再也不為檢出限煩惱了！——檢出限的分類和計算
2018-08-15
作者：
瀏覽數：1499
檢出(chu)(chu)(chu)(chu)限(xian)(xian)(xian)和(he)靈敏度(du)等共同是有(you)關化學儀(yi)器(qi)(qi)和(he)方(fang)(fang)法具(ju)體量度(du)指標(biao), 標(biao)志著儀(yi)器(qi)(qi)和(he)方(fang)(fang)法使用(yong)的合理與否(fou), 是評(ping)價化學分析方(fang)(fang)法的重要依據。檢出(chu)(chu)(chu)(chu)限(xian)(xian)(xian)的分類有(you)很多種(zhong)觀點：1分為(wei)(wei)儀(yi)器(qi)(qi)檢出(chu)(chu)(chu)(chu)限(xian)(xian)(xian)、方(fang)(fang)法檢出(chu)(chu)(chu)(chu)限(xian)(xian)(xian)和(he)樣品檢出(chu)(chu)(chu)(chu)限(xian)(xian)(xian);2分為(wei)(wei)儀(yi)器(qi)(qi)檢出(chu)(chu)(chu)(chu)限(xian)(xian)(xian)、方(fang)(fang)法檢出(chu)(chu)(chu)(chu)限(xian)(xian)(xian)和(he)儀(yi)器(qi)(qi)的測(ce)定下限(xian)(xian)(xian)和(he)方(fang)(fang)法的測(ce)定下限(xian)(xian)(xian);3還(huan)有(you)“方(fang)(fang)法檢出(chu)(chu)(chu)(chu)限(xian)(xian)(xian)”、“儀(yi)器(qi)(qi)檢出(chu)(chu)(chu)(chu)限(xian)(xian)(xian)”、“樣品檢出(chu)(chu)(chu)(chu)限(xian)(xian)(xian)”、“檢測(ce)限(xian)(xian)(xian)”、“測(ce)定限(xian)(xian)(xian)”、“測(ce)定下限(xian)(xian)(xian)”、“最小檢測(ce)濃度(du)”等跟檢出(chu)(chu)(chu)(chu)限(xian)(xian)(xian)有(you)關的名(ming)詞。
1 檢出限的分類(lei)和定義(yi)
國際(ji)純粹與應用化學聯合(he)會(hui) (IUPAC) 1997年出臺(tai)的(de)《分析(xi)術語綱要》 (IUPAC Compendium of Analytical Nomenclature) 中規定(ding):“檢出限以(yi)濃(nong)度 (或質量(liang)) 表示, 是(shi)指由特定(ding)的(de)分析(xi)步驟(zou)能夠合(he)理(li)地檢測出的(de)最(zui)小(xiao)分析(xi)信(xin)號XL求得的(de)最(zui)低濃(nong)度cL (或質量(liang)qL) ”。
儀(yi)(yi)(yi)(yi)器(qi)(qi)檢(jian)出限 (instrument detection limit) 指分(fen)析儀(yi)(yi)(yi)(yi)器(qi)(qi)能夠檢(jian)測的(de)被(bei)分(fen)析物的(de)最(zui)低量(liang)或最(zui)低濃(nong)度, 是(shi)在儀(yi)(yi)(yi)(yi)器(qi)(qi)正常工(gong)作條件下, 儀(yi)(yi)(yi)(yi)器(qi)(qi)自身噪(zao)音(yin)引起測量(liang)讀數的(de)飄(piao)移和波(bo)動。其物理含義是(shi)指在一定的(de)置(zhi)信(xin)范圍內(nei)能與儀(yi)(yi)(yi)(yi)器(qi)(qi)噪(zao)音(yin)相(xiang)區別的(de)最(zui)小檢(jian)測信(xin)號對應的(de)濃(nong)度值。
方(fang)法(fa)檢(jian)出限(xian) (method detection limit) 是(shi)某分析(xi)(xi)方(fang)法(fa)可(ke)檢(jian)測的待測元素的最小濃度(du)或含量, 該過程包括(kuo)樣品的全部處理(li)和(he)測定(ding), 即樣品制備(bei)和(he)測定(ding)。方(fang)法(fa)檢(jian)出限(xian)反(fan)映了分析(xi)(xi)方(fang)法(fa)的檢(jian)出靈(ling)敏(min)度(du), 也是(shi)衡量不(bu)同(tong)的實驗室、分析(xi)(xi)方(fang)法(fa)和(he)分析(xi)(xi)人員效能的一(yi)個相對標準, 是(shi)分析(xi)(xi)化學中質量控制的一(yi)個重要概念和(he)參數(shu)。
