檢出限

1檢出限

 

為某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。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物質。

 

檢出限除了與分析中所用試劑和水的空白有關外，還與儀器的穩定性及噪聲水平有關。在靈敏度計算中沒有明確噪聲的大小，因而操作者可以將檢測器的輸出信號，通過放大器放到足夠大，從而使靈敏度相當高。顯然這是不妥的，必須考慮噪聲這一參數，將產生兩倍噪聲信號時，單位體積載氣或單位時間內進入檢測器的組分量稱為檢出限。

 

則：

D = 2N / S

 

式中：

N——噪聲（mV或A）；

S——檢測器靈敏度；

D——檢出限，其單位隨S不同也有三種：

 

Dg=2N / Sg, 單位為mg/ml

Dv=2N / Sv, 單位為ml/ml

Dt=2N / St, 單位為g/s

 

有時也用最小檢測量（MDA）或最小檢測濃度（MDC）作為檢測限。它們分別是產生兩倍噪聲信號時，進入檢測器的物質量（g）或濃度(mg/ml)。

 

不少高靈敏度檢測器，如FID、NPD、ECD等往往用檢出限表示檢測器的性能。

 

靈敏度和檢出限是兩個從不同角度表示檢測器對測定物質敏感程度的指標，前者越高、后者越低，說明檢測器性能越好。

 

從而可見，測量方法的檢出限于分析空白值、精密度、靈敏度密切相關。他是分析方法的一個綜合性的重要計量參數。

 

2檢出限的計算方法

 

1）在《全球環境監測系統水監測操作指南》中規定：給定置信水平為95%時，樣品測定值與零濃度樣品的測定值有顯著性差異即為檢出限（D.L）。這里的零濃度樣品是不含待測物質的樣品。

 

D.L = 4.6σ

 

式中：

σ — 空白平行測定（批內）標準偏差（重復測定20次以上）。

 

2) 國際純粹和應用化學聯合會（IUPAC）對分析方法的檢出限D.L作如下規定。

 

在與分析實際樣品完全相同的條件下，做不加入被測組分的重復測定（即空白試驗），測定次數盡可能多（試驗次數至少為20次）。

 

算出空白觀測值的平均值Xb和標準偏差Sb。在一定置信概率下，被檢出的最小測量值XL以下式確定：

 

X L= Xb+ K’ Sb

 

式中：

Xb —— 空白多次測得信號的平均值；

Sb  —— 空白多次測得信息的標準偏差；

K’  —— 根據一定置信水平確定的系數。

 

與XL-Xb (即K’ Sb)相應的濃度或量即為檢出限:

 

D.L = X L- Xb/ K = k’ Sb/ K

 

式中：

k ——方法的靈敏度（即校準曲線的斜率）。為了評估Xb和 Sb，實驗次數必須至少20次。

 

1975年，IUPAC建議對光譜化學分析法取k’=3。由于低濃度水平的測量誤差可能不遵從正態分布，且空白的測定次數有限，因而與k’=3相應的置信水平大約為90%。

 

此外，尚有將 K’取為4、4.6、5及6的建議。

 

3）美國EPASW-846中規定方法檢出限：MDL=3.143δ(δ重復測定7次)

 

4）在某些分光光度法中，以扣除空白值后的與0.01吸光度相對應的濃度值為檢出限。

 

5）氣相色譜分析的最小檢測量系指檢測器恰能產生與噪聲相區別的響應信號時所需進入色譜柱的物質的最小量，一般認為恰能辨別的響應信號，最小應為噪聲的兩倍。最小檢測濃度系指最小檢測量與進樣量（體積）之比。

 

6）某些離子選擇電極法規定：當校準曲線的直線部分外延的延長線與通過空白電位且平行于濃度軸的直線相交時，其交點所對應的濃度值及為該離子選擇電極法的檢出限。

 

光度分析中，雖然吸光度最小測讀值為0.001，靈敏度也以A=0.001所相應的被測物濃度表示，但實際上慣常以A=0.05相應的被測物濃度作為有充分置信度的測定限，即最小能夠可靠測定的濃度。這是因為，在吸光度A接近零的情況下，測定值與真實值之比即相對誤差趨向無限大。

 

其次，由于比色皿的成對性不易做到完全匹配，尤其是使用已久的比色皿的成對性不易保證，因此吸光度很小的測量值在不同操作者、不同試驗室之間常會不一致，除非操作者很有經驗，十分注意比色皿成對性對測量的影響，并在每次測量時予以試驗校正。

 

測定限

測定限為定量范圍的兩端，分為測定上限與測定下限。

 

1測定下限

 

在測定誤差能滿足預定要求的前提下，用特定方法能準確地定量測定待測物質的最小濃度或量，稱為該方法的測定下限。

 

測定下限反映出分析方法能準確地定量測定低濃度水平待測物質的極限可能性。在沒有（或消除了）系統誤差的前提下，他受精密度要求的限制（精密度通常以相對標準偏差表示）。分析方法的精密度要求越高，測定下限高于檢出限越多。

