靳曉婷

（呂梁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西孝義 032300）

在分析化學(xué)中，檢出限與測(cè)定下限是2個(gè)重要的指標(biāo)參數(shù)，其對(duì)水樣、土樣等樣本中待測(cè)物濃度的檢測(cè)精度與數(shù)據(jù)可靠性具有關(guān)鍵性影響，進(jìn)而與環(huán)境保護(hù)、污染治理、衛(wèi)生管理等工作的落實(shí)質(zhì)量密切相關(guān)。所以，有必要對(duì)分析化學(xué)中檢出限和測(cè)定下限的定義、二者之間的關(guān)系、算法等展開(kāi)探究討論，以為環(huán)境檢測(cè)、污染檢測(cè)等相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)踐活動(dòng)提供有力的理論支持。

1 分析化學(xué)中檢出限與測(cè)定下限的定義

1.1 “檢出限”的定義

“檢出限”這一概念最早由德國(guó)學(xué)者凱撒在1947年提出的，其強(qiáng)調(diào)應(yīng)將檢出限視為分析化學(xué)中的一項(xiàng)重要指標(biāo)。從目前來(lái)看，對(duì)于檢出限的定義尚未統(tǒng)一。

（1）IUPAC 認(rèn)為：“檢出限”即在特定分析流程下，基于待測(cè)物最小分析信號(hào)所獲得的最低質(zhì)量或濃度。

（2）EPA 認(rèn)為：“檢出限”為在確保待測(cè)物在分析樣本中濃度大于0時(shí)，能夠被檢測(cè)出的，且能以99%以上置信度產(chǎn)出報(bào)告的最低濃度。

（3）歐盟在《執(zhí)行關(guān)于分析方法運(yùn)行和結(jié)果解釋的歐盟委員會(huì)指令》中提出了“CCα”與“CCβ”2種“檢出限”概念。前者主要指在不小于CCα 的濃度條件下，基于誤差率α 獲得的陽(yáng)性測(cè)定結(jié)論；后者主要指被測(cè)樣品在誤差率β 時(shí)可被測(cè)定出的最低濃度或最少含量。

對(duì)這些定義方式進(jìn)行綜合看待，可得到“檢出限”的總結(jié)性定義：在較高的置信度背景下，通過(guò)特定分析工藝、檢測(cè)流程獲得且可定性的，分析樣品中待測(cè)物的最低濃度或最小量[1]。

在此基礎(chǔ)上，檢出限還可被分為設(shè)備檢出限、方法檢出限2種類(lèi)型。其中，設(shè)備檢出限即分析化學(xué)中儀器設(shè)備檢測(cè)待測(cè)物濃度、量級(jí)的最低限值。這一限值通常是固定的，并不會(huì)受到樣品制備方法、分析檢測(cè)工藝的波動(dòng)影響。所以，可將設(shè)備檢出限作為衡量?jī)x器設(shè)備分析能力的重要指標(biāo)。而方法檢出限，則是具體分析方法下待測(cè)物可被測(cè)定出的濃度、量級(jí)最低限值。與設(shè)備檢出限不同，方法檢出限的值具有很強(qiáng)波動(dòng)性，會(huì)受到實(shí)驗(yàn)環(huán)境、儀器設(shè)備、樣品、工藝流程等多種因素影響。所以，方法檢出限具備可變性特點(diǎn)，需要根據(jù)分析化學(xué)的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行適應(yīng)性確定。

1.2 測(cè)定下限的定義

“測(cè)定下限”指的是在特定允差范圍內(nèi)，利用分析化學(xué)方法對(duì)待測(cè)物實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化測(cè)定的最低定量限值。不同的地區(qū)背景、研究組織下，測(cè)定下限的規(guī)定要求也不盡相同：

