張會(huì)

（河北中天環(huán)保技術(shù)有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引 言

方法檢出限是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(cè)物質(zhì)的最低濃度或最小量，需要按照特定分析方法的全部步驟處理和測(cè)定樣品，是在給定置信度內(nèi)區(qū)別于空白試樣的被檢出的最低濃度或最小量。測(cè)定下限是在限定誤差能滿足預(yù)定要求的前提下，用特定分析方法能夠準(zhǔn)確定量測(cè)定待測(cè)物質(zhì)的最低濃度或最小量。方法檢出限隨實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件、試驗(yàn)人員技術(shù)水平、前處理方法、儀器設(shè)備條件等變化而變化。儀器檢出限是基于待測(cè)物質(zhì)最小分析信號(hào)所獲得的最低濃度或最低量，僅與儀器性能有關(guān)，不受其他條件影響，故一般情況下測(cè)定的儀器檢出限小于方法檢出限。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件、人員技術(shù)能力、儀器設(shè)備等均不相同，故不同實(shí)驗(yàn)室針對(duì)同一檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的方法檢出限不同，所以方法驗(yàn)證應(yīng)對(duì)方法檢出限和測(cè)定下限進(jìn)行驗(yàn)證，儀器檢出限不能代替方法檢出限。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室確定的方法檢出限小于或等于標(biāo)準(zhǔn)方法所規(guī)定的檢出限時(shí)，說明本實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證的方法檢出限滿足標(biāo)準(zhǔn)方法要求，有能力使用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行樣品分析。國(guó)際上將石油烴分為揮發(fā)性、半揮發(fā)性、可萃取性石油烴（C10~C40）3類。石油烴進(jìn)入土壤后會(huì)對(duì)微生物、動(dòng)植物構(gòu)成危害，并隨著食物鏈進(jìn)入人體，損害人體健康?？奢腿⌒允蜔N（C10~C40）含量是土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查的重要參數(shù)，有能力使用氣相色譜法測(cè)定土壤中可萃取性石油烴（C10~C40）含量是決定測(cè)定結(jié)果是否可靠的關(guān)鍵，而方法檢出限、測(cè)定下限驗(yàn)證結(jié)果是判斷機(jī)構(gòu)是否具有相關(guān)檢測(cè)能力的重要指標(biāo)。目前環(huán)境檢測(cè)機(jī)構(gòu)針對(duì)單一目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行方法檢出限驗(yàn)證較多，很少有針對(duì)總量進(jìn)行驗(yàn)證；相對(duì)于單一目標(biāo)物質(zhì)，總量方法檢出限和測(cè)定常常感覺無從下手。雖然單一物質(zhì)方法檢出限的估計(jì)和測(cè)定都比較成熟，但當(dāng)結(jié)果需要以某類物質(zhì)總量評(píng)價(jià)且檢測(cè)參數(shù)較多時(shí)，檢測(cè)分析及數(shù)據(jù)處理過程引入的不確定因素較多，往往會(huì)影響到檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性；而總量方法檢出限和測(cè)定下限將此類物質(zhì)看做一個(gè)單一物質(zhì)，從而可避免過多的參數(shù)檢測(cè)及數(shù)據(jù)處理引入的不確定性，使結(jié)果表達(dá)更具科學(xué)性和適用性。本文將石油烴（C10~C40共31種烷烴）看做一種物質(zhì)，進(jìn)行了方法檢出限和測(cè)定下限的測(cè)定，提供了某類物質(zhì)總量方法檢出限和測(cè)定下限驗(yàn)證的思路。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

1.1.1 儀 器

FA2004N電子天平（上海菁海儀器有限公司）；BSXT-02索氏提取器（上海爭(zhēng)巧科學(xué)儀器有限公司）；1 000 mg 60 mm×15 mm硅酸鎂凈化柱（泰州康之達(dá)實(shí)驗(yàn)器材有限公司）；LC-DCY-12G氮吹濃縮儀（上海力辰邦西儀器有限公司）；UPB-10型高純水機(jī)（石家莊泰斯特儀器設(shè)備有限公司）。

1.1.2 試 劑

正己烷（C6H14），GCS級(jí)，天津市科密歐化學(xué)試劑（批號(hào)，20200310）；二氯甲烷（CH2Cl2）,GCS級(jí)，安徽時(shí)聯(lián)特種溶劑股份有限公司；丙酮（CH3COCH3），GCS級(jí)，歐普森（批號(hào)：D9002）；正己烷中31種正構(gòu)烷烴類混標(biāo)（石油烴C10~C40 31 000 mg/L，每種組分均為1 000 mg/L），北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司（批號(hào)：2322003）；正己烷中正癸烷-正四十烷混標(biāo)（50/150μg/mL），北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司（批號(hào)：80939B）；無水硫酸鈉（Na2SO4），天津市科密歐化學(xué)試劑（批號(hào)：20191203）。