 

美國EPASW-846中規定4MDL為定量下限（RQL），即4倍檢出限濃度作為測定下限，其測定值的相對標準偏差約為10%。日本JIS規定定量下限為10倍的MDL。

 

2測定上限

 

在限定誤差能滿足預定要求的前提下，用特定方法能夠準確地定量測定待測物質的最大濃度或量，稱為該方法的測定上限。

 

對沒有（或消除了）系統誤差的特定分析方法的精密度要求不同，測定上限也將不同。

 

測定限對于定量分析，進一步計算才能得到與分析物有關的值（例如，各個結果的平均值）。因此，條件更加苛刻，所以測定限總是高于檢出限。

 

3檢測限有三種常用的表示方式

 

（1）儀器檢測下限

可檢測儀器的最小訊號，通常用信噪比來表示,當信號與噪聲之比大于等于3時，相當于信號強度的試樣濃度，定義為儀器檢測下限。

 

（2）方法檢測下限

即某方法可檢測的最低濃度。通常用低濃度曲線外推法可求的方法檢測下限。

 

（3）樣品檢測下限

即相對于空白可檢測的樣品最小含量。樣品檢測下限定義為：其信號等于測量空白溶液的信號的標準偏差的3倍時的濃度。

 

檢測下限是選擇分析方法的重要因素。樣品檢測下限不僅與方法檢測下限有關，而且與空白樣品中空白含量以及空白波動情況有關。只有當空白含量為零時，樣品檢測下限等于方法檢測下限。

 

然而，空白含量往往不等于零，空白大小受環境對樣品的污染，試劑純度、水質純度、容器的質地及操作等因素的影響。因此，由外推法可求得方法檢測下限可能很低，但由于空白含量的存在，以及空白含量的波動，樣品檢測下限可能要比方法檢測下限大得多。從實用中考慮，樣品檢測下限較為 有用和切合實際。

 

最佳測定范圍

1最佳測定范圍（也稱有效測定范圍）

 

指在限定誤差能滿足預定要求的前提下，特定方法的測定下限至測定上限之間的濃度范圍。在此范圍內能夠準確地定量測定待測物質的濃度或量。

 

最佳測定范圍應小于方法的適應范圍。對測量結果的精密度（通常以相對標準偏差表示）要求越高，相應的最佳測定范圍越小。

 

2方法的線性范圍

 

方法的線性范圍是指信號與樣品濃度呈線性的工作曲線直線部分。通常把相當于10倍空白的標準偏差相應的濃度定為方法的線性范圍的定量檢測下限。取工作曲線中高濃度時，彎曲處作為方法的線性范圍的定量檢測上限。

 

好的分析方法要有寬的線性范圍。有的分析方法線性范圍只有一個數量級，有的分析方法線性范圍可達5～6個數量級。同一分析方法可用常量、微量、痕量的物質分析。

 

校準曲線

校準曲線包括標準曲線和工作曲線，前者用標準溶液系列直接測量，沒有經過預處理過程，這對于樣品往往造成較大誤差；而后者所使用的標準溶液經過了與樣品相同的消解、凈化、測量等全過程。

 

凡應用校準曲線的分析方法，都是在樣品測得信號值后，從校準曲線上查得其含量（或濃度）。因此，繪制準確的校準曲線，直接影響到樣品分析結果的準確與否。此外，校準曲線也確定了方法的測定范圍。

 

1校準曲線的繪制

 

用一系列被測物標準溶液，按照標準方法規定的步驟，將被測物轉變為有色溶液。制備好的標準系列和空白，在方法選定的波長下，測定吸光度。已被測物濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制校準曲線。

 

o 

對標準系列，溶液以純溶劑為參比進行測量后，應先作空白校正，然后繪制標準曲線。

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o 

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標準溶液一般可直接測定，但如試樣的預處理較復雜致使污染或損失不可忽略時，應和試樣同樣處理后再測定。

o 

 

o 

o 

校準曲線的斜率常隨環境溫度、試劑批號和貯存時間等實驗條件的改變而變動。

o 

 

因此，在測定試樣的同時，繪制校準曲線最為理想，否則應在測定試樣的同時，平行測定零濃度和中等濃度標準溶液各兩份，取均值相減后與原校準曲線上的相應點核對，其相對差值根據方法精密度不得大于5%～10%，否則應重新繪制校準曲線。

 

2校準曲線的檢驗

 

1）線性檢驗: 即檢驗校準曲線的精密度。對于以4～6個濃度單位所獲得的測量信號值繪制的校準曲線，分光光度法一般要求其相關系數 | r | ≥0.9990，否則應找出原因并加以糾正，重新繪制合格的校準曲線。

 