（1）IUPAC 規(guī)定，測(cè)定下限應(yīng)為“空白測(cè)量值標(biāo)準(zhǔn)偏差的10倍相對(duì)應(yīng)的濃度值”，約是檢出限濃度的3.3倍左右，并需要保證測(cè)定下限的報(bào)告置信水平達(dá)到90%以上。

（2）EPA 規(guī)定，測(cè)定下限應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)檢出限的4倍濃度值。

（3）JIS 規(guī)定，測(cè)定下限應(yīng)為檢出限的10倍濃度值。

從目前來(lái)看，我國(guó)分析化學(xué)領(lǐng)域主要依照IUPAC 的相關(guān)規(guī)定開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)，即把檢出限濃度值的3.3倍作為測(cè)定下限。除此之外，在繪制待測(cè)物的工作曲線(xiàn)時(shí)，可觀察到標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)在達(dá)到某個(gè)濃度值后會(huì)呈現(xiàn)明顯彎曲，此時(shí)將低濃度區(qū)域的直線(xiàn)與該彎曲節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，連接點(diǎn)所處的具體濃度值或含量值，也可視為相應(yīng)待測(cè)物的測(cè)定下限。

2 分析化學(xué)中檢出限與測(cè)定下限的相互關(guān)系

主要從方法檢出限的角度入手，對(duì)檢出限與測(cè)定下限的相互關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià)。從本質(zhì)上講，方法檢出限更傾向于描述定性檢測(cè)背景下待測(cè)物的極限濃度或量級(jí)，以此回答分析樣本中“是否含有待測(cè)物”的問(wèn)題。測(cè)定下限則傾向于描述特定精度要求下待測(cè)物的定性檢測(cè)濃度或量級(jí)，以此回答分析樣本中“待測(cè)物有多少”的問(wèn)題。由此可知，相對(duì)來(lái)講可信度高、符合標(biāo)準(zhǔn)的定性數(shù)據(jù)應(yīng)處在檢出限與測(cè)定下限兩者之間，即測(cè)定下限＞定性數(shù)據(jù)≥檢出限。在此背景下，檢出限與測(cè)定下限的接近程度越高，定性數(shù)據(jù)的測(cè)定結(jié)果也就越精準(zhǔn)。通俗地講，檢出限向測(cè)定下限逐漸趨近的過(guò)程，就是分析化學(xué)中檢測(cè)數(shù)據(jù)由定性向定量發(fā)展的趨優(yōu)過(guò)程，也即由“霧里看花”式的模糊認(rèn)知向“明察秋毫”式的清晰認(rèn)知逐步深入的過(guò)程。

3 分析化學(xué)中檢出限與測(cè)定下限的確定方法

3.1 設(shè)備檢出限的確定方法

在運(yùn)算確定分析化學(xué)中儀器設(shè)備的檢出限時(shí)，應(yīng)確保儀器設(shè)備處于通電良好、性能穩(wěn)定的狀態(tài)當(dāng)中，并盡可能地將儀器設(shè)備本身的運(yùn)行噪聲控制在最低水平，以免對(duì)待測(cè)物的測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生波動(dòng)影響。在此背景下，可基于公式DL=K·S0·C/X進(jìn)行特定待測(cè)物的設(shè)備檢出限。其中，DL 為設(shè)備檢出限；K為置信因子，標(biāo)準(zhǔn)值為3；S0為被測(cè)樣品讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差；X為被測(cè)樣品讀數(shù)的均值；C 為樣品的濃度值。

3.2 方法檢出限的確定方法

由于方法檢出限具有很強(qiáng)的波動(dòng)性，會(huì)受到化學(xué)分析環(huán)境、工藝、設(shè)備等多種因素影響。所以，在研究方法檢出限的確定方法時(shí)，也應(yīng)從多個(gè)角度分別看待。此外，在實(shí)踐中，為了保證檢出限的準(zhǔn)確度達(dá)到較高水平，應(yīng)盡量提高同一分析組中樣品溶液的數(shù)量，通常以12份為宜[2]。

