閆 韞，宗棟良，常愛敏

(深圳市水質(zhì)檢測中心，廣東 深圳 518055)

方法的檢出限是指用特定分析方法在給定的置信度內(nèi)可從樣品中定性檢出待測物質(zhì)的最低濃度或最小量[1]，是目前表征水質(zhì)分析方法的最主要的參數(shù)之一。無論是常規(guī)的水質(zhì)檢測還是在開展突發(fā)水環(huán)境污染應(yīng)急檢測方法研究時(shí)，科學(xué)、合理的計(jì)算檢測方法的檢出限才更有實(shí)用意義。

中國合格評定國家認(rèn)可委員會(CNAS)在其頒布的一系列有關(guān)檢測實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，對于方法檢出限提出了越來越多的要求。CNAS-CL01：2006 《檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》“5.4.5 方法的確認(rèn)”中提出了“按預(yù)期用途進(jìn)行評價(jià)所確認(rèn)的方法得到的值的范圍和準(zhǔn)確度，應(yīng)與客戶的需求緊密相關(guān)。這些值諸如：結(jié)果的不確定度、檢出限”；CNAS-CL10：2012《檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則在化學(xué)檢測領(lǐng)域的應(yīng)用說明》“5.4.2 方法的選擇”中提出了“實(shí)驗(yàn)室應(yīng)對首次采用的檢測方法進(jìn)行技術(shù)能力的驗(yàn)證，如檢出限”，并在“5.4.5 方法確認(rèn)”中，提出“實(shí)驗(yàn)室應(yīng)通過試驗(yàn)方法的檢出限、精密度、回收率、適用的濃度范圍和樣品基體等特性來對檢測方法進(jìn)行確認(rèn)。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)能解釋和說明檢出限和報(bào)告限的獲得”；在“5.10 結(jié)果報(bào)告”提出了“當(dāng)檢出結(jié)果低于檢出限，應(yīng)在檢測報(bào)告中提供檢出限的數(shù)值”。

因此，水質(zhì)監(jiān)測方法是否適用、監(jiān)測報(bào)告中數(shù)據(jù)的報(bào)出是否合理，都與方法檢出限密不可分。此外，CNAS還提出了定量限、報(bào)告限、空白等要素的要求，這些要素也與方法檢出限有直接關(guān)系。

方法檢出限在實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量管理中顯得日益重要[2]。筆者所在實(shí)驗(yàn)室近期將所有CNAS認(rèn)可項(xiàng)目針對方法檢出限進(jìn)行了試驗(yàn)及計(jì)算，在實(shí)踐過程中遇到了一些問題，如何解決這些問題，在本文中作了初步的探討并提出了一些建議。

1 置信度的選擇

由于方法檢出限的定義中一般不明確置信度，因此置信度是實(shí)驗(yàn)室自行確定的。

在國內(nèi)，在衛(wèi)生部發(fā)布的飲用水標(biāo)準(zhǔn)GB5750.3-2006(6.3)中規(guī)定置信度一般為95%[3]；地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范HJ/T91-2002中置信度通常為95%[4]；在環(huán)保部2011-2015年發(fā)布的系列更新方法(如HJ698-2014百菌清和溴氰菊酯的測定 氣相色譜法)[5]編制說明中采用的置信度均為99%。

國外先進(jìn)國家和地區(qū)，如美國EPA的SW-846對方法檢出限的定義為“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”，即明確提出了以99% 為置信度；《全球環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)水監(jiān)測操作指南》中給定置信水平為95%；國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)建議對光譜化學(xué)分析法取K=3，相應(yīng)的置信水平大約為90%，此外尚有將K取4、5及6的建議[6]。

綜上可知，目前較多采用的是95%和99%兩種置信度。置信度的不同，即使是同一計(jì)算方法，計(jì)算出的方法檢出限也是不同的。選擇哪個(gè)置信度，筆者建議一般情況下可選擇99%。原因在于：①對于水質(zhì)監(jiān)測的用戶來說，置信度越高，越能體現(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)的可信性，客戶也有利于更好地利用水質(zhì)數(shù)據(jù)，這符合檢測服務(wù)于客戶的原則。對于水質(zhì)監(jiān)測機(jī)構(gòu)而言，盡管置信度低些存在有利于保護(hù)自己的可能性，但是也體現(xiàn)不出自己的監(jiān)測水平。②從實(shí)用角度出發(fā)，置信度95%配套的計(jì)算方法，沒有置信度99%配套的計(jì)算方法完整。以國內(nèi)衛(wèi)生部發(fā)布的飲用水標(biāo)準(zhǔn)GB5750.3-2006和環(huán)保部HJ168-2010提出的計(jì)算方法為例，前者提出了置信度95%，但與該置信度配套的計(jì)算方法中，只列出了全程序空白值的計(jì)算，對于空白試驗(yàn)中未檢測出目標(biāo)物質(zhì)的情況，沒有相應(yīng)的計(jì)算方法。而環(huán)保部提出的99%置信度，配套的方法檢出限的計(jì)算方式中包含了空白試驗(yàn)中未檢測出目標(biāo)物質(zhì)和檢出目標(biāo)物質(zhì)兩種情況，適用范圍較為寬廣。

