鄧桂榮，梅承芳，柳燕貞，張宏濤,4，陳澤芳，曾國(guó)驅(qū),*

1. 廣東省微生物分析檢測(cè)中心 生態(tài)毒理與環(huán)境安全實(shí)驗(yàn)室，廣州 510070 2. 廣東省微生物研究所 廣東省菌種保藏與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510070 3. 省部共建華南應(yīng)用微生物國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510070 4. 佛山市環(huán)境健康與安全評(píng)價(jià)研究中心，佛山 528000

穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)在快速生物降解性試驗(yàn)質(zhì)量分析中的應(yīng)用

鄧桂榮1,2,3，梅承芳1,2,3，柳燕貞1,2,3，張宏濤1,2,3,4，陳澤芳1,2,3，曾國(guó)驅(qū)1,2,3,*

1. 廣東省微生物分析檢測(cè)中心 生態(tài)毒理與環(huán)境安全實(shí)驗(yàn)室，廣州 510070 2. 廣東省微生物研究所 廣東省菌種保藏與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510070 3. 省部共建華南應(yīng)用微生物國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510070 4. 佛山市環(huán)境健康與安全評(píng)價(jià)研究中心，佛山 528000

快速生物降解性試驗(yàn)在新化學(xué)物質(zhì)的生態(tài)毒理測(cè)試中占據(jù)重要地位，其測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性直接影響后續(xù)的測(cè)試策略和物質(zhì)的申報(bào)登記、以及新化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境后的風(fēng)險(xiǎn)管理。為研究OECD 301系列試驗(yàn)(301B、301D和301F)的質(zhì)量，選用本機(jī)構(gòu)近5年來(lái)積累的標(biāo)準(zhǔn)化物質(zhì)苯甲酸鈉14 d快速生物降解率數(shù)據(jù)，首次采用穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)技術(shù)，以穩(wěn)健總計(jì)統(tǒng)計(jì)量的Z比分?jǐn)?shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)各試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)系統(tǒng)的質(zhì)量開(kāi)展評(píng)估。結(jié)果顯示，當(dāng)301B、301D和301F試驗(yàn)的苯甲酸鈉降解率分別在63.8%～88.0%、63.4%～89.2%和66.0%～99.8%范圍內(nèi)時(shí)，表明測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)意，該批次試驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量良好；若苯甲酸鈉降解率不在此范圍，則表明測(cè)試結(jié)果可能存在問(wèn)題，甚至得到的可能是錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，需要進(jìn)一步驗(yàn)證。據(jù)此提出了對(duì)實(shí)際測(cè)試工作具有指導(dǎo)意義的質(zhì)量分析對(duì)照表，以期為測(cè)試機(jī)構(gòu)開(kāi)展新化學(xué)物質(zhì)快速生物降解性試驗(yàn)時(shí)的質(zhì)量分析提供參考。

苯甲酸鈉；快速生物降解性試驗(yàn)；穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)；Z比分?jǐn)?shù)；質(zhì)量分析

化合物快速生物降解性是有機(jī)物作為唯一碳源在限定時(shí)間內(nèi)與微生物接觸表現(xiàn)出的生物可降解能力[1]，是鑒別化學(xué)物質(zhì)的環(huán)境危害性和持久性、進(jìn)行分類(lèi)和標(biāo)簽[2]、評(píng)估和控制環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[3]的基本指標(biāo)，也是我國(guó)實(shí)施新化學(xué)物質(zhì)申報(bào)登記制度，對(duì)其進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理的重要基礎(chǔ)[4-5]。因此快速生物降解性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)性、可靠性意義重大。而能基本確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)得起推敲和質(zhì)疑的，是與各快速生物降解性試驗(yàn)配套的一系列質(zhì)量控制指標(biāo)，比如14 d程序?qū)φ战M和毒性對(duì)照組的生物降解率等。

