水質分析中的檢出限及其確定方法

1、1 水質分析中的檢出限及其確定方法 劉麗君，張秀忠，陸坤明 摘要：鑒丁目前對分析方法檢出限確定方法的不一致性，該文對與檢出限有 關的一些定義進行了闡述和比較，同時對目前國外水質分析中普遍采用的檢出限 的測定方法進行了詳細的介紹，該方法具有較強的可操作性和合理性。 關鍵詞：水質分析，檢出限，方法檢出限 檢出限是分析方法中的一個重要質控參數(shù)。設定分析方法的檢出限，可以避 免在進行低水平檢測時，報告結果出現(xiàn) 假負值”或假正值”同時，還可以據(jù)此對不 同的分析方法進行比較。然而，由丁檢出限這個術語本身的定義不一致性，以及 分析方法本身的復雜性和多樣性，所以在實際應用中還存在許多爭議，目前也沒 有一種為大

2、家所普遍接受的檢出限的計算方法。因此，本文試圖根據(jù)國內外有關 資料對檢出限的概念和定義作一些闡述，同時對水質分析中常用分析方法檢出限 的測定方法進行介紹和分析，希望能對從事水質分析的同行在處理有關的具體問 題時提供一些有益的幫助。 1檢出限的基本概念 1.1 檢出限(Detection Limit, DL 或 Limit of Detection, LOD)；環(huán)境水質監(jiān)測 質量保證手冊中對檢出限的定義為：特定分析方法在給定的置信度內可從樣品 中檢出待測物質的最小濃度或最小量。檢出限是以一定的置信水平為基礎的量值， 并且隨介質、被分析組分以及分析方法的不同而不同。 美國自然資源辦公室(DNR)

3、以產生的信噪比大丁 5所對應的濃度來作為LOD ,而美國水和廢水標準檢驗法將 LOD定為能產生2(或1.645)倍丁空白樣品分析的平均標準偏差的信號所對應的待 測物濃度。 1.2儀器的檢出限(Instrument Detection Limit,IDL):是指分析儀器能夠檢測的 被分析物的最低量或濃度，這個濃度與特定的儀器能夠從背景噪音中辨別的最小 響應信號相對應。比如色譜儀的檢出限是產生至少 2倍丁基線噪音的進樣量。儀 器的檢出限不考慮任何樣品制備步驟的影響，因此，其值總是比方法的檢出限要 低。儀器的檢出限一般不用丁最終的數(shù)據(jù)報告，而主要用丁數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，以 及不同儀器的性能比較。 1.3

4、方法檢出限(Method Detection Limit,MDL):是指在通過某一種分析方法的全部 處理和測定過程之后(包括樣品制備和樣品測定)，被測定物質產生的信號能以99% 置信度區(qū)別2 于空白樣品而被測定出來的最低濃度。方法的檢出限與儀器的檢出限 相似，但考慮了樣品分析前的所有制備過程的影響。方法的檢出限是我們建立分 析方法時最關心的一個參數(shù)，本文隨后將對其意義及測定方法進行詳細的討論。 1.4定量限(Limit of Quantitation, LOQ):被測組分的濃度能產生比空白足夠大 的信號,這個信號能夠被良好實驗室在常規(guī)操作條件下以指定的置信水平定量檢 出，這個濃度就是定量限。一

5、般以產生10倍試劑空白的標準偏差的信號所對應的 濃度作為定量限。LOQ隨介質、分析方法和分析對象的不同而不同。 上述四個定義相應的數(shù)值有這樣的近似關系，即： IDL:LOD:MDL:LOQ=1:2:4:10 。 1.5應用定量限(Practical Quantitation Limit,PQL):是指在實際操作和常規(guī)分 析上能達到的定量限，這個定量限能保證檢測結果有較高的準確性(置信度 99.9 % ) ; POL 一般為MDL的3-10倍，是指能夠準確測定的最低濃度，而不僅僅 是能檢出。 1.6報出限(Reporting limit or reporting level );是一個任意值，低

6、于這個值的 數(shù)據(jù)不報出。報出限可以采取統(tǒng)計的方法確定，也可以根據(jù)分析人員的經(jīng)驗和判 斷估計。低于報出限的結果可以以 “報出限”來表示。 1.7假正值或Type I (alpha)誤差：當樣品中某物質確實不存在時，測定的結 果卻表明它存在。 1.8假負值或Type (beta)誤差：當樣品中某物質確實存在時，測定的結果是 不存在。 2方法檢出限(MDL)的意義 對于低濃度檢測數(shù)據(jù)的報告方法一直存在較多的爭議。一般傾向于以最低報 出限(Minimum Reporting Level, MRL) 來報告，低于 MRL的結果報告為 未檢出” 或“ MRL因此，合理地確定 MRL值對于檢出限附近的低濃度

7、結果的報告具有 重要的意義。由于對MRL的定義不明確，只要測定是可靠的，實驗室、分析人員 或數(shù)據(jù)用戶可以根據(jù)自己的理解將它定為任何可以接受的值，比如，從統(tǒng)計方法 導出的MRL有采用應用定量限(PQL )的，有采用定量限(LOQ)的，有采用方法檢 出限(MDL)的，還有采用檢出限(LOD)的。由于主觀的因素比較多，國外的一些水 質管理部門已經(jīng)不再采用 MRL作為低濃度檢測結果的報告，而代之以方法的檢出 限(MDL)或修正的方法檢出限。如果 MDL設置太低，當被分析物的濃度在 MDL 附近時，由于方法不能夠可靠地辨別噪音和被分析物的響應信號，出3 現(xiàn)假正值和 假負值的幾率就會增加，從而誤導檢測結果