2 計(jì)算方式的選擇

目前有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別代表了方法檢出限的不同方法原理和不同計(jì)算途徑，其主要計(jì)算方式有3種[7]：單濃度樣品法(以美國EPA SW-846和環(huán)保部HJ168-2010為代表)、工作曲線法(以ISO為代表)、數(shù)學(xué)模型法(以GB/T 27415-2013和美國ASTM為代表)。其中，單濃度樣品法應(yīng)用較多。

國內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測行業(yè)使用較多的主要有兩種。一種為環(huán)保部HJ168-2010提出的單濃度樣品法，即空白試驗(yàn)中未檢測出目標(biāo)物質(zhì)時(shí)，按照樣品分析的全部步驟，對濃度值或含量為估計(jì)方法檢出限值2～5 倍的樣品進(jìn)行( ≥7)次平行測定。計(jì)算平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，按規(guī)定公式計(jì)算方法檢出限。這種方法和美國EPA的SW-846基本一致，可稱之為加標(biāo)回收法。另外一種是我國衛(wèi)生部發(fā)布的飲用水標(biāo)準(zhǔn)GB5750.3-2006(6.3)中規(guī)定的方法，即“根據(jù)全程序空白值測試結(jié)果來估算檢出限”。環(huán)保部HJ168-2010中也提出了類似的計(jì)算方法，即空白試驗(yàn)中檢測出目標(biāo)物質(zhì)時(shí)，按照樣品分析的全部步驟，重復(fù)n(≥7)次空白試驗(yàn)。這種計(jì)算方法和國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)規(guī)定的方法基本相同[8]，可稱之為空白測定法。

不同計(jì)算方式，導(dǎo)致方法檢測限的結(jié)果可能有很大差異。選擇哪種計(jì)算方式，筆者建議盡量采用環(huán)保部HJ168-2010提出的單濃度樣品法，即加標(biāo)回收法。原因如下。

(1)空白測定法在實(shí)踐過程中存在一些問題：①目前空白的術(shù)語概念模糊不清，有試劑空白、樣品空白、標(biāo)準(zhǔn)空白、全程序空白、實(shí)驗(yàn)室空白等等?？瞻罪@然是個(gè)非常重要的指標(biāo)，但國內(nèi)外均未做出較為嚴(yán)格的描述，在計(jì)算方法檢出限是究竟選擇哪個(gè)為空白有些困難。②標(biāo)準(zhǔn)中未明確多次空白測試的時(shí)間間隔。比如短時(shí)間內(nèi)一次性做出20個(gè)空白計(jì)算出的檢出限，和實(shí)際例行檢測中累計(jì)的20個(gè)空白計(jì)算出的檢出限，顯然有著很大的差別。

(2)從環(huán)保部近期發(fā)布的系列更新方法[4]編制說明中可以看出，加標(biāo)回收法應(yīng)用范圍更寬一些：不管空白試驗(yàn)中是否檢測出目標(biāo)物質(zhì)，都可采用空白試驗(yàn)中未檢測出目標(biāo)物質(zhì)的方法，即采用加標(biāo)回收試驗(yàn)法。

(3)衛(wèi)生部和環(huán)保部還對其他一些分析方法提出了有針對性的計(jì)算方法，如分光光度法、色譜法，電極法等幾種分析方法的檢出限計(jì)算。但實(shí)際上，環(huán)保部采用分光光度法和色譜法的一些分析方法，在計(jì)算其方法檢出限時(shí)，也多采用加標(biāo)回收法，如“水質(zhì) 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法”、“水質(zhì) 松節(jié)油的測定 氣相色譜法”等方法的編制說明中均用了加標(biāo)回收試驗(yàn)方法。