在經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)的6種經(jīng)典快速生物降解性測(cè)試方法[6]中，判定試驗(yàn)系統(tǒng)是否有效的重要觀測(cè)點(diǎn)是陽(yáng)性參比物14 d的生物降解率是否達(dá)到了“通過(guò)水平”，即生物降解率大于60%或70%。然而，即使參比物的降解率達(dá)到方法的最低要求，試驗(yàn)數(shù)據(jù)依然具有較大的可變性，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)并不能因此就斷定所得數(shù)據(jù)是科學(xué)、可靠的，有必要開(kāi)展進(jìn)一步的質(zhì)量分析，評(píng)估該數(shù)據(jù)的可接受程度，進(jìn)而對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況做出有效判斷。近年來(lái)我國(guó)環(huán)境壓力不斷加大，新化學(xué)物質(zhì)的管理也日趨嚴(yán)格，但主管部門(mén)的關(guān)注點(diǎn)僅限于所提供數(shù)據(jù)之于測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的遵循性和符合性，對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量未做額外要求。作為提供新化學(xué)物質(zhì)測(cè)試數(shù)據(jù)且符合良好實(shí)驗(yàn)室管理規(guī)范(GLP)的測(cè)試機(jī)構(gòu)，采用科學(xué)的統(tǒng)計(jì)方法對(duì)即將用于申報(bào)的快速生物降解性試驗(yàn)數(shù)據(jù)開(kāi)展進(jìn)一步的質(zhì)量評(píng)估具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。目前，國(guó)內(nèi)尚無(wú)關(guān)于快速生物降解性數(shù)據(jù)質(zhì)量分析的相關(guān)研究和報(bào)道。

本文利用近5年來(lái)采集的OECD快速生物降解性301系列試驗(yàn)[7](301B：CO2產(chǎn)生試驗(yàn)[8]，301D：密閉瓶法試驗(yàn)[9]和301F：測(cè)壓呼吸計(jì)量法試驗(yàn)[10])中苯甲酸鈉的128個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的快速生物降解率數(shù)據(jù)，采用穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，以基于穩(wěn)健總計(jì)統(tǒng)計(jì)量的Z比分?jǐn)?shù)作為表征和評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)估試驗(yàn)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)系統(tǒng)的質(zhì)量，并給出對(duì)實(shí)際測(cè)試工作具有指導(dǎo)意義的質(zhì)量分析對(duì)照表，以期為測(cè)試機(jī)構(gòu)開(kāi)展新化學(xué)物質(zhì)快速生物降解性試驗(yàn)時(shí)進(jìn)行質(zhì)量分析提供參考。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 試劑

苯甲酸鈉(≥99.5%)、磷酸二氫鉀(≥99.0%)、三水合磷酸氫二鉀(≥99.0%)、十二水合磷酸氫二鈉(≥99.0%)、氯化銨(≥99.5%)、無(wú)水氯化鈣(≥96.0%)、七水合硫酸鎂(≥99.0%)、六水合氯化鐵(≥99.0%)。

以上試劑中，苯甲酸鈉作為標(biāo)準(zhǔn)推薦使用的參比物之一，加入到試驗(yàn)系統(tǒng)，其余用于配制試驗(yàn)培養(yǎng)基。所有試劑均為分析純，購(gòu)自廣州化學(xué)試劑廠(chǎng)。

1.2 儀器設(shè)備

301B：3 L燒瓶(2 L反應(yīng)液)，數(shù)顯滴定儀(Titrette，德國(guó)，BRAND GMBH + CO KG)，脫CO2裝置，空氣流量計(jì)；

301D：300 mL BOD瓶(充滿(mǎn)反應(yīng)液)，溶解氧測(cè)定儀(Multi 3430，德國(guó)，WTW)；

301F：500 mL試驗(yàn)瓶(一定體積反應(yīng)液，留有上層頂空)，測(cè)試系統(tǒng)(OxiTop?Control，德國(guó)，WTW)，生化培養(yǎng)箱(SHP-350，中國(guó)，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)。

1.3 接種物的采集與準(zhǔn)備

試驗(yàn)所用的接種物取自廣州地區(qū)2家主要處理生活污水且運(yùn)行狀況良好的污水處理廠(chǎng)。

根據(jù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)推薦，301B和301F試驗(yàn)取用曝氣池末端的活性污泥，采集后去除粗糙顆粒和浮在表面上的雜質(zhì)，再用試驗(yàn)培養(yǎng)基離心清洗，棄除上清液，并將此接種物重新懸浮于試驗(yàn)培養(yǎng)基中，在均勻狀態(tài)下取少量懸浮液測(cè)定混合液懸浮固體濃度(MLSS)[11]。試驗(yàn)前，使用試驗(yàn)培養(yǎng)基將其濃縮或稀釋?zhuān)玫交钚晕勰酀舛葹?.0 g·L-1(以干重計(jì))的接種物。保持有氧狀態(tài)直至使用。