8、；反之，如果MDL設置太高，雖然會提 高檢測結果的可靠性，但對于一些限制標準很低的檢測指標，比如一些有蠹、有 害有機物和微量元素，往往滿足不了法規(guī)標準的要求，因為方法的檢出限已經(jīng)超 過了標準的限制值。 在提交檢測報告時，報告方法的檢出限，還能夠提醒數(shù)據(jù)使用者該數(shù)據(jù)的不確定 性和局限性。此外，檢出限還是衡量不同的實驗室、分析方法和分析人員效能的 一個相對標準。 3方法檢出限的測定方法 方法的檢出限一般采用統(tǒng)計的方法確定。國內目前普遍使用的是根據(jù)空白實 驗測定MDL,在這里主要對目前國外水質分析中比較普遍使用的一種檢出限測定 方法進行介紹。 美國EPA對方法檢出限的描述為：能夠被檢出并在被分析物濃

9、度大于零時能 以99%置信度報告的物質的最低濃度。下面介紹目前國外水質檢測實驗室常用的 測定MDL的低濃度加標法。 美國EPA規(guī)定，在測定MDL時，最少測定七個重復的低濃度加標樣品，加 標的濃度要適宜，一般為預期 MDL值的1-5倍，并接照給定分析方法的全過程進 行處理和測定。 MDL的計算公式如下： MDL= t(n-1,1-a=0.99) 式中：門=重復測定的加標樣品數(shù) S=n次加標測定濃度的標準偏差 t=自由度為n -1時的Students t值(可查表得到);1-a為置信水平。 MDL的測定步驟： 1. 分析系統(tǒng)的準備：進行MDL測定的分析儀器系統(tǒng)必須通過了必要的質童控 制檢查，并運行

10、正常。同時應保證系統(tǒng)的 千凈”，盡量避免以前測定的樣品對系統(tǒng) 的污染。 2. 校正曲線的選擇：正確的校正曲線應夜蓋被分析樣品的預期濃度范圍。 建議 校正曲線的最低濃度點取定里限附近，其余點覆蓋實驗室可能遇到的有代表性的 樣品濃度。 3. 選擇合適的加標濃度：MDL是根據(jù)同一濃度的七個或七個以上樣品多次測 定的精4 密度來確定的，而用于精密度計算的測定結果的標準偏差與濃度有關。因 此，選擇合適的加標濃度非常重要。按照美國 EPA的方法，最佳的加標濃度為預 期檢出限的1-5倍;同時，加標樣品的響應信號還要能夠從背景噪音中分辨出來， 即還要考慮信噪比(S/N)。 由于精密度與濃度有關，計算的MDL值

11、必須大于加標濃度的1/10 ,即加標濃 度要小于計算的MDL的10倍，這是測定MDL時允許的樣品最高濃度；另一方面， 計算的MDL值不得高于加標濃度。下列不等式可用于評價計算的 MDL是否合適： 加標濃度 10雄算的MDL 4. 重復樣品的制備：嚴格按照分析方法的要求制備和處理七個以上濃度適宜的 重復加標樣品。 5. 進行空白測定：一是為了了解背景污染的情況；二是有些分析方法要求減去 空白，此時最好測定兩個空白結果，取平均空白值。 6. MDL的計算 根據(jù)上述MDL的計算公式，在計算MDL時有以下幾個值得注意的地方： (1) 標準偏差米用樣本標準差S而不是總體標準差Ob (2) 采用正確的t值

12、； (3) 有效數(shù)字：在計算過程中不要進行數(shù)值修約，計算到最后的結果時再根據(jù) 方法的報告要求修約到合適的位數(shù)。MDL結果要往上修約，而不能往下。 7. MDL合理性驗證 MDL值計算出來以后，需要判斷其是否合理有效。這種判斷除了根據(jù)分析工 作者的經(jīng)驗以外，可以從下列五個方面來判斷： (1) 加標濃度是否超過10倍MDL值？如果是，則說明加標樣品濃度太高了， 需要調整以后重新測定； (2) MDL是否比加標濃度高？如果是，則加標濃度太低； (3) MDL是否能滿足有關法規(guī)的要求？ (4) 信噪比是否在合適的范圍？ (5)加標樣品的回收率是否合理？ 根據(jù)MDL進行數(shù)據(jù)評價時，應注意以下兩點： (1

13、) 如果某被測物的濃度等于或低于 MDL,說明該物質在樣品中存在的可能性 低于99%并且隨著濃度值降低，置信度值急劇下降。結果以 七MDL表示； 5 (2) 當檢測濃度大于MDL而小于LOQ時，表明樣品中存在被測物質的可能性 在99%以上，但定量值的準確性存在疑問，只能確定濃度值在 MDL和LOQ之間, 數(shù)據(jù)值可供參考；當測定濃度大于LOQ時，樣品中99%的可能性存在被測物，定 量結果的置信度高，數(shù)據(jù)可以無條件報出。 4不能采用上述方法確定MDL值的幾種例外 對于水質檢驗中大部分檢測項目和分析方法，都可以按前述的步驟來確定分 析方法的檢出限，但也有一些例外，不適合用這種方法確定。 1. 余氯：余氯的測定方法有電化學法、比色法和滴定法。余氯 MDL值確定的 難度在于標準不穩(wěn)定，濃度隨時間改變。應根據(jù)采用的分析方法來決定如何確定 MDL。一般要求實驗室的阱聯(lián)甲苯胺法的 MDL達至U 0.05mg/L。 2. 重量法測定的項目：如溶解性總固體和總殘渣等項目，不宜采用前述的加標重 復樣測定的方法確定方法的檢出限，而要根據(jù)分析天平的靈敏度來確定檢出限， 檢出限還與所處理的樣品體積有關。一般來說，合理的檢出限為 1.0