王艷潔，那廣水，王震，徐恒振，姚子偉

（國家海洋局近岸海域生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，大連 116023）

檢出限的涵義和計(jì)算方法＊

王艷潔，那廣水，王震，徐恒振，姚子偉

（國家海洋局近岸海域生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，大連 116023）

介紹儀器檢出限、方法檢出限及樣品檢出限的基本定義及涵義，以氣相色譜法測(cè)定海水中的十氯酮為例，進(jìn)行不同方法的檢出限計(jì)算，討論了不同方法計(jì)算檢出限引起的差異及計(jì)算方法中所選取參數(shù)的合理性，對(duì)如何科學(xué)使用檢出限進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制提出了建議。

檢出限；涵義；計(jì)算方法；區(qū)別

檢出限（detection limit，limit of detection）是評(píng)價(jià)分析方法及測(cè)試儀器性能的重要指標(biāo)，是指某一特定分析方法，在給定的顯著性水平內(nèi)，可以定性地從樣品中檢出待測(cè)物質(zhì)的最小濃度或最小量。檢出限可分為儀器檢出限和方法檢出限，考慮樣品基質(zhì)對(duì)方法的影響，又引申出樣品檢出限。

“方法檢出限”、“儀器檢出限”、“樣品檢出限”、“檢測(cè)限”、“測(cè)定限”、“測(cè)定下限”、“最小檢測(cè)濃度”等多種跟檢出限有關(guān)的名詞出現(xiàn)在文獻(xiàn)［1-5］中，國內(nèi)出版物對(duì)上述名詞定義及使用比較混亂，造成分析工作者及文獻(xiàn)閱讀者的理解和使用困難。為了能正確理解和使用化學(xué)術(shù)語，筆者從檢出限的定義及應(yīng)用方面進(jìn)行詳細(xì)解釋和說明。

國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）1997年出臺(tái)的《分析術(shù)語綱要》（IUPAC Compendium of Analytical Nomenclature）中規(guī)定：“檢出限以濃度（或質(zhì)量）表示，是指由特定的分析步驟能夠合理地檢測(cè)出的最小分析信號(hào)XL求得的最低濃度cL（或質(zhì)量qL）”?！皺z出”是指定性檢出，即判定樣品中存在濃度高于空白的待測(cè)物質(zhì)。檢出限僅僅是一種定性判斷依據(jù)，而不是可以定量檢出待測(cè)物質(zhì)的濃度。

儀器檢出限（instrument detection limit ）指分析儀器能夠檢測(cè)的被分析物的最低量或最低濃度，是在儀器正常工作條件下，儀器自身噪音引起測(cè)量讀數(shù)的飄移和波動(dòng)。其物理含義是指在一定的置信范圍內(nèi)能與儀器噪音相區(qū)別的最小檢測(cè)信號(hào)對(duì)應(yīng)的濃度值。儀器檢出限表明儀器自身檢出能力，是與信噪比有關(guān)的指標(biāo)［6］，是相對(duì)于某一待測(cè)組分的靈敏度；儀器檢出限一般不用于最終的數(shù)據(jù)報(bào)告，而主要用于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析及不同儀器的性能比較［7］。

方法檢出限（method detection limit）是某分析方法可檢測(cè)的待測(cè)元素的最小濃度或含量，該過程包括樣品的全部處理和測(cè)定，即樣品制備和測(cè)定。方法檢出限反映了分析方法的檢出靈敏度，也是衡量不同的實(shí)驗(yàn)室、分析方法和分析人員效能的一個(gè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，是分析化學(xué)中質(zhì)量控制的一個(gè)重要概念和參數(shù)。方法檢出限一般需要在最終的數(shù)據(jù)報(bào)告中提供，用于表示該數(shù)據(jù)的不確定性和局限性［7］。

樣品檢出限，相對(duì)于空白可檢測(cè)樣品的最小含量。樣品檢出限定義為測(cè)量信號(hào)等于空白溶液測(cè)量信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)偏差3倍時(shí)的樣品濃度。樣品檢出限不僅與方法檢出限有關(guān)，而且與空白中空白含量及空白波動(dòng)情況有關(guān)?？紤]到樣品基質(zhì)的干擾，針對(duì)不同類型的樣品基質(zhì)，同一種測(cè)試方法會(huì)具有不同的樣品檢出限。通常情況下，樣品檢出限要比方法檢出限大。樣品檢出限具有針對(duì)性和實(shí)用性，是樣品測(cè)試一個(gè)重要的質(zhì)控指標(biāo)，也可用于不同實(shí)驗(yàn)室或不同分析方法測(cè)定同一類型樣品的優(yōu)劣比較。