301D試驗(yàn)取用二級(jí)出水，不含有菌膠團(tuán)。使用前，采用營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基測(cè)定其可培養(yǎng)細(xì)胞總數(shù)[12]，達(dá)到104～106cell·mL-1培養(yǎng)基，方能滿(mǎn)足測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1.4 試驗(yàn)條件

所開(kāi)展的盡管都是快速生物降解性試驗(yàn)，但各個(gè)類(lèi)型試驗(yàn)的條件存在一定差異[13]，具體見(jiàn)表1。

1.5 方法

按照我國(guó)《化學(xué)品測(cè)試方法》[1,14]和OECD化學(xué)品測(cè)試導(dǎo)則[7]中的標(biāo)準(zhǔn)條件進(jìn)行試驗(yàn)，所有試驗(yàn)均遵循GLP規(guī)范的要求[15-16]，操作步驟按照標(biāo)準(zhǔn)操作程序(SOP)的規(guī)定實(shí)施。

1.5.1 301B試驗(yàn)

在已接種的無(wú)機(jī)培養(yǎng)基中加入適量的苯甲酸鈉作為唯一有機(jī)碳源。在黑暗條件下，用脫CO2的空氣以受控速率對(duì)試驗(yàn)培養(yǎng)基進(jìn)行曝氣。通過(guò)測(cè)定CO2的產(chǎn)生量來(lái)確定苯甲酸鈉的降解率。CO2用氫氧化鋇溶液吸收，使用Titrette數(shù)顯滴定儀滴定剩余的氫氧化鋇來(lái)測(cè)定CO2產(chǎn)生量。苯甲酸鈉產(chǎn)生的CO2數(shù)量用理論二氧化碳(ThCO2)的百分率來(lái)表示。

1.5.2 301D試驗(yàn)

將苯甲酸鈉溶于試驗(yàn)培養(yǎng)基，接種適量二級(jí)出水后，分裝至BOD瓶中，使BOD瓶完全裝滿(mǎn)，輕輕拍打BOD瓶以去除任何氣泡。密閉BOD瓶后置于試驗(yàn)條件下培養(yǎng)，并在試驗(yàn)期間使用Multi 3430溶解氧測(cè)定儀追蹤測(cè)定溶解氧消耗[17]來(lái)計(jì)算生物降解率。

1.5.3 301F試驗(yàn)

向一定體積已接種的無(wú)機(jī)培養(yǎng)基中加入已知濃度的苯甲酸鈉貯備液作為唯一有機(jī)碳源，密閉試驗(yàn)瓶后在試驗(yàn)條件下連續(xù)攪拌培養(yǎng)。通過(guò)OxiTop?Control BOD測(cè)試系統(tǒng)測(cè)定瓶?jī)?nèi)壓力的變化，可得到耗氧量。釋放的CO2用NaOH顆粒吸收。苯甲酸鈉生物降解過(guò)程中的耗氧量用空白對(duì)照組校正，微生物種群吸收氧的量以理論需氧量(ThOD)的百分率來(lái)表示。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

1.6.1 301B試驗(yàn)降解率的計(jì)算

本試驗(yàn)以氫氧化鋇溶液作吸收劑，根據(jù)HCl滴定體積，計(jì)算空白對(duì)照組和苯甲酸鈉試驗(yàn)組所產(chǎn)生的CO2量，二者之差即為苯甲酸鈉生物降解產(chǎn)生的CO2量。將CO2量除以加入試驗(yàn)體系的苯甲酸鈉的TOC含量與以碳轉(zhuǎn)換CO2系數(shù)3.67的乘積，即為苯甲酸鈉降解百分率[8]。

1.6.2 301D和301F試驗(yàn)降解率的計(jì)算

用第14天的苯甲酸鈉試驗(yàn)組耗氧量減去相應(yīng)的空白對(duì)照組耗氧量，再除以苯甲酸鈉濃度，得到用毫克氧比毫克苯甲酸鈉表示的BOD，結(jié)合ThOD可計(jì)算301D試驗(yàn)中苯甲酸鈉降解百分率[9]。

301F試驗(yàn)中苯甲酸鈉降解百分率計(jì)算方法類(lèi)似于301D試驗(yàn)，只需用測(cè)得的BOD替代耗氧量計(jì)算即可[10]。

1.6.3 降解百分率的穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)

穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)前，應(yīng)用SPSS Statistics 16.0軟件的單個(gè)樣本的K-S檢驗(yàn)(One-Sample Kolmogorov-Smirnov Test)，對(duì)各試驗(yàn)的苯甲酸鈉降解率數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)。

針對(duì)2010年至2014年在本機(jī)構(gòu)開(kāi)展的128個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的苯甲酸鈉14 d快速生物降解性結(jié)果，使用通用的穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)方法[18-22]處理，計(jì)算穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)，分析各數(shù)據(jù)在總體數(shù)據(jù)中所處的位置。

計(jì)算公式：

Z=(X-Xm)/標(biāo)準(zhǔn)化IQR(X)

式中：

Z—穩(wěn)健比分?jǐn)?shù)；X—降解率結(jié)果；Xm—各類(lèi)型試驗(yàn)所有降解率數(shù)據(jù)的中位值；標(biāo)準(zhǔn)化IQR—即IQR與因子0.7413的乘積。

表1 快速生物降解性試驗(yàn)條件Table 1 Test conditions of ready biodegradability tests

所涉及的統(tǒng)計(jì)量還有四分位數(shù)值、變異系數(shù)、最小值、最大值和極差等。

應(yīng)用Microsoft Office Excel 2003軟件[23]作穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)序列圖，圖中按照大小的順序顯示出各試驗(yàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)，并標(biāo)有相應(yīng)的試驗(yàn)編號(hào)。

將各降解率結(jié)果換算為概率單位[24]后，使用origin 8軟件以概率單位對(duì)試驗(yàn)編號(hào)作圖。

2 結(jié)果與分析(Results and analysis)

表2給出了各類(lèi)型試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

K-S檢驗(yàn)結(jié)果表明，301B、301D和301F試驗(yàn)的苯甲酸鈉降解率數(shù)據(jù)的雙尾漸進(jìn)顯著性概率分別為0.723、0.705和0.830，均大于0.05，因此所得數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，適用基于穩(wěn)健總計(jì)統(tǒng)計(jì)量的Z比分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)。

評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)時(shí)，采用穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，該值受數(shù)據(jù)中離群值影響較小。Z比分?jǐn)?shù)的“+”與“-”分別代表了某個(gè)測(cè)試值偏離中位值的方向，也反映該測(cè)試值的系統(tǒng)誤差，同時(shí)還反映測(cè)試值與穩(wěn)健值的偏離程度，Z比分?jǐn)?shù)越接近X軸，表示當(dāng)次苯甲酸鈉降解率結(jié)果偏離程度越小，數(shù)據(jù)的可接受程度越高，相反，偏離程度越大，相應(yīng)批次試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)越趨于異常。依據(jù)評(píng)價(jià)原則[18,25]，當(dāng)|Z|≤2時(shí)表示測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)意，該批次試驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量良好；當(dāng)2<|Z|<3時(shí)表示結(jié)果可能存在問(wèn)題，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人(SD)應(yīng)引起重視，并進(jìn)行復(fù)查，尋找出現(xiàn)較大偏差的原因，以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)質(zhì)量；當(dāng)|Z|≥3時(shí)表示結(jié)果不滿(mǎn)意，屬于統(tǒng)計(jì)分析中的離群值，SD應(yīng)慎密檢查，找出問(wèn)題所在，并制定有效的糾正措施，糾正偏離。如有必要，應(yīng)重新啟動(dòng)試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

表2 苯甲酸鈉降解率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 2 Statistical results of sodium benzoate biodegradation data

注：*分別取最小降解率和最大降解率，以及與其相鄰的一個(gè)值。

Note: The min, max value and its adjacent were obtained respectively.