1.2 GC測(cè)定條件

9790PLUS氣相色譜儀，F(xiàn)L97plus-石油烴專用版工作站（浙江福立分析儀器股份有限公司）；氫火焰離子化檢測(cè)器；KB-5HT色譜柱(30 m×0.32 mm×0.10 μm)；柱溫設(shè)置：初始溫度50℃保持2 min，以40℃/min速率升溫至230℃，以20℃/min升溫至320℃保持9 min。

GC測(cè)定條件見表1。

表1 GC測(cè)定條件一覽表Table 1 Determination conditions of GC analysis

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

用微量注射器移取適量的石油烴標(biāo)準(zhǔn)溶液，用正己烷稀釋，混勻。配制成質(zhì)量濃度為0、248、775、1 550、4 030、9 300 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列，按照上述1.2色譜條件，從低濃度到高濃度依次測(cè)定，以濃度為橫坐標(biāo)，確定的保留時(shí)間窗內(nèi)總峰面積（減去柱流失有效峰面積）為縱坐標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.4 樣品制備

1.4.1 空白樣品制備

稱取無水硫酸鈉10 g（代替土壤，精確到0.01 g）研磨均化成流沙狀，放入玻璃纖維濾筒，將濾筒放入索氏提取器中，加入100 mL正己烷-丙酮混合試劑（1+1），提取16~18 h，回流速率控制在8~10次/h，收集提取液；將提取液轉(zhuǎn)移至氮吹濃縮儀，濃縮至1.0 mL；硅酸鎂凈化柱依次用10 mL正己烷-二氯甲烷混合溶劑（1+1）、10 mL正己烷活化；將濃縮液轉(zhuǎn)移至活化好的硅酸鎂凈化柱，收集流出液；用約2 mL正己烷洗滌濃縮液收集裝置，轉(zhuǎn)移至凈化柱；再用12 mL正己烷淋洗凈化柱，收集淋洗液，與流出液合并，濃縮至1.0 ml；待測(cè)。

1.4.2 空白加標(biāo)樣品制備

稱取無水硫酸鈉10 g（代替土壤，精確到0.01 g）共7份，放入研磨器中，每份加入4 μL石油烴標(biāo)準(zhǔn)溶液（根據(jù)預(yù)估出的方法檢出限，使空白加標(biāo)樣品理論濃度為3.1倍預(yù)估的檢出限）。按照上述空白樣品處理方法對(duì)空白加標(biāo)樣品進(jìn)行處理，得到凈化液1.0 mL共7份，待測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 定性保留時(shí)間窗口的確定結(jié)果

保留時(shí)間窗口直接決定著石油烴積分時(shí)間的長(zhǎng)短和峰面積的大小，對(duì)方法檢出限和檢出下限影響很大。所以本實(shí)驗(yàn)考查了可萃取性石油烴中C10~C40共31種正構(gòu)烷烴的出峰順序，結(jié)果表明石油烴中C10~C40共31種正構(gòu)烷烴出峰順序按照碳原子個(gè)數(shù)C10~C40依次出峰，故保留時(shí)間窗確定以C10（正癸烷）開始出峰和C40（正四十烷）結(jié)束出峰時(shí)間確定。取1.0μL正己烷中正癸烷-正四十烷混標(biāo)溶液，在選定的色譜條件下進(jìn)行保留時(shí)間窗的確定如圖1所示。

圖1 保留時(shí)間窗口確定Fig.1 The selection of retention time range

由圖1可見，確定正癸烷的出峰時(shí)間為4.452 min，正四十烷出峰結(jié)束時(shí)間為15.667 min，故將4.4~15.7作為測(cè)定石油烴（C10~C40）的積分時(shí)間。

2.2 柱流失的測(cè)定

分析石油烴（C10~C40）的氣相色譜條件會(huì)引起顯著的柱流失，使基線上升，導(dǎo)致空白背景值增加，影響測(cè)試結(jié)果，故測(cè)定石油烴（C10~C40）應(yīng)測(cè)定柱流失，結(jié)果計(jì)算時(shí)石油烴（C10~C40）的總峰面積應(yīng)扣除柱流失的面積。石油烴（C10~C40）柱流失測(cè)定圖譜如圖2所示。

