务。我们发现我们义不容辞听起来严重报警领域内的地质环境工程专业,下面描述的例子和经验在许多应用领域产生更广泛的影响类似的异构性问题。

的代表性分析测量,即在一定程度上代表了真正的土壤中污染物含量,构图以及空间,直接相关的代表性抽样过程。这意味着程度的比例的每种类型的本构元素土壤颗粒和污染物(s)保存在“from-field-to-analysis”抽样/业者的过程。

然而,在绝大多数的当前情况下,代表性的程度不是评估,甚至提到的少得多。在大多数污染土壤取样指南,代表性是一个模糊的概念,主要是由于某种形式的一厢情愿的想法。没有一个正式的定义代表性和指导方针如何获得所需的采样代表性程度(称为“定制representativity”),抽样或多或少地直观地执行,随意或基于主观判断。这种方法叫做抓取采样理论抽样(TOS)。它通常涉及到所需的土壤质量(不要太多)从土壤的一部分一个增量。在今天的实践领域,这将导致几百克的随机采集的样品被发送到实验室,一个抓住业者的几克就进行分析。

典型的测试坑地质环境工程站点土壤描述。一天一个属性规则:“显著的异质性”。很明显,任何一个领域样本(TOS的抓样的说法)将无法代表整个网站。对于这个工作,勤奋遵守服务条款的复合抽样原则(参见第2部分)是必要的。

下面是两个真实,真实世界的例子,这种抽样方法如何产生极度贫穷的结果。^一个

锌污染的评估

第一个例子是典型的环境评估的实践中一种常见的情况。现场样本网站含有锌(锌)被送到一个地质环境分析实验室的顾问负责环境评估研究。现场和实验室抽样进行抓取采样。按照惯例,实验室被指控提供单一分析结果从容器的材料。这测量了锌浓度的1900毫克公斤¹,从而表明污染超过规定阈值为当前使用的站点(参见下面的更多)。这个结果将会导致土壤的需求从包裹必须被删除。

然而,一些原位半定量测量也由顾问在土壤包裹便携式x射线荧光光谱仪的使用,而这些曾表示可能较小的浓度。

因此,顾问要求实验室“第二个测量”基于相同的样本容器。这一次,结果在79毫克公斤¹。“自然”这样的一个主要差异促使第三测量,然而,未能发现任何锌在土壤中!非常混乱的一天结束后,总共七个人测量都是基于相同的300克土壤样本如表1所示。

表1。“解剖”,一个300 g字段土壤样本,和由此产生的土壤修复状态(分类)。

测量	浓度(毫克公斤1)	基于测量的分类
1	1900年	> 3
2	79年	<我
3	< 4	<我
4	< 4	<我
5	< 4	<我
6	700年	ii iii
7	25	<我

I, II和III代表监管阈值140,500和1500毫克公斤¹,分别。

做什么吗?

作为一种试图解释这些变化多端的结果的负担转移到顾问,实验室得出的结论是,样品收到了不均匀。尽管这个结论是正确的,这样一个深刻的结论是天真的所有土壤是异构的,这只是一个程度的问题(TOS)。

这种不证自明的真理被严重加剧了在目前情况下“不正确”业者在实验室(抓取采样相同字段试样容器)。所以,无论异质性才被曝光,开门的规模体积的容器。这是否是相同的异质性描述体积明显增大网站在调查中仍然是一个完全开放的问题:如何场容器代表整个网站吗?

适用的监管门槛是140毫克公斤¹(我),500毫克公斤¹(2),1500毫克公斤¹(3),每个值代表的最大允许土壤中锌浓度的具体用法,或挖掘土壤处理的具体方式和方法。表1中还显示了土壤的分类对这些阈值基于前的七个“复制”测量。

这一点也不奇怪,顾问现在面对正确的混淆问题并对它们进行分类土壤包裹由一个字段表示样本,但七分析结果。如果分类决定了基于单一度量值,作为惯例,一个非常重要的错误会被介绍。这毫无根据的重大不确定性转移到网站修复过程。当然,关键的问题是,在“正常实践”这甚至不知道任何利益相关者的参与。