由數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，301B試驗(yàn)中，降解率的最值處均出現(xiàn)了可疑值，其穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)分別為-2.400、-2.065和2.007、2.836，超出了|Z|≤2范圍，對(duì)應(yīng)的降解率分別為60.0%、62.3%和90.3%、96.0%，表明當(dāng)降解率≤62.3%或≥90.3%時(shí)，結(jié)果可能存在問(wèn)題。其余結(jié)果均為滿(mǎn)意，數(shù)據(jù)質(zhì)量良好。301D試驗(yàn)中，可疑值僅出現(xiàn)在最大降解率和次最大降解率處，其穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)分別為2.463和2.044，對(duì)應(yīng)的降解率為95.0%和98.3%，即當(dāng)降解率≥95.0%時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果可能存在問(wèn)題甚至離群，應(yīng)復(fù)查或驗(yàn)證。對(duì)于301F試驗(yàn)，降解率62.8%～66.0%是存在問(wèn)題的結(jié)果，其對(duì)應(yīng)的穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)分別為-2.345～-1.977，因此應(yīng)關(guān)注并分析降解率≤66.0%的結(jié)果。另外，盡管301D試驗(yàn)最小降解率對(duì)應(yīng)的Z比分?jǐn)?shù)為-1.968，301F試驗(yàn)最大降解率對(duì)應(yīng)的Z比分?jǐn)?shù)為1.920，其絕對(duì)值均小于2.0，未指示結(jié)果異常，但在具體的實(shí)踐過(guò)程中，若遇到該接近臨界的數(shù)據(jù)，即當(dāng)301D試驗(yàn)降解率小于63.4%和301F試驗(yàn)降解率大于99.8%時(shí)，SD也應(yīng)注意，慎重分析，因?yàn)榫湍壳暗臄?shù)據(jù)仍無(wú)法判斷該數(shù)據(jù)的質(zhì)量水平。3類(lèi)試驗(yàn)的降解率對(duì)應(yīng)的穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)均未出現(xiàn)|Z|≥3，即苯甲酸鈉降解率合格程度達(dá)100%，無(wú)不滿(mǎn)意或離群的情況。

表3為快速生物降解性試驗(yàn)質(zhì)量分析對(duì)照表，是對(duì)上述結(jié)果的總結(jié)。

圖1為概率單位趨勢(shì)圖，從中可以看出各類(lèi)型試驗(yàn)生物降解率的趨勢(shì)。圖2至圖4為穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)序列圖，直觀地顯示3類(lèi)試驗(yàn)中苯甲酸鈉生物降解率的穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)分布情況，可清楚地看出每一個(gè)試驗(yàn)苯甲酸鈉降解率與其他試驗(yàn)的比較結(jié)果，且可清晰地辨別出可疑值和離群值。

圖2 OECD 301B試驗(yàn)穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)序列圖Fig. 2 Z-score sequence diagram of OECD 301B test

圖3 OECD 301D試驗(yàn)穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)序列圖Fig. 3 Z-score sequence diagram of OECD 301D test

圖4 OECD 301F試驗(yàn)穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)序列圖Fig. 4 Z-score sequence diagram of OECD 301F test

表3 快速生物降解性試驗(yàn)質(zhì)量分析對(duì)照表Table 3 Comparison table of quality analysis of ready biodegradability test

3 討論與結(jié)論(Discussion and conclusion)

穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)技術(shù)通常用于實(shí)驗(yàn)室間或?qū)嶒?yàn)室內(nèi)的能力驗(yàn)證或結(jié)果比對(duì)活動(dòng)，較多是分析樣品對(duì)的結(jié)果，但也適用于單個(gè)樣品的驗(yàn)證計(jì)劃[18]。鑒于本文所涉及的試驗(yàn)多數(shù)由不同的技術(shù)人員操作，因此，在一定程度上可將這些試驗(yàn)結(jié)果看作實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部人員比對(duì)。

對(duì)各類(lèi)型試驗(yàn)中苯甲酸鈉的14 d降解率進(jìn)行穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)分析的意義在于，通過(guò)對(duì)過(guò)往結(jié)果的質(zhì)量分析，測(cè)試機(jī)構(gòu)可知在現(xiàn)有的試驗(yàn)條件下，哪些數(shù)據(jù)是可疑值或離群值。例如，當(dāng)降解率≤62.3%和≥90.3%(301B)，或≥95.0%(301D)，或≤66.0%(301F)時(shí)，SD應(yīng)提高警覺(jué)。若試驗(yàn)正在進(jìn)行，應(yīng)密切關(guān)注試驗(yàn)進(jìn)程，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)采取糾正措施，避免試驗(yàn)失敗。若試驗(yàn)已經(jīng)完成，應(yīng)仔細(xì)檢查分析測(cè)試過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，如溶液配制方法、體系準(zhǔn)備、儀器設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性及誤差來(lái)源等，從技術(shù)層面上進(jìn)行全方位評(píng)價(jià)，找出產(chǎn)生“可疑”或“離群”的原因，評(píng)估該批次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可接受程度?；跍y(cè)試機(jī)構(gòu)大量數(shù)據(jù)而開(kāi)展的穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)分析和評(píng)估，可以反映測(cè)試機(jī)構(gòu)的整體數(shù)據(jù)質(zhì)量，反映該測(cè)試機(jī)構(gòu)的技術(shù)水平，進(jìn)而獲得提高數(shù)據(jù)質(zhì)量的方法。由此可見(jiàn)，穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)技術(shù)Z比分?jǐn)?shù)的應(yīng)用，對(duì)測(cè)試機(jī)構(gòu)及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題、提升數(shù)據(jù)質(zhì)量、提高工作效率，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