圖2 石油烴（C10~C40）柱流失測(cè)定圖譜Fig.2 The column loss chromatogram of petroleum hydrocarbon(C10~C40)

2.3 線性范圍

在1.2色譜條件下，31種石油烴（C10~C40）可以得到完全分離，這是后續(xù)石油烴（C10~C40）總量準(zhǔn)確定性和總面積積分的前提。

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察了石油烴（C10~C40）總濃度0~9 300 mg/L的線性情況，結(jié)果顯示，在選定的保留時(shí)間窗內(nèi)，石油烴總峰面積與總濃度線性良好。

C10~C40色譜分離圖如圖3所示。

圖3 C10~C40色譜分離圖Fig.3 The separation chromatogram of C10~C40

校準(zhǔn)曲線方程w=-220.080+1.718×10-4A（w為石油烴濃度，A為峰面積），相關(guān)系數(shù)R=0.999 5。

石油烴（C10~C40）標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖4所示。

圖4 石油烴（C10~C40）標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.4 The standard curve of petroleum hydrocarbon(C10~C40)

2.4 方法檢出限及測(cè)定下限驗(yàn)證方法選擇

氣相色譜法方法檢出限獲得基于統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，即對(duì)獲得的數(shù)據(jù)按照《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)制定技術(shù)導(dǎo)則》HJ168-2020，用多次空白樣品測(cè)定結(jié)果或空白加標(biāo)樣品測(cè)定結(jié)果來計(jì)算。

（1）使用空白樣品測(cè)定結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。

當(dāng)空白試驗(yàn)中能檢出目標(biāo)物質(zhì)時(shí)，至少重復(fù)測(cè)定7份空白樣品，每份空白樣品測(cè)定1次。計(jì)算空白樣品測(cè)定結(jié)果平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差，并按公式（1）計(jì)算方法檢出限：

式中：MDL為方法檢出限；S為n次測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差；t為當(dāng)自由度為n-1時(shí)，置信度為99%時(shí)的t分布（單側(cè)），當(dāng)n為7時(shí)，t值為3.143。

以空白試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果計(jì)算的方法檢出限結(jié)果有效前提為：任意空白樣品測(cè)定值之間可允許的差異范圍為“空白試驗(yàn)測(cè)定值的均值±計(jì)算出的檢出限的1/2”以內(nèi)。

測(cè)定下限為方法檢出限的4倍。

（2）使用空白加標(biāo)樣品測(cè)定結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。

當(dāng)空白試驗(yàn)中不能檢出目標(biāo)物質(zhì)時(shí)，則對(duì)濃度值為估計(jì)方法檢出限的3~5倍的相同濃度的空白加標(biāo)樣品（≥7份）進(jìn)行測(cè)定，每份樣品測(cè)定1次。計(jì)算空白加標(biāo)樣品測(cè)定結(jié)果平均值，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，并按公式1計(jì)算方法檢出限。

以空白加標(biāo)樣品測(cè)定結(jié)果計(jì)算的方法檢出限有效前提為：任意空白加標(biāo)樣品測(cè)定濃度應(yīng)在計(jì)算出的方法檢出限的3~5倍內(nèi)。當(dāng)空白加標(biāo)樣品濃度不在計(jì)算出的方法檢出限3~5倍內(nèi)時(shí)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整空白加標(biāo)樣品濃度并按照公式2計(jì)算方法檢出限。此時(shí)方法檢出限有效前提為：任意空白加標(biāo)樣品濃度應(yīng)在計(jì)算出的方法檢出限的3~5倍內(nèi)，且

式中：SA為方差較大空白加標(biāo)樣品平行測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)偏差；SB為方差較小空白加標(biāo)樣品平行測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)偏差；Sp為組合標(biāo)準(zhǔn)偏差；t為自由度為nA+nB-2，置信度為99%時(shí)的t分布（單側(cè)）；nA為方差較大的空白加標(biāo)樣品測(cè)定次數(shù)；nB為方差較小的空白加標(biāo)樣品測(cè)定次數(shù)。

一般情況下，只有在證明空白樣品確實(shí)不能檢出目標(biāo)物質(zhì)時(shí)，才能采用空白加標(biāo)樣品測(cè)定結(jié)果計(jì)算方法檢出限。