3 校準(zhǔn)曲線的確定

環(huán)保部規(guī)定的加標(biāo)回收法強(qiáng)調(diào)了需要按照樣品分析的全部步驟，校準(zhǔn)曲線肯定是其中重要的一環(huán)。在具體運(yùn)用這個(gè)方法的時(shí)候，仍然存在校準(zhǔn)曲線序列濃度有時(shí)不確定的問題。

一般情況下，標(biāo)準(zhǔn)方法中均有指定的校準(zhǔn)曲線范圍，但有些分析方法也有例外，沒有對曲線濃度做硬性規(guī)定，需要實(shí)驗(yàn)室自行確定。如GB/T5750.5- 2006(3.2)離子色譜法測定氟化物等離子，該方法只是提出“根據(jù)所用量程，配不同濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液”；又如HJ686-2014《揮發(fā)性有機(jī)物的測定 吹掃捕集 氣相色譜法》不僅提出了校準(zhǔn)曲線的序列濃度，還明確只是作為參考，并指出應(yīng)根據(jù)儀器的靈敏度和線性要求以及樣品的實(shí)際濃度進(jìn)行調(diào)整；此外，有些實(shí)驗(yàn)室還要根據(jù)儀器及其輔助設(shè)備的實(shí)際情況對標(biāo)準(zhǔn)方法包括校準(zhǔn)曲線進(jìn)行部分修改。

通常，實(shí)驗(yàn)室對于校準(zhǔn)曲線的線性都比較關(guān)注，要求0.99甚至0.999以上。在方法檢出限的計(jì)算時(shí)，校準(zhǔn)曲線還要考慮其他幾個(gè)影響因素：

(1)濃度范圍。由于7次以上的平行測定結(jié)果都是根據(jù)校準(zhǔn)曲線得出的，而標(biāo)準(zhǔn)曲線序列濃度的不同，可能會導(dǎo)致校準(zhǔn)曲線的斜率和截距不同，尤其是高濃度范圍和低濃度范圍的曲線有可能差別很大。因此，對于實(shí)驗(yàn)室自定的校準(zhǔn)曲線，其系列濃度是否合理，對于檢出限的計(jì)算有很大的影響。

(2)曲線序列濃度的最低點(diǎn)(零濃度除外)。這個(gè)要素一直是實(shí)驗(yàn)室普遍忽略的地方。CNAS-CL10：2012的5.6.1規(guī)定“最低濃度的標(biāo)樣應(yīng)在接近檢測方法報(bào)告限的水平”。很多文獻(xiàn)[9]也將最低點(diǎn)作為定量下限。鑒于檢出限和定量限的關(guān)系，檢出限過低，定量限也過低，不僅影響實(shí)際配置的曲線最低點(diǎn)濃度的可操作性，也會因?yàn)榭瞻自胍粝鄬^大而影響到檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[10]。因此，檢出限并非越低越好，應(yīng)該與校準(zhǔn)曲線的最低點(diǎn)結(jié)合起來考慮。如果實(shí)際計(jì)算出的方法檢出限遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)方法，不一定代表實(shí)驗(yàn)室采用的方法更好，而應(yīng)該反思是否充分考慮了校準(zhǔn)曲線的合理性。

(3)靈敏度。筆者在進(jìn)行揮發(fā)性鹵代烴方法驗(yàn)證時(shí)候就出現(xiàn)過這樣的問題：曲線系列濃度自行設(shè)定后，線性滿足要求，例行監(jiān)測也符合實(shí)際水樣的濃度范圍，但是在計(jì)算方法檢出限后發(fā)現(xiàn)，檢出限比國標(biāo)方法高出好幾倍，這就表明自定標(biāo)準(zhǔn)曲線的系列濃度的響應(yīng)值可能是達(dá)不到靈敏度要求的，需要將方法進(jìn)一步改善如加大進(jìn)樣量或減少分流比等。

4 加標(biāo)濃度的確定

盡管環(huán)保部在加標(biāo)回收法中規(guī)定了空白加標(biāo)濃度為估計(jì)方法檢出限值2～5倍，但因?yàn)檫@個(gè)加標(biāo)濃度值是在做檢出限試驗(yàn)前估算出來的，所以實(shí)施時(shí)仍有一定的難度。而且該計(jì)算方法規(guī)定：“對于針對單一組分的分析方法，如果樣品濃度超過計(jì)算出的方法檢出限10倍，或者樣品濃度低于計(jì)算出的方法檢出限，則都需要調(diào)整樣品濃度重新進(jìn)行測定”。這表明，加標(biāo)濃度并非隨意指定并參與計(jì)算的，是需要和最終計(jì)算出的方法檢出限一起進(jìn)行合理性驗(yàn)證的。