開(kāi)展快速生物降解性試驗(yàn)時(shí)，可將第14天苯甲酸鈉的降解率數(shù)據(jù)與表3進(jìn)行對(duì)比，對(duì)該試驗(yàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量情況做出一個(gè)初步判斷。然而，盡管文中涉及的試驗(yàn)均始終按照標(biāo)準(zhǔn)方法操作，項(xiàng)目實(shí)施和原始記錄等都經(jīng)質(zhì)量保證部門(mén)(QAU)的檢查并確認(rèn)符合GLP規(guī)范和SOP規(guī)定，但所得數(shù)據(jù)仍然具有局限性，比如在苯甲酸鈉生物降解過(guò)程中起關(guān)鍵性作用的接種物僅取自廣州2家生活污水處理廠(chǎng)，缺乏以廣州地區(qū)其他生活污水處理廠(chǎng)和廣州以外地區(qū)生活污水處理廠(chǎng)為接種物來(lái)源的相應(yīng)苯甲酸鈉降解率數(shù)據(jù)。而楊倩等[26]和楊婧等[27]研究指出，接種物易受到污水處理廠(chǎng)本身運(yùn)行工藝、不同地區(qū)的自然經(jīng)濟(jì)環(huán)境以及人們生活習(xí)慣等因素影響，微生物群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)差異性，進(jìn)而影響到試驗(yàn)的重復(fù)性及結(jié)果間的可比性。Ginkel等[28]、Vázquez-Rodríguez等[29]和Dechrugsa等[30]也指出，接種物來(lái)源不同，同一個(gè)化合物的快速生物降解性會(huì)呈現(xiàn)不一致性，因?yàn)榻臃N物不同，其組分尤其是微生物種群存在較大差異。另外，上述苯甲酸鈉快速生物降解性試驗(yàn)僅在本機(jī)構(gòu)完成，未與其他機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室間結(jié)果比對(duì)，不具備普遍適用性。因此如需進(jìn)行類(lèi)似數(shù)據(jù)評(píng)估，建議根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)一個(gè)完整的穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而得到更有針對(duì)性和指導(dǎo)性的質(zhì)量分析對(duì)照表，從而有效避免出現(xiàn)誤判的情況。

特別指出，由穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)分析得出試驗(yàn)結(jié)果可疑甚至離群時(shí)，并不等同于該試驗(yàn)無(wú)效，只是指示該試驗(yàn)系統(tǒng)可能存在嚴(yán)重的問(wèn)題或發(fā)生偏離，此時(shí)應(yīng)針對(duì)試驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)開(kāi)展全面的檢查和深入分析。只有當(dāng)該試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足所有相應(yīng)的質(zhì)量控制要求時(shí)，方能判定試驗(yàn)為有效。

[1] 環(huán)境保護(hù)部化學(xué)品登記中心《化學(xué)品測(cè)試方法》編委會(huì). 化學(xué)品測(cè)試方法 降解與蓄積卷[M]. 第二版. 北京: 中國(guó)環(huán)境出版社, 2013: 25-61

[2] United Nations. Globally Harmonized System of Classification and Labeling of Chemicals (GHS) [M]. 3rd ed. New York: United Nations Publication, 2009: 215-240

[3] Leeuwen C J V, Vermeire T G. Risk Assessment of Chemicals an Introduction [M]. 2nd ed. Dordrecht: Springer, 2007: 73-409

[4] 聶晶磊, 周紅, 刁樹(shù)林, 等. 新化學(xué)物質(zhì)環(huán)境管理與生態(tài)毒理學(xué)[J]. 毒理學(xué)雜志, 2005, 19(1): 12-14

[5] 周紅, 沈英娃, 羅桂玲, 等. 加強(qiáng)我國(guó)對(duì)新化學(xué)物質(zhì)的管理[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 1999, 12(6): 57-59