目前，化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室儀器檢出限、方法檢出限及樣品檢出限的計(jì)算無標(biāo)準(zhǔn)可參考，且不少分析工作者不能正確理解檢出限的涵義，不能準(zhǔn)確把握利用不同方法計(jì)算檢出限所得結(jié)果及所采用方法的科學(xué)性。筆者對(duì)不同計(jì)算方法所選取的參數(shù)涵義及所得結(jié)果進(jìn)行討論，供分析工作者參考。

1 計(jì)算方法

對(duì)于檢出限，不同的行業(yè)、不同的國家有不同的統(tǒng)計(jì)方法和計(jì)算方法。一般采用3倍于空白值的標(biāo)準(zhǔn)偏差作為檢出限的估計(jì)值。下面以氣相色譜法測(cè)定海水中十氯酮為例進(jìn)行檢出限的計(jì)算及比較。

1.1 依據(jù)IUPAC定義計(jì)算

IUPAC定義檢出限的計(jì)算公式如下：

式中：xL——檢出限；

xb1——空白均值；

k——與置信度有關(guān)的常數(shù)；

sb1——空白值標(biāo)準(zhǔn)偏差；

cL——最低檢出濃度；

S——低濃度（量）時(shí)的靈敏度，即標(biāo)準(zhǔn)工作曲線在低濃度范圍內(nèi)的斜率；

qL——最低檢出質(zhì)量。

1.1.1 儀器檢出限

儀器檢出限取決于儀器噪音。以氣相色譜法測(cè)定海水中的十氯酮為例，儀器檢出限為在固定的儀器條件下，具電子捕獲檢測(cè)器的氣相色譜儀對(duì)十氯酮的響應(yīng)靈敏度。

根據(jù)IUPAC定義計(jì)算儀器檢出限，依據(jù)公式(1)及公式(2)可求出該方法的儀器檢出限。

根據(jù)公式要求，需要進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及計(jì)算：（1）以十氯酮定容溶劑（不含十氯酮標(biāo)準(zhǔn)）為空白，對(duì)該空白用色譜儀測(cè)定20次，求20次空白信號(hào)的平均值（；2）計(jì)算空白信號(hào)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差sb1（；3）設(shè)定k值（；4）測(cè)定1 μg／L和2 μg／L十氯酮標(biāo)準(zhǔn)溶液（兩溶液濃度均低于十氯酮標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍最低濃度5 μg／L，但均有明顯的信號(hào)響應(yīng)），并根據(jù)響應(yīng)信號(hào)計(jì)算低濃度時(shí)的靈敏度S；（5）根據(jù)公式(2)計(jì)算儀器檢出限，該檢出限可以為濃度單位，亦可根據(jù)進(jìn)樣量推算為質(zhì)量單位。

1 μg／L和2 μg／L十氯酮標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)應(yīng)的色譜峰高分別為654 μV和931 μV。根據(jù)表1中儀器空白值及標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)值計(jì)算式(1)～(3)中各參數(shù)值，結(jié)果見表2。由表2可知，氣相色譜法測(cè)定十氯酮的儀器檢出限為0.041 pg。

表1 儀器空白信號(hào)值

表2 儀器檢出限各參數(shù)值

1.1.2 方法檢出限

方法檢出限取決于儀器靈敏度及分析方法的回收率。氣相色譜法測(cè)定海水中的十氯酮，方法檢出限為在固定的儀器條件下海水中十氯酮經(jīng)過二氯甲烷萃取、濃硫酸凈化、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮后采用具電子捕獲檢測(cè)器氣相色譜儀器測(cè)定時(shí)十氯酮被儀器檢出的能力。

根據(jù)IUPAC定義，依據(jù)公式(1)及公式(2)計(jì)算方法檢出限。

根據(jù)公式要求，需要進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及計(jì)算：（1）以實(shí)驗(yàn)室超純水為空白樣品，將該空白樣品（20份）進(jìn)行二氯甲烷萃取、硫酸凈化、濃縮定容后平行測(cè)定，計(jì)算20次空白信號(hào)平均值；（2）計(jì)算空白信號(hào)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差sb1；（3）設(shè)定k值；（4）向空白樣品中添加十氯酮標(biāo)準(zhǔn)品使其濃度分別為2，5 ng／L，進(jìn)行樣品測(cè)定，根據(jù)對(duì)應(yīng)測(cè)試結(jié)果計(jì)算低濃度含量時(shí)的靈敏度，即曲線斜率S；（5）根據(jù)式(2)計(jì)算方法檢出限，該檢出限為濃度單位。