3.2.1 空白實(shí)驗(yàn)分析法的檢出限確定

當(dāng)分析化學(xué)的實(shí)驗(yàn)條件滿(mǎn)足“空白實(shí)驗(yàn)測(cè)定均值±1/2檢出限”這一允差范圍時(shí)，可在全程使用空白值的背景下進(jìn)行檢出限的運(yùn)算確定。在此過(guò)程中，應(yīng)先按照分析樣品的標(biāo)準(zhǔn)工藝流程，進(jìn)行不少于7次的空白實(shí)驗(yàn)，并將各次的實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果轉(zhuǎn)化為可量化的待測(cè)物濃度值或含量值。然后，運(yùn)用MDL=t（n-1，0.99）·S 這一公式，進(jìn)行檢出限的確定。以水中COD 濃度的檢出限確定為例：首先，將10mL 的標(biāo)準(zhǔn)COD 樣本置于250mL 試管當(dāng)中，并定容至刻度處。再對(duì)溶液進(jìn)行8倍稀釋處理，并取稀釋液25mL 置于試管中，定容至200mL刻度處。由此，便獲得濃度為（13.37±0.75）mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)試樣。其后，結(jié)合上述檢出限的確定要求，對(duì)試樣進(jìn)行7次空白實(shí)驗(yàn)，所得7組試樣的空白滴定體積/樣品滴定體積/標(biāo)樣含量依次為19.6mL/16.4mL/13.2mg/L、19.58mL/16.19mL/14.09mg/L、19.65mL/16.38mL/13.29mg/L、19.6mL/16.53mL/12.66mg/L、19.55mL/16.22mL/13.95mg/L、19.62 mL/16.18mL/14.12mg/L、19.62mL/16.54mL/ 12.63mg/L，7組試樣的空白滴定體積均值為19.6mL，標(biāo)樣含量均值為13.42mg·L-1。最后，運(yùn)用公式MDL=t（n-1，0.99）·S 便可得知，該水樣的COD 檢出限為3.143×0.64=2.01mg/L。

除此之外，在應(yīng)用空白實(shí)驗(yàn)分析法時(shí)，不同規(guī)定下的檢出限運(yùn)算方法也存在差異。例如，若將IUPAC 機(jī)構(gòu)的《全球環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)水監(jiān)測(cè)操作指南》作為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，則空白實(shí)驗(yàn)分析法的檢出限為MDL=4.6δ，空白實(shí)驗(yàn)的重復(fù)次數(shù)應(yīng)超過(guò)20次，置信度應(yīng)超過(guò)95%；若將EPA 機(jī)構(gòu)的SW-846《固體廢棄物化學(xué)物理分析方法》作為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，則空白實(shí)驗(yàn)分析法的檢出限為MDL=3.143δ，其中δ 為多次測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，空白實(shí)驗(yàn)的重復(fù)次數(shù)應(yīng)超過(guò)7次。

3.2.2 分光光度法的檢出限確定

在選擇分光光度法作為待測(cè)物的分析方法時(shí)，可將0.01吸光度所對(duì)應(yīng)的特定濃度值視為檢出限，即MDL=0.01/b。其中，b 為分光光度法測(cè)定結(jié)果中回歸直線(xiàn)的斜率。但需要注意的是，在確定此檢出限時(shí)，被測(cè)樣本應(yīng)避免進(jìn)行前處理，且需要將空白值從濃度中扣除。

3.2.3 空白加標(biāo)實(shí)驗(yàn)法的檢出限確定

在空白實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，若并未檢測(cè)出目標(biāo)待測(cè)物，則可進(jìn)一步采取加標(biāo)的方式，對(duì)方法檢出限的值進(jìn)行運(yùn)算確定?；诖耍瑧?yīng)首先按標(biāo)準(zhǔn)工藝流程，對(duì)待測(cè)物濃度為預(yù)估檢出限2～5倍的分析樣品實(shí)施平行檢測(cè)，檢測(cè)次數(shù)應(yīng)超過(guò)7次。其后，再運(yùn)算出多次測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差，并將其代入到公式MDL=t（n-1，0.99）·S當(dāng)中。