樣(yang)(yang)品(pin)(pin)檢(jian)出(chu)限(xian)(xian) (sample detection limit) , 即單(dan)個(ge)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)檢(jian)出(chu)限(xian)(xian), 指(zhi)相(xiang)對于空(kong)白可(ke)檢(jian)測(ce)的(de)(de)(de)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)最小含量。對于單(dan)個(ge)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)確(que)(que)定(ding)檢(jian)出(chu)限(xian)(xian), 必須(xu)固定(ding)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)基體, 即樣(yang)(yang)品(pin)(pin)檢(jian)出(chu)限(xian)(xian)的(de)(de)(de)確(que)(que)定(ding)應使用樣(yang)(yang)品(pin)(pin)本身(shen), 采取標準加入法(fa)(fa)(fa)作出(chu)和方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)檢(jian)出(chu)限(xian)(xian)類(lei)似的(de)(de)(de)曲線, 使用外推法(fa)(fa)(fa)進行計算(suan)。通常情況下(xia), 樣(yang)(yang)品(pin)(pin)檢(jian)出(chu)限(xian)(xian)要比方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)檢(jian)出(chu)限(xian)(xian)大(da)。樣(yang)(yang)品(pin)(pin)檢(jian)出(chu)限(xian)(xian)具有針對性(xing)和實用性(xing), 是(shi)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)測(ce)試(shi)一(yi)個(ge)重要的(de)(de)(de)質控指(zhi)標, 也可(ke)用于不同實驗室或(huo)不同分析方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)測(ce)定(ding)同一(yi)類(lei)型(xing)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)的(de)(de)(de)優劣(lie)比較。
測(ce)(ce)定(ding)下限(xian) (minimum quantitative detection limit) 指在限(xian)定(ding)誤差能(neng)(neng)滿足預(yu)定(ding)要求的(de)前提下, 用特定(ding)方法能(neng)(neng)夠準(zhun)確定(ding)量測(ce)(ce)定(ding)待測(ce)(ce)物質的(de)最低定(ding)量檢測(ce)(ce)限(xian)。
2 方法(fa)(fa)檢出限的計(ji)算方法(fa)(fa)2.1 全程序空白值確定法(fa)(fa)
空白(bai)試(shi)驗中檢測(ce)(ce)出(chu)目標物質(zhi), 且空白(bai)試(shi)驗任意(yi)測(ce)(ce)定值之間可允許(xu)的差(cha)(cha)異范圍(wei)為“空白(bai)試(shi)驗測(ce)(ce)定值的均(jun)值±估計(ji)檢出(chu)限(xian)(xian)的1/2”以內(nei), 可按全(quan)程(cheng)序空白(bai)值計(ji)算(suan)方法(fa)(fa)檢出(chu)限(xian)(xian)。按照樣品(pin)分(fen)析的全(quan)部步驟, 重復n (n≥7) 次(ci)空白(bai)試(shi)驗, 將(jiang)各測(ce)(ce)定結(jie)果換算(suan)為樣品(pin)中的濃度或(huo)含量, 計(ji)算(suan)n次(ci)平行測(ce)(ce)定的標準偏差(cha)(cha), 按公式(shi) (1) 計(ji)算(suan)方法(fa)(fa)檢出(chu)限(xian)(xian)。
式中(zhong):MDL—方法檢出限;n—樣品的平(ping)行測(ce)定次數;t—自(zi)由度為n-1, 置(zhi)信度為99%時的t分布 (單側) ;S—n次平(ping)行測(ce)定的標準偏差(cha)。
美國EPA SW-846 (固(gu)體廢棄物化學物理(li)分析(xi)方(fang)法) 中規定方(fang)法檢出限(xian), 按公(gong)式(shi) (2) 計(ji)算。
式中:δ—空白(bai)平(ping)行測定 (批內) 標準偏差。