会有害健康这么小的数据集的统计分布,剩下43%的数据审查。然而,它是可能的估计基于比例的分类概率如表2所示。

表2。分类概率的估计(类别A, B, C是相同的类别,II, III在表1)。

类别	概率
x<一个	0.714
<x< B	0
B <x< C	0.143
x> C	0.143

如果顾问使用第一个测量,在当前的实践中,他已经把土壤大于三世和标准,因此,需要处理掉的网站(一个),但这个决定是正确的概率仅为14.3%(表2)。

顾问,因此,建议补充问实验室测量。虽然这些差别很大,kaplan meier(公里)的估计意味着锌浓度,388毫克公斤¹,^b表明土壤可以归类为低于标准三世,因此一直在网站上。这一决定将有85.7%的概率是正确的。土壤分类的问题变得更为严重的土壤必须挖掘和处理网站,由于处理成本是相关类别的污染水平。在目前的情况下,基于奇异初始计量,土壤会被归类为比标准三世,和处理更大的成本,很可能导致不必要的支出从网站所有者。然而,基于公里意味着388毫克公斤¹之间,土壤会被归类为标准I和II,因此处理在一个小得多的成本,甚至重用作为填充材料在某些司法辖区。这个例子说明了好多少决策过程中引入的不确定性可以如果基于一个300克土样。

也不足为奇,极有可能情况的记录点的不确定性这一领域的目标很多样本来自异构本身必须明显。关键的问题是:单一领域样本代表这个目标吗?为了回答这个问题,其他地方,人们必须注意:如何是主要样本(字段容器)采样领域?在TOS遵守的原则和规则,或不呢?

情况是常见和典型的描述,但它是不能接受的。这样一个有问题的情况下唯一能改进是通过调用更关注整个采样过程的特点,特别是采样阶段的主要领域。

这种情况下也“代表”投入更多资金的消息不灵通的实践分析阶段,即从每个主要进行大量测量样本。相反,更应该小心在减少可变性在初级抽样阶段。不应该很难明白衰弱异质性显示在表1中只反映事态的奇异领域实验室样品分析。没有重复的方式分析仅基于此示例,可以产生任何信息的真实的异质性整个土壤包裹,必须更大但不可知的程度。显而易见的解决方案是一个适当的部署复合抽样覆盖整个3 d包裹网站。

初步结论,第1部分

的第一部分完整的取样和分析过程发生在田野,通常是由顾问的现场技术员。这种差距在抽样过程的“保管链”的顾问和实验室之间的特别问题,特别是当前的不正确的采样实践一样没有一个明确的责任。没有人负责完成抽样的代表性过程在这种情况下。

修复你的采样,而不是您的结果

在第2部分中,我们将进一步说明如何控制测量的可变性在采样阶段与第二个现实的例子从最近的一项研究在高等技术师范学院,蒙特利尔,与相同的顾问参与这里给出的第一个例子。在第二个研究中,我们比较的不确定性来源于抓取采样来源于TOS-compliant复合抽样过程。

脚注

^一个备案:这里讨论的例子和程序明显属于非均质材料,不能受到抽样前混合。如果明显异构很多采样是如此之小,它是经济上可行的混合彻底的,游戏规则已经改变,因为混合导致显著降低分布异质性。然而,结果很多仍构成异构,仍然需要治疗。这种情况非常少见,因此绝大多数的利益在地质环境工程。

^b注意,计算平均锌浓度由任意取代审查浓度测量,即< 4毫克公斤¹0到4,我们获得的意思是锌浓度从383毫克公斤¹388毫克公斤¹。虽然这些估计的均值接近公里估计在这种情况下,任意替换在环境数据集可以导致不可靠的和有偏见的描述性的估计参数)。丹尼斯Helsel (doi.org/fdmnj8在任意替换)评论:“有一个非常强大的引力做一些简单和便宜”。这句话也可以恰当地也适用于抓取采样阶段从领域到整除。

引用

完整的引用列表将包含在第2部分。