Zhou H, Chen Y W, Luo G L, et al. To strengthen the management on new chemicals in China [J]. Research of Environmental Sciences, 1999, 12(6): 57-59 (in Chinese)

[6] Organization for Economic Co-operation and Development. OECD Guideline for Testing of Chemicals [M]. Paris: OECD, 1992: 9-55

[7] OECD. OECD Guidelines for Testing of Chemicals, 301 Ready Biodegradability [S]. Paris: OECD, 1992

[8] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 21856-2008化學(xué)品 快速生物降解性 CO2產(chǎn)生試驗(yàn)[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2008

[9] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 21831-2008 化學(xué)品 快速生物降解 密閉瓶法試驗(yàn)[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2008

[10] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 21801-2008化學(xué)品 快速生物降解性: 呼吸計(jì)量法試驗(yàn)[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2008

[11] 奚旦立, 孫裕生, 劉秀英. 環(huán)境監(jiān)測(cè)[M]. 第三版. 北京: 高等教育出版社, 2004: 142

[12] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部. CJ/T 221-2005城市污水處理廠(chǎng)污泥檢驗(yàn)方法[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2006

[13] Mei C F, Liu Y Z, Long W N, et al. A comparative study of biodegradability of acarcinogenic aromatic amine (4,4′-diamino dipheny lmethane) with OECD 301 test methods [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2015, 111: 123-130

[14] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《化學(xué)品測(cè)試方法》編委會(huì). 化學(xué)品測(cè)試方法[M]. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2004: 329-369

[15] OECD. OECD Principles on Good Laboratory Practice [S]. Paris: OECD, 1998

[16] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局科技標(biāo)準(zhǔn)司. HJ/T 155-2004化學(xué)品測(cè)試合格實(shí)驗(yàn)室導(dǎo)則[S]. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2004

[17] 環(huán)境保護(hù)部. HJ 506-2009 水質(zhì) 溶解氧的測(cè)定 電化學(xué)探頭法[S]. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2009

[18] 中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì). 能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評(píng)價(jià)指南[S]. 北京:中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì), 2006

[19] 吳志清. 淺議實(shí)驗(yàn)室對(duì)比數(shù)據(jù)分析方法——穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)Z比分?jǐn)?shù)[J]. 云南冶金, 2011, 40(增刊): 163-167

Wu Z Q. Discussion on analytical method of lab data comparison -Robust statistic Z-score [J]. Yunnan Metallurgy, 2011, 40(Suppl.): 163-167 (in Chinese)

[20] 張媛, 張磊, 李建, 等. 穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)方法及t檢驗(yàn)法在活菌計(jì)數(shù)能力比對(duì)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)獸藥雜志, 2013, 47(4): 19-22

Zhang Y, Zhang L, Li J, et al. Application of robust statistic method and t test of proficiency testing for live bacteria counting [J]. Chinese Journal of Veterinary Drug, 2013, 47(4): 19-22 (in Chinese)

[21] 邢小茹, 馬小爽, 田文, 等. 實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)能力驗(yàn)證中的兩種穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)技術(shù)探討[J]. 中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè), 2011, 27(4): 4-8

Xing X R, Ma X S,Tian W, et al. Two robust statistic techniques in proficiency testing by interlaboratory comparisons [J]. Environmental Monitoring of China, 2011, 27(4): 4-8 (in Chinese)

[22] Todorov V, Filzmoser P. Robust statistic for the one-way MANOVA [J]. Computational Statistics and Data Analysis, 2010, 54: 37-48

[23] 徐楓, 周艷茁. Excel在穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)Z比分?jǐn)?shù)計(jì)算中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志, 2008, 18(8): 1668-1669

[24] 康國(guó)強(qiáng). EXCEL在概率計(jì)算中的應(yīng)用[J]. 安陽(yáng)大學(xué)學(xué)報(bào), 2003(1): 55-57

Kang G Q. Excel’application to probabilistic calculation [J]. Journal of Anyang University, 2003(1): 55-57 (in Chinese)

[25] 封躍鵬. 穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)技術(shù)及其在實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J]. 化學(xué)分析計(jì)量, 2007, 16(2): 55-57

Feng Y P. Robust statistical techniques and its application on proficiency testing inter-laboratory comparisons [J]. Chemical Analysis and Meterage, 2007, 16(2): 55-57 (in Chinese)