相對(duì)于液態(tài)物質(zhì)，土壤成分復(fù)雜，通常情況下，無法找到適宜作為空白樣品的均質(zhì)化土壤，通常會(huì)按照檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)選用相應(yīng)物質(zhì)代替土壤進(jìn)行空白試驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)按照《土壤和沉積物石油烴（C10~C40）的測(cè)定氣相色譜法》（HJ1021-2019）規(guī)定選用石英砂代替土壤制作空白樣品和空白加標(biāo)樣品。然后將1.3制備的空白樣品按照1.2色譜條件進(jìn)行測(cè)定，從正癸烷出峰開始到正四十烷出峰結(jié)束連接一條水平基線進(jìn)行積分，計(jì)算總峰面積（減去柱流失有效峰面積），外標(biāo)法定量，按下述公式3計(jì)算樣品中石油烴（C10~C40）含量：

式中：C為樣品中石油烴（C10~C40）含量，mg/kg；W為由校準(zhǔn)曲線計(jì)算所得石油烴（C10~C40）的濃度，mg/L；V為提取液濃縮后的定容體積，mL；10為無水硫酸鈉（代替土壤）質(zhì)量，g。

結(jié)果顯示，空白試驗(yàn)中未檢出目標(biāo)物石油烴（C10~C40）。故石油烴方法檢出限的測(cè)定采用空白加標(biāo)樣品測(cè)定結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。

測(cè)定下限為方法檢出限的4倍。

2.5 土壤樣品方法檢出限、測(cè)定下限測(cè)定

在保留時(shí)間窗內(nèi)，以3倍噪音值為儀器檢出限，將儀器檢出限折算為取樣10.0 g，定容體積1.0 mL，進(jìn)樣體積1.0μL時(shí)的土壤中石油烴的檢出限，結(jié)果為1.5 mg/kg；由于《土壤和沉積物石油烴（C10~C40）的測(cè)定氣相色譜法》（HJ1021-2019）“方法檢出限為6 mg/kg”，所以本實(shí)驗(yàn)室氣相色譜法測(cè)定土壤中石油烴方法檢出限應(yīng)在1.5~6 mg/kg之間，綜合本實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件、人員技術(shù)水平及儀器設(shè)備性能等預(yù)估本實(shí)驗(yàn)室土壤石油烴（C10~C40）方法檢出限為4 mg/kg。

按照2.4方法二要求及預(yù)估出的方法檢出限，確定本實(shí)驗(yàn)空白樣品（10.0 mg石英砂）石油烴（C10~C40）加標(biāo)量為4μL，加標(biāo)后石油烴總濃度為12.4 mg/kg，為預(yù)估方法檢出限的3.1倍。

對(duì)上述制作的空白加標(biāo)樣品按照1.3.2進(jìn)行處理并測(cè)定石油烴（C10~C40）濃度，按照公式1計(jì)算方法檢出限，檢出限的4倍作為測(cè)定下限，結(jié)果見表2。

表2 空白加標(biāo)樣品測(cè)定及方法檢出限和測(cè)定下限計(jì)算結(jié)果Table 2 The results of method detection limit and determination limit for spiked blank sample

由表2可知，本實(shí)驗(yàn)測(cè)定出的土壤石油烴 （C10~C40）總量的方法檢出限為2.97 mg/kg；測(cè)定下限為11.9 mg/kg。驗(yàn)證結(jié)果滿足“任意空白加標(biāo)樣品濃度應(yīng)在計(jì)算出的方法檢出限的3~5倍內(nèi)”，同時(shí)滿足“當(dāng)實(shí)驗(yàn)室計(jì)算出的檢出限小于或等于方法所規(guī)定的檢出限時(shí)，說明該實(shí)驗(yàn)室方法檢出限及測(cè)定下限滿足標(biāo)準(zhǔn)方法要求”。

3 結(jié) 語

選用空白加標(biāo)樣品測(cè)定結(jié)果計(jì)算方法檢出限、測(cè)定下限，加標(biāo)量應(yīng)參考儀器檢出限及待驗(yàn)證方法標(biāo)準(zhǔn)的方法檢出限，一般預(yù)估檢出限應(yīng)大于儀器檢出限，小于方法檢出限；采用空白加標(biāo)樣品測(cè)算方法檢出限時(shí)，空白樣品加標(biāo)量為預(yù)估方法檢出限的3~5倍；土壤石油烴（C10~C40）總量的方法檢出限測(cè)定，空白加標(biāo)為C10~C40共計(jì)31種石油烴的總量加標(biāo)，方法檢出限計(jì)算以總量計(jì)算，不計(jì)算C10~C40中每一種烷烴檢出限。