如何確認(rèn)初次加標(biāo)濃度，減少不合理的可能性，增加驗(yàn)證一次性通過的幾率，筆者建議可以先考慮以下原則：

(1)當(dāng)采用的分析方法和標(biāo)準(zhǔn)方法基本一致時(shí)(包括濃縮倍數(shù)、進(jìn)樣量、分流比、標(biāo)準(zhǔn)曲線系列濃度等重要分析步驟)，可以將標(biāo)準(zhǔn)方法中的方法檢出限作為估計(jì)方法檢出限，將其1～2倍作為初次加標(biāo)樣品的濃度。標(biāo)準(zhǔn)方法中給出的檢出限，是多個(gè)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證后的檢測結(jié)果，考慮了實(shí)驗(yàn)室間的標(biāo)準(zhǔn)偏差，因此通常單個(gè)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際做出的方法檢出限要稍低于標(biāo)準(zhǔn)方法，在缺乏其他數(shù)據(jù)的情況下，可以將其1～2倍值作為參考。

(2)當(dāng)采用的分析方法和標(biāo)準(zhǔn)方法不一致時(shí)，可以結(jié)合實(shí)際采用的校準(zhǔn)曲線及其最低濃度點(diǎn)來確認(rèn)初次加標(biāo)濃度。因?yàn)樾?zhǔn)曲線的最低點(diǎn)(零濃度除外)是要滿足定量要求的，因此，若假設(shè)將4倍檢出限作為定量限，則最低點(diǎn)濃度的0.5～1.5倍正好為檢出限的2～6倍，可以作為初次加標(biāo)濃度。

不管選取何值作為初次加標(biāo)濃度，都要注意盡量保證該濃度處于標(biāo)準(zhǔn)曲線上，否則得出的7次以上加標(biāo)測定結(jié)果由于計(jì)算的不準(zhǔn)確可能導(dǎo)致相對偏差很低或很高，計(jì)算出的方法檢出限也過低或過高。過高則可能超過標(biāo)準(zhǔn)限值，無法使用；過低則可能無法保證方法檢出限從背景噪音中辨別出來，也就失去了檢出限的存在意義。

此外，加標(biāo)濃度符合驗(yàn)證要求的情況下，不同的加標(biāo)濃度，計(jì)算出的檢出限是也不同的。以《HJ639-2012 水質(zhì) 揮發(fā)性有機(jī)物的測定》編制說明為例，筆者選取了國家城市供水水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)青島監(jiān)測站在驗(yàn)證這個(gè)方法時(shí)所做的幾種揮發(fā)性有機(jī)物的方法檢出限的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見表1。

表1 幾種揮發(fā)性有機(jī)物的方法檢出限計(jì)算結(jié)果 μg/L

由表1可知，加標(biāo)濃度分別為1.0～2.0 μg/L和5.0μg/L，后者計(jì)算出的方法檢出限為前者的1～5倍，而這兩種加標(biāo)濃度和檢出限均符合驗(yàn)證規(guī)定。因此，加標(biāo)濃度的大小也對檢出限的計(jì)算有較大的影響，總體上看，在一定范圍內(nèi)，加標(biāo)濃度越高，則計(jì)算出的方法檢出限也相對較高。

5 檢出限高低的問題

對于實(shí)際計(jì)算出的方法檢出限，有些CNAS評審專家認(rèn)為該值一定要不高于標(biāo)準(zhǔn)方法，否則該方法視為沒有通過驗(yàn)證或者不認(rèn)可該項(xiàng)目。HJ/T91-2002《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》中也規(guī)定：“實(shí)驗(yàn)室所測得的分析方法的檢出濃度必須達(dá)到等于(或小于)該標(biāo)準(zhǔn)方法所提出的檢出濃度值”。