2 ng／L和5 ng／L十氯酮加標(biāo)樣品溶液對(duì)應(yīng)的峰高分別為420，753 μV。根據(jù)表3中的方法空白信號(hào)值及標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)值計(jì)算式(1)～(3)中的各參數(shù)值，結(jié)果見表4。由表4可知，氣相色譜法測(cè)定十氯酮的方法檢出限為0.60 ng／L。

表3 方法空白信號(hào)值

表4 方法檢出限各參數(shù)值

1.1.3 樣品檢出限

樣品檢出限除受儀器靈敏度、分析方法回收率影響外，主要取決于樣品基質(zhì)的干擾。氣相色譜法測(cè)定十氯酮的樣品檢出限，主要取決于樣品的類型。不同類型的樣品基質(zhì)不同，導(dǎo)致回收率的差異，樣品檢出限也有所不同。一般來講，基質(zhì)越復(fù)雜，干擾越多，回收率越低，樣品檢出限會(huì)越高。

氣相色譜法測(cè)定沉積物及生物中的十氯酮，樣品檢出限為在固定的儀器條件下，沉積物、生物樣品中十氯酮經(jīng)過二氯甲烷萃取、濃硫酸凈化、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮后，采用具電子捕獲檢測(cè)器的氣相色譜儀器測(cè)定時(shí)十氯酮被儀器檢出的能力。

根據(jù)IUPAC定義，依據(jù)公式(1)及公式(2)求出沉積物、生物樣品的檢出限。

根據(jù)公式要求，需要進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及計(jì)算：（1）分別以石英砂、經(jīng)二氯甲烷萃取過的魚肉為空白樣品（各20份），經(jīng)過二氯甲烷萃取、硫酸凈化、濃縮定容后進(jìn)行平行測(cè)定，求出20次空白信號(hào)的平均值；（2）計(jì)算空白信號(hào)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差sb1；（3）設(shè)定k值；（4）空白樣品中分別添加2，5 ng十氯酮標(biāo)準(zhǔn)品后進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)對(duì)應(yīng)結(jié)果計(jì)算低濃度含量時(shí)的靈敏度，即曲線斜率S；（5）根據(jù)公式(2)計(jì)算樣品檢出限，該樣品檢出限為濃度單位。

計(jì)算得沉積物樣品中十氯酮的檢出限為0.12 ng／g；生物樣品中十氯酮的檢出限為0.10 ng／g。

1.2 其它計(jì)算方法

1.2.1 儀器檢出限

（1）GB／T 5009.1-2003［8］規(guī)定方法

GB／T 5009.1-2003規(guī)定色譜法的檢出限D(zhuǎn)L計(jì)算公式為：

式中：S——儀器噪音的3倍，即儀器能辨認(rèn)的最小物質(zhì)信號(hào)，μV；

b——標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程的斜率，μV／pg。

氣相色譜法測(cè)定十氯酮時(shí)儀器噪音為23.7 μV，以進(jìn)樣量x（pg）為橫坐標(biāo)，以峰高y（μV）為縱坐標(biāo)擬合十氯酮的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y =353.2x +55，b=353.2 μV／pg，則按(4)式可計(jì)算出十氯酮的儀器檢出限為0.20 pg。

（2）JJG 700-1999［9］規(guī)定方法

JJG 700-1999規(guī)定氣相色譜檢出限計(jì)算公式如下：

式中：D——檢出限，g／mL；

N——基線噪音，N=23.7×10–3mV；

W——十氯酮進(jìn)樣量，W=1×10–12g；

A——十氯酮色譜峰面積，A=0.102 mV·min；

Fc——載氣流速，F(xiàn)c=1.0 mL／min。

計(jì)算得儀器檢出限為0.46 pg。

1.2.2 方法檢出限

（1）一般方法

通常采用樣品加標(biāo)方式測(cè)定并計(jì)算，加標(biāo)樣品經(jīng)過前處理后進(jìn)行測(cè)定，十氯酮檢測(cè)信號(hào)為3倍基線噪音時(shí)的添加濃度為該方法檢出限（MDL）。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟：①根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線和儀器檢出限估算樣品添加濃度，該添加濃度高于儀器檢出限，在工作曲線最小點(diǎn)附近；②以實(shí)驗(yàn)室純水為空白樣品，加入低濃度十氯酮標(biāo)準(zhǔn)溶液c0(ng／L)；③將空白樣品和加標(biāo)樣品進(jìn)行處理后測(cè)定，獲取信號(hào)值

x0(μV)，xadd(μV)和基線噪音N(μV)。根據(jù)式(6)計(jì)算方法檢出限：

依據(jù)上述步驟，實(shí)驗(yàn)室測(cè)定方法檢出限為0.84 ng／L。

（2）EPA(美國環(huán)保局)方法［10］

美國EPA對(duì)方法檢出限的描述：能夠被檢出并在被分析物濃度大于零時(shí)以99%置信度報(bào)告的物質(zhì)的最低濃度。

EPA規(guī)定方法檢出限的計(jì)算程序：n份空白樣品加入低濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液，該濃度一般為估計(jì)方法檢出限的1～5倍，樣品經(jīng)過測(cè)定，根據(jù)平行樣品分析結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法檢出限。具體公式如下：

