張淑婷
(中國廣州分析測(cè)試中心,廣東 廣州 510070)
環(huán)境監(jiān)測(cè)分析中一個(gè)重要問題是檢測(cè)含量較低的被測(cè)物,經(jīng)常存在被測(cè)物濃度低至接近于空白實(shí)驗(yàn),對(duì)此應(yīng)如何正確檢測(cè)和計(jì)算是我們要討論的問題。筆者分享監(jiān)測(cè)分析中的經(jīng)驗(yàn),并闡述了檢出限定義及幾種常用檢出限的計(jì)算方法。
檢出限是指產(chǎn)生一個(gè)能可靠地被檢出的分析信號(hào)所需要的某元素的最小濃度或含量。所謂“檢出”是指定性檢出,即判定樣品中存有濃度高于空白的待測(cè)物質(zhì)。影響檢出限的因素主要有:分析試劑、儀器穩(wěn)定性、噪聲水平等。檢出限和靈敏度是從兩個(gè)不同角度表示檢測(cè)器對(duì)測(cè)定物質(zhì)敏感程度的指標(biāo),靈敏度越高,檢出限越低,說明檢測(cè)器性能越好。
儀器檢出限是指規(guī)定儀器條件下,儀器處于穩(wěn)定狀態(tài)且其本身所存在噪音引起測(cè)量讀數(shù)的漂移和波動(dòng)。該檢出限可為同類儀器之間的信噪比、檢測(cè)靈敏度、區(qū)別信號(hào)與噪音的界限及分析方法進(jìn)行可靠測(cè)量所能達(dá)到的最低限度等提供依據(jù),其物理含義為:在一定置信范圍內(nèi)能與儀器噪占相區(qū)別的最小檢測(cè)信號(hào)對(duì)應(yīng)的待測(cè)物質(zhì)的量。
方法檢出限是指所指定的分析方法在特定條件下能以合理的置信水平檢出被測(cè)物的最小濃度,它是表征分析方法最主要的參數(shù)之一。分析方法隨機(jī)誤差的大小不但與儀器噪聲有關(guān),而且決定了方法所帶來的誤差總和,與樣品性質(zhì)、預(yù)處理過程都有關(guān)系。
樣品檢出限是指相對(duì)于空白可檢測(cè)的最小樣品的含量,定義樣品檢出限為3倍空白標(biāo)準(zhǔn)偏差。在痕量分析中,測(cè)量結(jié)果的可靠性在很大程度上取決于空白值的大小及空白值波動(dòng)的情況。
《操作指南》中規(guī)定對(duì)給定置信水平為95%時(shí),樣品測(cè)定值和零濃度樣品測(cè)定值之間的顯著差異可作為檢出限(D.L)(零濃度樣品指不含待測(cè)物的樣品)。計(jì)算方法為:假定每批空白樣品測(cè)定n個(gè)平行樣,測(cè)量批次為m批,當(dāng)測(cè)定次數(shù)n>20時(shí),測(cè)定值視為服從正態(tài)分布。公式D.L=4.6σ,其中σ為空白平行測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)偏差。
此法因空白值中存在隨機(jī)誤差,所以空白值既參差不齊又不恒定。利用空白值確定檢出限是基于給定置信概率情況下,通過計(jì)算得出空白值標(biāo)準(zhǔn)差,并經(jīng)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)確定的。該方法考慮了置信水平及測(cè)定誤差,同時(shí)也考慮到儀器噪聲等其他因素對(duì)測(cè)定結(jié)果引起的波動(dòng),是常用的方法,然而此法僅在校準(zhǔn)曲線截距A特別?。ㄚ吔悖r(shí)才比較符合真實(shí)情況。
IUPAC指國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì),其對(duì)檢出限的計(jì)算做出如下規(guī)定:
與實(shí)際分析樣品完全相同條件下做空白試驗(yàn),測(cè)定在保證最低限度20次時(shí)盡可能多做實(shí)驗(yàn)。算出空白值的平均值Xb和標(biāo)準(zhǔn)偏差Sb。通過一定的置信概率,最小測(cè)量值XL=Xb+K’Sb其中,Xb為空白多次測(cè)量所得信號(hào)的平均值;Sb為空白多次測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差;K’為根據(jù)一定置信水平而確定的相關(guān)系數(shù)。與XL-Xb(即K’Sb)相應(yīng)的濃度或量即為檢出限:D.L=XL-Xb/K=K’Sb/K,式中:K為方法的靈敏度(即校準(zhǔn)曲線的斜率)。
為了正確評(píng)估Xb和Sb,實(shí)驗(yàn)次數(shù)應(yīng)在20次以上。通過IUPAC相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明,對(duì)光譜化學(xué)分析K’應(yīng)取3。因低濃度水平測(cè)量誤差可能不遵從正態(tài)分布,且空白測(cè)定次數(shù)有限,故在K’=3時(shí),置信水平大概為90%。