2）截距檢驗：即檢驗校準曲線的準確度，在線性檢驗合格的基礎上，對其進行線性回歸，得出回歸方程 y= a+bx ，然后將所得截距a與0作t檢驗，當取95%置信水平，經檢驗無顯著性差異時，a可做0處理，方程簡化為y= bx，移項得x=y/b。在線性范圍內，可代替查閱校準曲線，直接將樣品測量信號值經空白校正后，計算出試樣濃度。

 

當a與0有顯著性差異時，表示校準曲線的回歸方程計算結果準確度不高，應找出原因予以校正后，重新繪制校準曲線并經線性檢驗合格。在計算回歸方程，經截距檢驗合格后投入使用。

 

回歸方程如不經上述檢驗和處理，就直接投入使用，必將給測定結果引入差值相當于解決a的系統誤差。

 

3) 斜率檢驗: 即檢驗分析方法的靈敏度，方法靈敏度是隨實驗條件的變化而改變的。在完全相同的分析條件下，僅由于操作中的隨機誤差導致的斜率變化不應超出一定的允許范圍，此范圍因分析方法的精度不同而異。例如，一般而言，分子吸收分光光度法要求其相對差值小于5%，而原子吸收分光光度法則要求其相對差值小于10%等等。

 

3校準曲線的控制

 

被測物轉變為有色溶液的反應稱為顯色反應或發色反應。顯色反應的介質PH條件、顯色劑用量、顯色反應的時間和溫度、為消除共存物干擾而加入的掩蔽劑、甚至加試劑的順序，都要按照方法步驟的要求執行。有時，標準系列雖然不像實際試樣那樣組成復雜，但仍要求與試樣進行同樣的處理步驟，以便控制校準曲線上的數據點的空白、回收率等因素。

 

建立校準曲線時，測量吸光度的參比有兩種選擇。

 

第一種方法用純溶劑作參比，兩個比色皿都放溶劑時，“樣品比色皿” 的吸光度測定值為比色皿成對性校正值，此后所有樣品吸光度測定值都須扣除此值，進行校正。然后，以純溶劑為參比，測定空白及標準系列的吸光度，繪制校準曲線。

 

第二種方法直接用空白為參比。當兩個比色皿都放空白時，測定比色皿成對性校正值，然后測定標準系列的吸光度，繪制校準曲線。兩種方法得到的兩條校準曲線互相平行，但第一種方法可測定空白的水平，后一種方法不能測定空白，理論上校準曲線通過原點。若空白為零，兩條校準曲線重合。無論用什么作參比，實樣測定時應該使用與建立校準曲線相同的比色皿和同樣的參比。

 

比色皿的成對性校正對于使用已久的比色皿是必要的，尤其是測量吸光度很小的樣品時，校正可保證測量值的可靠性和重復性。 

 

分析空白

一.分析空白的主要來源和控制措施

1環境對樣品的玷污

 

主要是由空氣中的污染氣體和沉降微粒引起的。普遍實驗室中每立方米空氣中含有數百微克的微粒。這些微粒含有多種元素，因而可引起多種和痕量元素的玷污。來自環境的玷污不但顯著，而且變動性大。應采取局部或整個實驗室的防塵與空氣凈化措施。

 

2試劑對樣品的玷污

 

試劑對樣品的玷污隨試劑用量而變化。對一定的試劑用量是恒定的。樣品處理過程中用量最多的是水和酸。

 

3器皿對樣品玷污

 

貯存、處理樣品所用的一切器皿，如燒杯、瓶子、過濾器、研缽等，由于其材質不夠純或者未洗滌干凈均可能玷污樣品。在痕量分析中應選用高純惰性材料制成的器皿， 并運用合適的清洗技術。聚四氟乙烯、透明的合成石英的高壓聚乙烯是比較合適的器皿材料。

 

 

4分析測試者對樣品的玷污

 

分析測試者用手觸摸樣品可引起多種元素的玷污；分析測試者的化妝品常常不知不覺地帶來許多元素的玷污；分析測試者使用的內服和外用藥物也常常玷污樣品；以及分析測試者若不注意個人衛生也會引起樣品的玷污。所以，分析測試者不但要具有正確熟練的操作技巧，而且要知道自身對樣品可能帶來什么玷污，以采取消除玷污的必要措施。

 

二.分析空白的監測和空白值的扣除

 

空白值波動較大，往往在百分之幾十，甚至百分之幾百的水平上波動。因而痕量與超痕量分析中，扣除空白是比較困難的，也是不可靠的。可靠并行之有效的方法是把分析空白降至可以忽略不記的程度，同時在分析過程中作空白的平行測定，以監視分析過程。若分析空白明顯的超過正常值，則表明本次分析測定過程有嚴重的玷污，平行樣品的測定結果不可靠。

 

在分析空白主要來自試劑的玷污時，空白值比較穩定，若有必要，可以扣除空白值。為獲得可靠的空白值，應進行多次重復測定，算出空白值及其置信限：B ±t0.95(SB/n2)。