再也不為檢出限煩惱了！——檢出限的分類和計算
2018-08-15
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檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)(xian)(xian)和(he)靈敏(min)度(du)等(deng)共同是有(you)(you)關化學儀(yi)(yi)(yi)器(qi)和(he)方(fang)(fang)法(fa)(fa)具體量度(du)指(zhi)標, 標志著儀(yi)(yi)(yi)器(qi)和(he)方(fang)(fang)法(fa)(fa)使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)合理(li)與(yu)否, 是評價化學分(fen)析方(fang)(fang)法(fa)(fa)的(de)(de)(de)重要依據(ju)。檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)(xian)(xian)的(de)(de)(de)分(fen)類有(you)(you)很多種觀點(dian)：1分(fen)為儀(yi)(yi)(yi)器(qi)檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)(xian)(xian)、方(fang)(fang)法(fa)(fa)檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)(xian)(xian)和(he)樣(yang)品檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)(xian)(xian);2分(fen)為儀(yi)(yi)(yi)器(qi)檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)(xian)(xian)、方(fang)(fang)法(fa)(fa)檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)(xian)(xian)和(he)儀(yi)(yi)(yi)器(qi)的(de)(de)(de)測定(ding)下(xia)限(xian)(xian)(xian)(xian)和(he)方(fang)(fang)法(fa)(fa)的(de)(de)(de)測定(ding)下(xia)限(xian)(xian)(xian)(xian);3還有(you)(you)“方(fang)(fang)法(fa)(fa)檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)(xian)(xian)”、“儀(yi)(yi)(yi)器(qi)檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)(xian)(xian)”、“樣(yang)品檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)(xian)(xian)”、“檢(jian)(jian)測限(xian)(xian)(xian)(xian)”、“測定(ding)限(xian)(xian)(xian)(xian)”、“測定(ding)下(xia)限(xian)(xian)(xian)(xian)”、“最小(xiao)檢(jian)(jian)測濃度(du)”等(deng)跟檢(jian)(jian)出限(xian)(xian)(xian)(xian)有(you)(you)關的(de)(de)(de)名詞。
1 檢出限(xian)的分類和定(ding)義
國際(ji)純粹與應(ying)用化學(xue)聯合會 (IUPAC) 1997年出(chu)臺的(de)(de)《分(fen)(fen)(fen)析(xi)術語綱要》 (IUPAC Compendium of Analytical Nomenclature) 中規(gui)定:“檢出(chu)限以(yi)濃(nong)度(du)(du) (或(huo)質量(liang)(liang)) 表(biao)示, 是指由(you)特(te)定的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)析(xi)步驟能夠合理地檢測出(chu)的(de)(de)最小分(fen)(fen)(fen)析(xi)信號(hao)XL求得的(de)(de)最低(di)濃(nong)度(du)(du)cL (或(huo)質量(liang)(liang)qL) ”。
儀(yi)器(qi)(qi)(qi)檢(jian)出(chu)限 (instrument detection limit) 指(zhi)分析(xi)儀(yi)器(qi)(qi)(qi)能夠檢(jian)測的被分析(xi)物的最低量或最低濃(nong)度, 是在(zai)儀(yi)器(qi)(qi)(qi)正常(chang)工作(zuo)條件下, 儀(yi)器(qi)(qi)(qi)自身噪音引起(qi)測量讀數的飄移和波動。其物理(li)含(han)義是指(zhi)在(zai)一定的置信(xin)范圍內能與儀(yi)器(qi)(qi)(qi)噪音相區別的最小檢(jian)測信(xin)號對應的濃(nong)度值。