在此基礎(chǔ)上，若加標(biāo)后分析樣品的濃度過(guò)大，超出檢出限的10倍以上，或加標(biāo)后分析樣品的濃度過(guò)小，未達(dá)到檢出限的估值標(biāo)準(zhǔn)，都需要對(duì)待測(cè)物的加標(biāo)量級(jí)進(jìn)行合理調(diào)整，并重新進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)方法檢出限的運(yùn)算。然后，對(duì)前后兩次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，將較大的標(biāo)準(zhǔn)差設(shè)為SA，較小的標(biāo)準(zhǔn)差設(shè)為SB。此時(shí)，如果SA2/SB2的值大于3.05，則需要再次進(jìn)行加標(biāo)量級(jí)的調(diào)整；如果的值小于3.05，則可按照公式與公式MDL=t（vA+vB，0.99）·Sp，實(shí)現(xiàn)空白加標(biāo)實(shí)驗(yàn)法的檢出限確定。其中，vA、vB為標(biāo)準(zhǔn)差大、小兩組的自由度，Sp為組合后的標(biāo)準(zhǔn)差，t 為兩組自由度相加、置信度99%時(shí)的t 值分布情況[3]。

3.2.4 滴定法的檢出限確定

通常情況下，滴定法分析中檢出限應(yīng)以滴定液的最小液滴體積為運(yùn)算基礎(chǔ)，即按照公式進(jìn)行確定。其中，λ 為樣本溶液與滴定液的摩爾的比值，M0、M1分別為滴定液與樣本溶液的摩爾質(zhì)量，V0、V1分別為滴定液的最小液滴體積與樣本溶液的取樣體積，ρ 為滴定液的濃度。K 值比較特殊，若滴定法的分析工藝為一次滴定，則k 值為1；若滴定法的分析工藝為間接滴定，則k 值為2。

3.2.5 儀器噪聲法的檢出限確定

在運(yùn)用光學(xué)分析方法時(shí)，可將光學(xué)儀器的噪聲作為檢出限確定的基礎(chǔ)條件，并按照公式XL=X0+KS0進(jìn)行檢出限的運(yùn)算確定。其中，XL為光學(xué)儀器工作范圍內(nèi)分析信號(hào)的最小值，X0為多次空白實(shí)驗(yàn)下分析信號(hào)的均值，K 為標(biāo)準(zhǔn)置信條件下的確定系數(shù)（90%置信是K 值通常為3），S0為多次空白實(shí)驗(yàn)下分析信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

3.3 測(cè)定下限的確定方法

測(cè)定下限的確定，一般是在檢出限的運(yùn)算基礎(chǔ)上進(jìn)行的。因此，儀器測(cè)定下限應(yīng)以公式DL=K·S0·C/X 作為基礎(chǔ)，K值通常設(shè)為6，繼而得到公式DD=6S0C，DD為儀器測(cè)定下限。方法測(cè)定下限則應(yīng)根據(jù)EPA、IUPAC 等機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行差別運(yùn)算，通常為檢出限濃度的4倍或3.3倍。

4 結(jié)論

總而言之，檢出限和測(cè)定下限在化學(xué)分析中是很重要的性能指標(biāo)，具有高度的應(yīng)用價(jià)值與把控要求，且在不同工藝條件、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備儀器等背景下，檢出限和測(cè)定下限的值并不是相同的。所以，在實(shí)際工作中，必須要堅(jiān)持具體情況具體分析的工作原則，科學(xué)確定特定條件中待測(cè)物檢出限與測(cè)定下限的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)對(duì)測(cè)定結(jié)果的精確度、可靠性等進(jìn)行評(píng)價(jià)與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)化學(xué)分析工作價(jià)值的切實(shí)提升。