筆者認(rèn)為這點(diǎn)還是需要再商榷的。因?yàn)椋孩賹?shí)際做出的檢出限一般是小于標(biāo)準(zhǔn)方法的，但是也有一些項(xiàng)目，可能由于儀器的狀態(tài)、環(huán)境條件和人員的操作等原因略高于標(biāo)準(zhǔn)方法，但都是同一數(shù)量級的，也未嘗不能用。事實(shí)上，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布前多個(gè)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證時(shí)，幾個(gè)參與驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)室做出的檢出限也多是有高有低。②多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)方法中并沒有說明其檢出限是如何得出的，由于計(jì)算方法的不同(包括置信度的選擇不同)，單個(gè)實(shí)驗(yàn)室做出的檢出限也可能導(dǎo)致比標(biāo)準(zhǔn)方法略高。③從檢出限角度出發(fā)考慮一個(gè)方法是否可行時(shí)，檢出限過高，超出了水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，顯然該方法是不可行的；但如前所述，檢出限也并非越低越好，筆者認(rèn)為能達(dá)到實(shí)驗(yàn)室檢測和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求即可。如GB 3838-2002 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中環(huán)氧氯丙烷，該指標(biāo)限值為0.02 mg/L，頒布該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)配套的氣相色譜法的檢出限為0.02 mg/L，兩者相等，由此可見，檢出限只要不高于標(biāo)準(zhǔn)限值即是可行的。當(dāng)然，方法檢出限應(yīng)盡可能小于標(biāo)準(zhǔn)限值的十分之一(因?yàn)橛行?biāo)準(zhǔn)如EPA524.2規(guī)定曲線系列濃度應(yīng)包括檢出限的2-10倍)，這樣可以保證標(biāo)準(zhǔn)限值附近的值是定量測出的，數(shù)據(jù)對于判斷是否符合標(biāo)準(zhǔn)限值更有說服力。

6 結(jié) 語

方法檢出限的計(jì)算方式多樣，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)制定自己的實(shí)施細(xì)則，將各參數(shù)、試驗(yàn)步驟、計(jì)算步驟具體化，使方法檢出限的計(jì)算具有統(tǒng)一性和可操作性。建議：①置信度一般選擇99%；②計(jì)算方法盡可能選擇HJ168-2010中規(guī)定的加標(biāo)回收法，一些特殊的水質(zhì)監(jiān)測項(xiàng)目或方法應(yīng)另作規(guī)定[10]，如GB 11901-89《重量法測定懸浮物》，應(yīng)綜合考慮天平的最小感量(0.1 mg)、恒重允差(0.4 mg)和取樣體積(100 mL)，方法檢出限應(yīng)為0.4 mg/100 mL=4 mg/L；③校準(zhǔn)曲線應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)方法中的系列濃度執(zhí)行，將其檢出限的1～2倍作為首次加標(biāo)樣品的濃度；④若自定校準(zhǔn)曲線系列濃度或方法的檢出限有實(shí)質(zhì)性偏離時(shí)，校準(zhǔn)曲線范圍、最低濃度點(diǎn)、靈敏度和檢出限應(yīng)結(jié)合考慮，按最低點(diǎn)濃度的0.5～1.5倍作為首次加標(biāo)樣品的濃度。⑤實(shí)際計(jì)算出的檢出限應(yīng)盡可能不高于標(biāo)準(zhǔn)方法；若高于標(biāo)準(zhǔn)方法，也應(yīng)和標(biāo)準(zhǔn)方法相當(dāng)(數(shù)量級相同)或低于標(biāo)準(zhǔn)限值的1/10。

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[1] HJ168-2010，環(huán)境監(jiān)測 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則[S].

[2] 徐霞君, 宗棟良.水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制[J]. 中國農(nóng)村水利水電，2006,(3):70-71.

[3] GB5750.3-2006，生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法水質(zhì)分析質(zhì)量控制[S].

[4] HJ/T91-2002, 地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].

[5] HJ698-2014,菌清和溴氰菊酯的測定 氣相色譜法[S].

[6] 孫明山.檢出限的分類與計(jì)算方法[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2012,(3):33-34.

[7] 李玉武,任立軍,王婧瑞,等.方法檢出限三個(gè)評估方法標(biāo)準(zhǔn)解讀與比較[J].中國無機(jī)分析化學(xué), 2015,5(3):24-33.

[8] 孫明山.檢出限的分類與計(jì)算方法[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè),2012,(3):33-34.

[9] 杜漢斌.檢出限測定下限和校準(zhǔn)曲線最低濃度點(diǎn)值的區(qū)別及應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展,2003,(1):39-40.

[10] 劉麗君,張秀忠,陸坤明.水質(zhì)分析中的檢出限及其確定方法[J]. 凈水技術(shù)，2003,22(1)：37-39.