方(fang)法(fa)檢(jian)(jian)出(chu)(chu)限 (method detection limit) 是某分(fen)(fen)(fen)析(xi)方(fang)法(fa)可檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)的(de)待測(ce)(ce)(ce)元(yuan)素的(de)最小濃度(du)或含量(liang), 該過(guo)程包(bao)括樣(yang)品(pin)的(de)全部處理和測(ce)(ce)(ce)定, 即(ji)樣(yang)品(pin)制備和測(ce)(ce)(ce)定。方(fang)法(fa)檢(jian)(jian)出(chu)(chu)限反映了分(fen)(fen)(fen)析(xi)方(fang)法(fa)的(de)檢(jian)(jian)出(chu)(chu)靈(ling)敏度(du), 也是衡量(liang)不同的(de)實驗室(shi)、分(fen)(fen)(fen)析(xi)方(fang)法(fa)和分(fen)(fen)(fen)析(xi)人(ren)員效能的(de)一(yi)個相(xiang)對標準, 是分(fen)(fen)(fen)析(xi)化學中質量(liang)控制的(de)一(yi)個重要概(gai)念(nian)和參數。
樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)檢(jian)(jian)出(chu)(chu)(chu)限(xian) (sample detection limit) , 即單(dan)個樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)檢(jian)(jian)出(chu)(chu)(chu)限(xian), 指(zhi)相(xiang)對(dui)(dui)于空(kong)白可檢(jian)(jian)測的(de)(de)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)最小含量。對(dui)(dui)于單(dan)個樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)確(que)定檢(jian)(jian)出(chu)(chu)(chu)限(xian), 必須固(gu)定樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)基體, 即樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)檢(jian)(jian)出(chu)(chu)(chu)限(xian)的(de)(de)確(que)定應使用(yong)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)本身(shen), 采取標準(zhun)加入法作(zuo)出(chu)(chu)(chu)和方法檢(jian)(jian)出(chu)(chu)(chu)限(xian)類(lei)似(si)的(de)(de)曲線, 使用(yong)外(wai)推(tui)法進行計算。通常(chang)情況下, 樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)檢(jian)(jian)出(chu)(chu)(chu)限(xian)要比方法檢(jian)(jian)出(chu)(chu)(chu)限(xian)大。樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)檢(jian)(jian)出(chu)(chu)(chu)限(xian)具有(you)針(zhen)對(dui)(dui)性(xing)和實(shi)用(yong)性(xing), 是(shi)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)測試(shi)一個重要的(de)(de)質控(kong)指(zhi)標, 也可用(yong)于不同(tong)實(shi)驗室(shi)或不同(tong)分析方法測定同(tong)一類(lei)型樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)優劣(lie)比較(jiao)。
測(ce)(ce)定(ding)下限 (minimum quantitative detection limit) 指(zhi)在(zai)限定(ding)誤(wu)差(cha)能(neng)滿(man)足預定(ding)要求的(de)前提下, 用(yong)特定(ding)方法能(neng)夠準確(que)定(ding)量(liang)測(ce)(ce)定(ding)待測(ce)(ce)物質的(de)最低定(ding)量(liang)檢測(ce)(ce)限。
2 方(fang)(fang)法檢出(chu)限的計算方(fang)(fang)法2.1 全程序空(kong)白值確定法
空(kong)白(bai)(bai)試(shi)驗中(zhong)(zhong)檢測出(chu)(chu)目標物質(zhi), 且空(kong)白(bai)(bai)試(shi)驗任意(yi)測定值之(zhi)間可(ke)允許的(de)差異范(fan)圍為“空(kong)白(bai)(bai)試(shi)驗測定值的(de)均(jun)值±估計檢出(chu)(chu)限的(de)1/2”以內, 可(ke)按全程序空(kong)白(bai)(bai)值計算方法檢出(chu)(chu)限。按照(zhao)樣品分(fen)析的(de)全部步驟, 重(zhong)復(fu)n (n≥7) 次空(kong)白(bai)(bai)試(shi)驗, 將各(ge)測定結果換算為樣品中(zhong)(zhong)的(de)濃度或含量, 計算n次平行(xing)測定的(de)標準偏(pian)差, 按公式 (1) 計算方法檢出(chu)(chu)限。