[26] 楊倩, 蔣陽(yáng)月, 王小軍, 等. 不同區(qū)域污水處理廠(chǎng)活性污泥中微生物菌落結(jié)構(gòu)分析[J]. 化工進(jìn)展, 2014, 33(12): 3329-3336

Yang Q, Jiang Y Y, Wang X J, et al. Diversity of bacterial groups in cultivated sludge samples from different areas of China [J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2014, 33(12): 3329-3336 (in Chinese)

[27] 楊婧, 陳曉倩, 殷浩文. 生物降解實(shí)驗(yàn)中的接種物標(biāo)準(zhǔn)化研究[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào), 2014, 8(5): 2146-2152

Yang J, Chen X Q, Yin H W. Study of inoculum standardization for biodegradation test [J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2014, 8(5): 2146-2152 (in Chinese)

[28] Ginkel C G V, Hann A, Luuten M L G C, et al. Influence of the size and source of the inoculum on biodegradation curves in closed-bottle tests [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 1995, 31: 218-223

[29] Vázquez-Rodríguez G A, Garabétian F, Rols J L. Inocula from activated sludge for ready biodegradability testing: Homogenization by preconditioning [J]. Chemosphere, 2007, 68: 1447-1454

[30] Dechrugsa S, Kantachote D, Chaiprapat S. Effects of inoculum to substrate ratio, substrate mix ratio and inoculum source on batch co-digestion of grass and pig manure [J]. Bioresource Technology, 2013, 146: 101-108

◆

Application of Robust Statistic Method in Quality Analysis of Ready Biodegradability Test

Deng Guirong1,2,3, Mei Chengfang1,2,3, Liu Yanzhen1,2,3, Zhang Hongtao1,2,3,4, Chen Zefang1,2,3, Zeng Guoqu1,2,3,*

1. Laboratory of Ecotoxicity and Environmental Safety, Guangdong Detection Center of Microbiology, Guangzhou 510070, China 2. Guangdong Provincial Key Laboratory of Microbial Culture Collection and Application, Guangdong Institute of Microbiology, Guangzhou 510070, China 3. State Key Laboratory of Applied Microbiology, Southern China, Guangzhou 510070, China 4. Foshan Research Center for Environmental Health and Safety Assessment, Foshan 528000, China

Received 30 March 2016 accepted 5 May 2016

Ready biodegradability test plays an important role in ecotoxicity testing of new chemicals. The reliability of ready biodegradation test results directly determines the subsequent testing strategy and affects the registration and declaration of new chemical substances, as well as the risk management after entering environment. In order to study the data quality of ready biodegradability series tests (OECD 301B, 301D and 301F), Z-score of robust statistics method was firstly used to analyze the 14 d biodegradation data of sodium benzoate which were produced by our laboratory in the past 5 years. The results showed that, when the biodegradation rates of sodium benzoate of 301B, 301D and 301F are within the range of 63.8%-88.0%, 63.4%-89.2% and 66.0%-99.8%, respectively, it indicates that the test results are satisfactory and the data quality are good. Otherwise, it means that there are some problems with the data and further verification is needed. As a result, a comparison table of quality analysis of ready biodegradability test was constructed for providing the references for quality analysis of ready biodegradability test of new chemical substances.

sodium benzoate; ready biodegradability; robust statistic; Z-score; quality analysis

新材料環(huán)境健康安全評(píng)價(jià)科技創(chuàng)新服務(wù)平臺(tái)(廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目，2013B090800004)

鄧桂榮(1984- )，男，工程師，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)毒理學(xué)，E-mail: deng8818@163.com；

*通訊作者(Corresponding author)， E-mail: zenggq@gddcm.com

10.7524/AJE.1673-5897.20160330004

2016-03-30 錄用日期：2016-05-05

1673-5897(2016)6-259-07

X171.5

A

曾國(guó)驅(qū)(1966-)，男，博士，研究員，主要研究方向?yàn)樯鷳B(tài)毒理學(xué)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇。

鄧桂榮, 梅承芳, 柳燕貞, 等. 穩(wěn)健統(tǒng)計(jì)在快速生物降解性試驗(yàn)質(zhì)量分析中的應(yīng)用[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2016, 11(6): 259-265

Deng G R, Mei C F, Liu Y Z, et al. Application of robust statistic method in quality analysis of ready biodegradability test [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2016, 11(6): 259-265 (in Chinese)