《全球環境監測(ce)系統水(shui)監測(ce)操作指南》中(zhong)規定:給定置信水(shui)平為95%時, 樣品(pin)(pin)測(ce)定值(zhi)與零濃度樣品(pin)(pin)的測(ce)定值(zhi)有(you)顯著差異即(ji)為檢出(chu)限 (D.L) , 按(an)公式 (3) 計(ji)算。。
式中(zhong):δ—空白(bai)平行測定 (批內) 標準偏差(cha)。
2.2 空白加標實驗(yan)確定法
空(kong)(kong)白試驗(yan)中未檢測(ce)出(chu)目標(biao)物質, 可按(an)空(kong)(kong)白加(jia)標(biao)實驗(yan)確定(ding)檢出(chu)限(xian)(xian)。按(an)照樣(yang)品(pin)分析的全部步驟, 對濃度值或含量為估(gu)計方法(fa)檢出(chu)限(xian)(xian)值2~5倍的樣(yang)品(pin)進(jin)行n (n≥7) 次(ci)平行測(ce)定(ding), 計算(suan)(suan)n次(ci)平行測(ce)定(ding)的標(biao)準偏差, 按(an)公(gong)式 (1) 計算(suan)(suan)方法(fa)檢出(chu)限(xian)(xian)。
檢(jian)(jian)出(chu)限(xian)值合理性判(pan)斷:空白加標(biao)后(hou)濃度超(chao)過計算出(chu)的(de)方(fang)法檢(jian)(jian)出(chu)限(xian)的(de)10倍, 或者低于計算出(chu)的(de)方(fang)法檢(jian)(jian)出(chu)限(xian)值, 需要調(diao)整加標(biao)量(liang)后(hou)重新進行測(ce)定(ding)。將兩批(pi)測(ce)定(ding)后(hou)方(fang)差較大的(de)記(ji)為, 較小(xiao)的(de)記(ji)為, 若(ruo)SA2/SB2>3.05, 則將本批(pi)測(ce)定(ding)的(de)方(fang)差標(biao)記(ji)為前一批(pi)測(ce)定(ding)的(de)方(fang)差, 再(zai)調(diao)整加標(biao)量(liang)重新測(ce)定(ding)。若(ruo)SA2/SB2<3.05, 則按公(gong)式 (4) 和公(gong)式 (5) 計算方(fang)法檢(jian)(jian)出(chu)限(xian)。
式中(zhong):νA—方差(cha)較大(da)批次的自由度(du)(du), nA-1;νB—方差(cha)較小(xiao)批次的自由度(du)(du), nB-1;Sp—組(zu)合(he)標準偏差(cha);t—自由度(du)(du)為νA+νB, 置信度(du)(du)為99%時的t分(fen)布(bu)。
2.3 儀器噪(zao)聲確定(ding)法
國際純粹和(he)應用化學聯合(he)會 (IUPAC) 規定(ding):對各種光(guang)學分析方法, 檢出限可用儀器噪聲確定(ding), 按公式(shi) (6) 和(he)公式(shi) (7) 計算。
式中:XL—可測(ce)量的(de)(de)最小分析(xi)信號;Xo—空白多次(ci)測(ce)得(de)信號的(de)(de)平(ping)均值, 實驗次(ci)數至少(shao)20次(ci);So—空白多次(ci)測(ce)得(de)信號的(de)(de)標(biao)準偏差;K—根據一(yi)定置(zhi)信水平(ping)確(que)定的(de)(de)系數, 一(yi)般選為3 (相(xiang)應的(de)(de)置(zhi)信水平(ping)大約為90%) 。
與XL-Xo相應(ying)的濃(nong)度或(huo)量(liang)即為檢出限MDL:
式中:k—分析校正曲線(xian)的(de)斜(xie)率 (即靈(ling)敏度) 。
2.4 分光光度(du)法檢出(chu)限(xian)的確定
分光(guang)光(guang)度(du)法 (包括原子吸收分光(guang)光(guang)度(du)法) 中(zhong), 在沒有前(qian)處理的(de)(de)情(qing)況下, 以(yi)扣(kou)除空(kong)白值后的(de)(de)與0.01吸光(guang)度(du)相(xiang)對應的(de)(de)濃度(du)值做為檢(jian)出限, 按公式 (8) 計算。
式(shi)中(zhong):b—回歸直線斜率。
2.5 滴定法檢出限的確定
一般根據所(suo)用的滴(di)定管產(chan)生的最小液滴(di)的體積(ji)按公式 (9) 計算。