式(shi)中:MDL—方法檢出限;n—樣品的(de)(de)(de)平行測定(ding)次(ci)數;t—自由度(du)為n-1, 置信度(du)為99%時的(de)(de)(de)t分布(bu) (單側) ;S—n次(ci)平行測定(ding)的(de)(de)(de)標準偏差。
美(mei)國EPA SW-846 (固體廢(fei)棄物化學物理分析方法(fa)) 中(zhong)規定方法(fa)檢出限, 按公式 (2) 計(ji)算。
式中:δ—空白平行測定(ding) (批內(nei)) 標準(zhun)偏差。
《全球環境監(jian)測(ce)系統水監(jian)測(ce)操作(zuo)指南》中規定(ding):給(gei)定(ding)置(zhi)信水平(ping)為(wei)(wei)95%時, 樣品測(ce)定(ding)值(zhi)與(yu)零濃(nong)度樣品的測(ce)定(ding)值(zhi)有顯著(zhu)差異即為(wei)(wei)檢(jian)出限(xian) (D.L) , 按公式 (3) 計算。。
式中:δ—空(kong)白(bai)平行測(ce)定(ding) (批內) 標準偏差。
2.2 空(kong)白加(jia)標實驗確定法(fa)
空白(bai)試驗(yan)中未檢測(ce)出(chu)(chu)目標(biao)物(wu)質, 可按(an)空白(bai)加標(biao)實(shi)驗(yan)確定(ding)(ding)檢出(chu)(chu)限。按(an)照樣品分(fen)析的(de)全部步驟, 對濃度值或含量為估計方(fang)法檢出(chu)(chu)限值2~5倍的(de)樣品進行(xing)n (n≥7) 次平(ping)行(xing)測(ce)定(ding)(ding), 計算(suan)n次平(ping)行(xing)測(ce)定(ding)(ding)的(de)標(biao)準(zhun)偏(pian)差, 按(an)公式 (1) 計算(suan)方(fang)法檢出(chu)(chu)限。
檢出(chu)限值合(he)理性判斷(duan):空(kong)白(bai)加(jia)標(biao)后濃(nong)度超(chao)過計算(suan)出(chu)的方(fang)(fang)法(fa)檢出(chu)限的10倍(bei), 或者(zhe)低(di)于(yu)計算(suan)出(chu)的方(fang)(fang)法(fa)檢出(chu)限值, 需要調整(zheng)(zheng)加(jia)標(biao)量(liang)后重(zhong)(zhong)新進行測(ce)定(ding)(ding)。將兩批測(ce)定(ding)(ding)后方(fang)(fang)差(cha)較大的記為(wei), 較小的記為(wei), 若SA2/SB2>3.05, 則將本批測(ce)定(ding)(ding)的方(fang)(fang)差(cha)標(biao)記為(wei)前一批測(ce)定(ding)(ding)的方(fang)(fang)差(cha), 再調整(zheng)(zheng)加(jia)標(biao)量(liang)重(zhong)(zhong)新測(ce)定(ding)(ding)。若SA2/SB2<3.05, 則按(an)公式 (4) 和公式 (5) 計算(suan)方(fang)(fang)法(fa)檢出(chu)限。
式(shi)中:νA—方差(cha)較大批(pi)(pi)次的自由(you)度(du), nA-1;νB—方差(cha)較小批(pi)(pi)次的自由(you)度(du), nB-1;Sp—組合標準偏差(cha);t—自由(you)度(du)為νA+νB, 置信度(du)為99%時的t分布。
2.3 儀(yi)器噪聲(sheng)確(que)定法
國(guo)際純(chun)粹(cui)和應用化學聯合會 (IUPAC) 規定:對各種(zhong)光學分析(xi)方法(fa), 檢(jian)出(chu)限可用儀(yi)器噪聲確(que)定, 按(an)公式 (6) 和公式 (7) 計算。
式中:XL—可(ke)測量(liang)的(de)最小分(fen)析信(xin)號(hao);Xo—空白(bai)多次測得信(xin)號(hao)的(de)平(ping)均值, 實驗次數至少20次;So—空白(bai)多次測得信(xin)號(hao)的(de)標(biao)準(zhun)偏差;K—根據一定(ding)置信(xin)水平(ping)確定(ding)的(de)系數, 一般選(xuan)為3 (相應的(de)置信(xin)水平(ping)大約(yue)為90%) 。
與XL-Xo相應(ying)的濃度或量即為檢(jian)出限MDL:
式中:k—分(fen)析校正曲線的斜率(lv) (即靈(ling)敏度) 。
2.4 分光光度法(fa)檢(jian)出(chu)限(xian)的確(que)定(ding)
分(fen)光(guang)光(guang)度法(fa) (包括(kuo)原子吸(xi)收分(fen)光(guang)光(guang)度法(fa)) 中, 在沒有前處理的情況(kuang)下, 以扣除空白(bai)值(zhi)后的與0.01吸(xi)光(guang)度相(xiang)對應的濃度值(zhi)做為檢出限, 按公式(shi) (8) 計算。