式中：s—— 加標(biāo)樣品測(cè)試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差；

t—— 自由度為n-1時(shí)的Student’s值，可查t值表得到，當(dāng)n=7時(shí)，在99%置信區(qū)間（α=0.01）下，t=3.14；

n—— 加標(biāo)樣品數(shù)量，n≥7。

將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入式(7)，計(jì)算得實(shí)驗(yàn)室測(cè)定方法檢出限為0.80 ng／L。

（3）其它方法

文獻(xiàn)中有其它多種方法檢出限的計(jì)算方法，多為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部自定義方法。

林國斌［11］采用配制1份濃度接近于空白值的標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)量20次以上，得到平均信號(hào)，求出測(cè)量信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差sb，按式(8)計(jì)算檢出限D(zhuǎn)L：式中：k——置信因子，一般k=3；

c——加標(biāo)濃度，一般取預(yù)期方法檢出限的1～3倍；

X——樣品測(cè)定信號(hào)平均值。

許文［6］采用分析10份已知含量的樣品，根據(jù)測(cè)試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法檢出限D(zhuǎn)L。計(jì)算公式為：

式中：k——常數(shù)，k=6；

sc——以含量表示的平行樣品測(cè)試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

張國成［12］和李海峰［13］采用式(10)計(jì)算檢出限：

式中：Nd——基線噪音；

W——測(cè)定濃度；

A——色譜峰面積。

2 結(jié)論

檢出限是分析質(zhì)量控制的一個(gè)重要概念和參數(shù)，目前分析實(shí)驗(yàn)室無統(tǒng)一方法進(jìn)行檢出限計(jì)算。

檢出限僅僅是一種定性的判斷依據(jù)，是粗略表征測(cè)試體系性能的概念，通常不能用于真實(shí)分析，而常用于儀器比較及方法比對(duì)。在環(huán)境監(jiān)測(cè)化學(xué)分析中，采用儀器檢出限和方法檢出限作為分析報(bào)告結(jié)果內(nèi)容，很難準(zhǔn)確判斷該方法或者該結(jié)果的真實(shí)性和可靠性。因此得出如下結(jié)論：

（1）在采用方法檢出限提交報(bào)告時(shí)，建議進(jìn)行該檢出限不確定度的評(píng)定，使得數(shù)據(jù)使用者能全面了解數(shù)據(jù)結(jié)果；

（2）樣品檢出限和定量檢測(cè)下限作為更現(xiàn)實(shí)更科學(xué)的概念和參數(shù)，應(yīng)被進(jìn)一步探索和研究，以提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性，更好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制。

［1］ 察冬梅.淺議靈敏度、檢出限和測(cè)定限［J］.大學(xué)化學(xué)，2011，26(4): 84-86.

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［3］ 張鵬翔.色譜分析中檢出限和測(cè)定下限及其確定方法［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2009(6): 62-63.

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［9］ JJG 700-1999 氣相色譜［S］.

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Connotation and Calculation Methods of Detection Limit

Wang Yanjie, Na Guangshui, Wang Zhen, Xu Hengzhen, Yao Ziwei
(Key Laboratory for Ecological Environment in Coastal Areas, National Marine Environmental Monitoring Center, Dalian 116023, China）

The definition and connotation of the instrument detection limit，method detection limit and sample detection limit were introduced. Base on the determination of kepone in seawater by gas chromatography, several calculations methods were introduced about detection limit and the application. The difference of the calculating results and the rationality of selected parameter were discussed. A suggestion was given about how to use the detection limit to carry out the quality control in analysis laboratory scientifically.

detection limit; connotation; calculation method; difference

O651

：A

：1008-6145(2012)05-0085-04

10.3969／j.issn.1008-6145.2012.05.027

*海洋公益專項(xiàng)資助項(xiàng)目（201105013）；國家海洋局近岸海域生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金（201110）

聯(lián)系人：王艷潔； E-mail: yjwang@nmemc.gov.cn

2012-08-14