式中:λ—被測(ce)組(zu)分與滴(di)(di)(di)(di)定(ding)(ding)液的(de)(de)(de)摩爾比;ρ—滴(di)(di)(di)(di)定(ding)(ding)液的(de)(de)(de)質量(liang)濃度;V0—滴(di)(di)(di)(di)定(ding)(ding)管(guan)所產生的(de)(de)(de)最小液滴(di)(di)(di)(di)體積(ji);M0—滴(di)(di)(di)(di)定(ding)(ding)液的(de)(de)(de)摩爾質量(liang);V1—被測(ce)組(zu)分的(de)(de)(de)取樣體積(ji);M1—被測(ce)項目的(de)(de)(de)摩爾質量(liang);k—當(dang)為一次(ci)滴(di)(di)(di)(di)定(ding)(ding)時, k=1, 當(dang)為反(fan)滴(di)(di)(di)(di)定(ding)(ding)或間(jian)接滴(di)(di)(di)(di)定(ding)(ding)時k=2。
2.6 離(li)子選擇電(dian)極(ji)法檢出限的確(que)定(ding)
當校準曲線(xian)的(de)(de)(de)直線(xian)部分外延的(de)(de)(de)延長線(xian)與通過空(kong)白電位且(qie)平行于濃度軸的(de)(de)(de)直線(xian)相交時, 其交點所對應(ying)的(de)(de)(de)濃度值即為該離子選擇電極法(fa)的(de)(de)(de)檢出限。
2.7 氣相色譜分(fen)析(xi)檢出限的確(que)定
氣相色譜(pu)分析的(de)(de)最(zui)(zui)小(xiao)檢(jian)出量系指檢(jian)測器恰(qia)能產生(sheng)與(yu)噪聲相區別(bie)的(de)(de)響(xiang)應(ying)信號時(shi)所需進(jin)入色譜(pu)柱的(de)(de)物質的(de)(de)最(zui)(zui)小(xiao)量, 一(yi)般認為恰(qia)能辨別(bie)的(de)(de)響(xiang)應(ying)信號, 最(zui)(zui)小(xiao)應(ying)為噪聲的(de)(de)兩倍, 最(zui)(zui)小(xiao)檢(jian)測濃度系指最(zui)(zui)小(xiao)檢(jian)測量與(yu)進(jin)樣量 (體積) 之比。
2.8 X射線(xian)熒(ying)光(guang)光(guang)譜(pu)法(fa)方法(fa)檢出限的(de)確定
X射線(xian)熒光(guang)光(guang)譜法方法檢出限按公式 (10) 計(ji)算。
式中:m—單位含量的(de)計數率(lv) (斜(xie)率(lv)) ;IB—背景的(de)計數率(lv);t—峰值和背景總計數時間。
選擇不(bu)(bu)同方法檢(jian)出(chu)限得出(chu)的(de)(de)結果不(bu)(bu)同, 工作中可(ke)根據(ju)具體條(tiao)件選擇合適(shi)的(de)(de)方法計算, 不(bu)(bu)過(guo)由(you)測得的(de)(de)空(kong)白(bai)值計算出(chu)的(de)(de)檢(jian)出(chu)限不(bu)(bu)應(ying)大于(yu)分析方法規(gui)定的(de)(de)檢(jian)出(chu)限, 如大于(yu)方法規(gui)定值, 必(bi)須(xu)找出(chu)原因降低空(kong)白(bai)值。
檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)是分析(xi)(xi)質量控制的(de)(de)一(yi)個重要概念和參數, 但目前國(guo)家無(wu)統(tong)(tong)一(yi)方(fang)法進行檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)計(ji)算(suan)。檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)僅(jin)僅(jin)是一(yi)種定性的(de)(de)判斷依據, 是粗略表征測試體系(xi)性能(neng)的(de)(de)概念, 不能(neng)用(yong)于真(zhen)實分析(xi)(xi), 通常約定統(tong)(tong)一(yi)的(de)(de)檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)計(ji)算(suan)方(fang)法, 將(jiang)其(qi)用(yong)于儀(yi)器比較及方(fang)法比對。隨(sui)著分析(xi)(xi)測試技術的(de)(de)發展, 痕(hen)量分析(xi)(xi)逐漸成為實驗室的(de)(de)主要工作, 其(qi)對檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)的(de)(de)確定提(ti)出了更高(gao)的(de)(de)要求。因此, 對檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)的(de)(de)計(ji)算(suan)方(fang)法進行統(tong)(tong)一(yi)能(neng)夠不斷促進分析(xi)(xi)測試技術的(de)(de)發展。