式(shi)中(zhong):b—回歸直線斜(xie)率。
2.5 滴(di)定法(fa)檢出限的確定
一般根(gen)據所用的滴(di)定管(guan)產(chan)生的最(zui)小液滴(di)的體積按(an)公式 (9) 計算。
式中:λ—被(bei)測(ce)組分(fen)與滴(di)定(ding)(ding)液(ye)的(de)(de)摩(mo)(mo)爾比;ρ—滴(di)定(ding)(ding)液(ye)的(de)(de)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)濃(nong)度(du);V0—滴(di)定(ding)(ding)管所產生的(de)(de)最(zui)小液(ye)滴(di)體(ti)積;M0—滴(di)定(ding)(ding)液(ye)的(de)(de)摩(mo)(mo)爾質(zhi)(zhi)量(liang)(liang);V1—被(bei)測(ce)組分(fen)的(de)(de)取樣體(ti)積;M1—被(bei)測(ce)項目的(de)(de)摩(mo)(mo)爾質(zhi)(zhi)量(liang)(liang);k—當為一次滴(di)定(ding)(ding)時, k=1, 當為反滴(di)定(ding)(ding)或間接滴(di)定(ding)(ding)時k=2。
2.6 離子選擇電極法檢出限的確定
當校準(zhun)曲(qu)線(xian)的(de)(de)直(zhi)(zhi)線(xian)部(bu)分外延的(de)(de)延長線(xian)與通過空白電位且平(ping)行(xing)于濃度(du)軸的(de)(de)直(zhi)(zhi)線(xian)相交時, 其交點所對應的(de)(de)濃度(du)值即(ji)為該離(li)子選(xuan)擇電極法(fa)的(de)(de)檢出(chu)限。
2.7 氣相色譜(pu)分析檢出限的確定
氣相色譜分析的(de)(de)最(zui)小檢出量系(xi)指檢測器恰能產生與(yu)(yu)噪(zao)聲相區(qu)別的(de)(de)響應(ying)信(xin)號(hao)時所(suo)需進入色譜柱的(de)(de)物質的(de)(de)最(zui)小量, 一般(ban)認為(wei)恰能辨(bian)別的(de)(de)響應(ying)信(xin)號(hao), 最(zui)小應(ying)為(wei)噪(zao)聲的(de)(de)兩倍(bei), 最(zui)小檢測濃度系(xi)指最(zui)小檢測量與(yu)(yu)進樣(yang)量 (體積) 之(zhi)比。
2.8 X射(she)線熒光光譜(pu)法方(fang)法檢出(chu)限的確(que)定
X射線(xian)熒光(guang)光(guang)譜法(fa)(fa)方法(fa)(fa)檢出限按公式(shi) (10) 計算。
式中:m—單位含量的計數率(lv) (斜(xie)率(lv)) ;IB—背景的計數率(lv);t—峰值(zhi)和背景總計數時間。
選擇(ze)不(bu)(bu)同方(fang)法檢出限得出的(de)結果(guo)不(bu)(bu)同, 工作中可根(gen)據具(ju)體條件選擇(ze)合適的(de)方(fang)法計算, 不(bu)(bu)過由測(ce)得的(de)空白值計算出的(de)檢出限不(bu)(bu)應大于(yu)分析方(fang)法規(gui)定(ding)的(de)檢出限, 如大于(yu)方(fang)法規(gui)定(ding)值, 必(bi)須找(zhao)出原因降(jiang)低(di)空白值。
檢(jian)出限(xian)(xian)(xian)是分(fen)(fen)析(xi)質量控制(zhi)的一(yi)(yi)個重(zhong)要(yao)概(gai)念(nian)(nian)和參數(shu), 但目前(qian)國家無統(tong)(tong)一(yi)(yi)方(fang)法(fa)(fa)進(jin)行檢(jian)出限(xian)(xian)(xian)計算(suan)。檢(jian)出限(xian)(xian)(xian)僅(jin)僅(jin)是一(yi)(yi)種定性(xing)的判斷依據, 是粗略(lve)表征測(ce)試體系性(xing)能的概(gai)念(nian)(nian), 不能用(yong)于(yu)真實分(fen)(fen)析(xi), 通常(chang)約定統(tong)(tong)一(yi)(yi)的檢(jian)出限(xian)(xian)(xian)計算(suan)方(fang)法(fa)(fa), 將其用(yong)于(yu)儀器比較及(ji)方(fang)法(fa)(fa)比對(dui)(dui)。隨著分(fen)(fen)析(xi)測(ce)試技術(shu)的發展(zhan), 痕(hen)量分(fen)(fen)析(xi)逐(zhu)漸成為實驗室(shi)的主要(yao)工作, 其對(dui)(dui)檢(jian)出限(xian)(xian)(xian)的確定提出了更高的要(yao)求(qiu)。因此(ci), 對(dui)(dui)檢(jian)出限(xian)(xian)(xian)的計算(suan)方(fang)法(fa)(fa)進(jin)行統(tong)(tong)一(yi)(yi)能夠不斷促進(jin)分(fen)(fen)析(xi)測(ce)試技術(shu)的發展(zhan)。