一些帶數(shù)字顯示的光學(xué)儀器,其測(cè)量噪聲極為顯著。這時(shí),儀器噪聲對(duì)分析檢出限起主導(dǎo)作用,當(dāng)儀器噪音很大時(shí),會(huì)導(dǎo)致被測(cè)組的微小信號(hào)被掩蓋。當(dāng)無法確認(rèn)該微量組分時(shí),則該組分含量被認(rèn)為在檢出限以下。該公式采用了儀器噪聲確定法,使微量組分信號(hào)在一定置信概率下取得可靠數(shù)據(jù)。
方法檢出限是用統(tǒng)計(jì)方法確定的,我國常采用實(shí)驗(yàn)室低濃度加標(biāo)法。該法是以同一濃度樣品進(jìn)行多次測(cè)定保證其精密度。利用這種人為加入待測(cè)物質(zhì)來得到空白統(tǒng)計(jì)屬性時(shí),應(yīng)注意加入量要低,因?qū)嶒?yàn)中加標(biāo)樣品和空白樣品統(tǒng)計(jì)屬性是一致的。測(cè)定時(shí),空白溶液的低濃度加標(biāo)樣品測(cè)定次數(shù)應(yīng)>10次,測(cè)定順序應(yīng)從空白試液到低濃度試液再到空白試液交替進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)過程中,加標(biāo)濃度要適宜,一般為預(yù)期檢出限的2-8倍為宜。同時(shí),加標(biāo)樣品響應(yīng)信號(hào)還要能夠從背景噪音中分辨出來(實(shí)驗(yàn)過程中要考慮信噪比)。采用低濃度加標(biāo)法計(jì)算檢出限D(zhuǎn).L的公式為:D.L=C×3D/A。其中C為試液濃度;D為空白多次測(cè)得信息的批內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)偏差;A為試液平均吸光度值。
以原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定銅的檢出限為例,舉三種不同計(jì)算方法
原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定次數(shù)和對(duì)應(yīng)的吸光值見表1。
測(cè)定次數(shù)和對(duì)應(yīng)的吸光值見表1,銅曲線不同點(diǎn)濃度和對(duì)應(yīng)的吸光值見表2。
測(cè)定空白和加標(biāo)濃度樣品的次數(shù)和相對(duì)應(yīng)的吸光值見表3。
上述例子說明,不同方法對(duì)檢出限影響較大。測(cè)量方法的檢出限與分析空白值、精密度、靈敏度密切相關(guān),是一個(gè)綜合性的重要計(jì)量參數(shù)。從計(jì)算結(jié)果看,由于同一分析方法、分析儀器、測(cè)試人員和環(huán)境要求、計(jì)算方法不同,檢出限的數(shù)值亦不同。干擾物使空白溶液的穩(wěn)定性減弱,空白值的標(biāo)準(zhǔn)偏差增高,有時(shí)使檢出限產(chǎn)生顯著性差異。因此.檢出限是特定實(shí)驗(yàn)條件的檢出限,是一個(gè)定性的概念,分析信號(hào)值低于最小分析信號(hào)值,分析物不能被檢出,但不能說分析物在試樣中不存在。
表1 測(cè)定次數(shù)和對(duì)應(yīng)的吸光值
表2 銅曲線不同點(diǎn)濃度和對(duì)應(yīng)的吸光值
表3 測(cè)定空白和加標(biāo)濃度樣品的次數(shù)和相對(duì)應(yīng)的吸光值
在環(huán)境監(jiān)測(cè)分析過程中,尤其對(duì)于痕跡分析,環(huán)境監(jiān)測(cè)人員在借助相關(guān)檢測(cè)儀器進(jìn)行檢出限測(cè)定時(shí)應(yīng)當(dāng)注意到不同計(jì)算方法的影響,同時(shí)也不能單靠儀器測(cè)量數(shù)據(jù)就判定結(jié)果正確,應(yīng)通過多方面分析和實(shí)驗(yàn),綜合各方面數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè),以實(shí)現(xiàn)更好的質(zhì)量控制。
本人通過相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和查閱資料對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)過程中檢出限的定義、檢出限計(jì)算方法、相關(guān)實(shí)例進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述。從中可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)人員的差別都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大的影響,同時(shí)選擇不同的計(jì)算方法要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行。希望本文能為廣大環(huán)境監(jiān)測(cè)工作者在今后的工作中帶來一定的幫助。
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