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【深度热点】让你秒懂的“检出限详细计算方法 ”!

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2018-02-09 13:57
来源:实验与分析
实验与分析
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  在如何正确或准确地估算检出限的问题上,国际分析界一直存有争议。检出限的特殊意义在于可以对一个给定的分析方法在低浓度水平的检测能力进行准确地评估,而考察一个分析方法在低浓度范围的检测性能,可以基于不同的角度或不同的侧重点,如可以从最小信号值与仪器噪音之比来考察,从方法测定空白的平均波动性来统计估算,也可以根据分析方法校准曲线的偏差特性来定量估算等等。

  检出限是评价一个分析方法及测试仪器性能的重要指标,所谓“检出”是指定性检出,即判定样品中存在有浓度高于空白的待测物质。ACS(美国化学学会)对这一定义作了更简明的概括:检出限是一个分析方法能够可靠地检测出被分析物的最低浓度。

  检测限(limit of detection, LOD)定义:

  在样品中能检出的被测组分的最低浓度(量)称为检测限,即产生信号(峰高)为基线噪音标准差k倍时的样品浓度,一般为信噪比(S/N)2:1或3:1时的浓度,对其测定的准确度和精密度没有确定的要求。目前,一般将检测限定义为信噪比(S/N)3:1时的浓度。

  计算公式为:

  D=3N/S (1)

  式中:N——噪音; S——检测器灵敏度;D——检测限

  而灵敏度的计算公式为:

  S=I/Q (2)

  式中:S——灵敏度;I——信号响应值;Q——进样量

  将式(1)和式(2)合并,得到下式:

  D=3N×Q/I (3)

  式中:Q——进样量;N——噪音;I——信号响应值。I/N即为该进样量下的信噪比(S/N),该信噪比可通过工作站对图谱进行自动分析获得,一般的色谱或质谱工作站都可进行信噪比分析计算。这样检测限的计算方法就变得非常方便了。

  计算方法:

  实际计算时,检出限有2种表示方法:一种是进样瓶中样品检测限,一种是针对原始样品的方法检出限。

  1)对第一种检测限,只要知道进样量和信噪比即可计算。如进样瓶中样品浓度为1 mg/L,在此浓度下的信噪比为300(由工作站分析获得),则其检测限为:D =(3×1 mg L-1)/300 = 0.01 mg/L。也可用绝对进样量表示,若进样体积为10 ul,则其检测限为:D = 3×(1 mgL-1×10 ul)/300 = 0.1 ng。

  2)对第二种表示方法,需同时考虑原始样品的取样量和提取样品的定容体积。仍按前述样品计算,若取样量为5克,最后定容体积为5 mL,则方法检测限为:D = 0.01 mgL-1×5 mL/5 g = 0.01 mg/kg。即当原始样品中待检物质的浓度为0.01mg/kg时,若取样量为5g,样品经前处理后定容体积为5mL时,进样瓶中样品的浓度可达0.01mg/L(假定回收率为100%),此时,在其它给定的分析条件下,能产生3倍噪声强度的信号。在实际检测工作中,第二种表示方法更为常见。

  注意事项

  由式(3)可见,信噪比的大小直接关系到检测限的大小。信噪比计算方法的不同,其比值大小有很大不同,这与计算信噪比时基线噪声峰值的定义方式有关,一般有三种不同的定义:

  ①峰/峰(peak to peak)信噪比,用某一段基线噪声的平均高度;

  ②峰/半峰(half peak to peak)信噪比, 用某一段基线噪声平均高度的1/2;

  ③均方根(RMS)信噪比,用某一段基线噪声的均方根值计算。

  除此之外,信噪比的计算结果还和所取噪声的位置有很大关系,取信号哪一侧基线的噪声,取多长一段基线上的噪声,计算结果都很不完全相同,有时相差甚远。一般多取样品峰两侧的噪声峰值计算。

  检出限的确定

  ⑴ 《全球环境监测系统水监测操作指南》中规定:给定置信水平为95%时,样品测定值与零浓度样品的测定值有显著性差异即为检出限:

  L = 4.6Sb

  式中:L——方法的最低检出浓度。

  Sb ——测定次数为n次的空白平行测定(批内)标准差(重复测定20次以上)。

  ⑵ 国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)规定对各种光学分析方法,可用下式计算:

  L = KSb/S

  L——方法的最低检出浓度

  Sb——空白多次测量的标准偏差(吸光度);

  S ——方法的灵敏度(即校准曲线的斜率)

  为了评估 ,空白测定次数必须足够多,最好能测20次。国际纯粹和应用化学联合会极力提倡取k值为3,一般来说,取 相应的置信水平大约为90%。

  若 =0,并不意味着 ,或检出限无限小。这时需配制一个浓度略大于零浓度的试样系列(能产生一个可测信号值)代替全程序空白试验,求出其标准偏差,用来代替 。此外,有时为了工作方便和便于比较,也规定一个大家能接受的信号值作为检出限,如分光光度法中,规定吸光度为0.010所对应的浓度即为检出限L。

  ⑶ 美国EPA SW—846规定方法中的检出限为:

  L=3.143Sb

  ⑷ 某些分光光度法是以吸光度(扣除空白)为0.010相对应的浓度值或绝对量为检出限,这是一种实验室间的协定方案。

  ⑸ 气相色谱法:检测器恰能产生与噪音相区别的响应信号时所需进入色谱的物质最小量为检出限,一般为噪音的二倍。

  ⑹ 离子选择电极法:当校准曲线的直线部分外延的延长线与通过空白电位且平行于浓度轴的直线相交时,其交点所对应的浓度值即为该离子色谱所对电极法的检出限。

  由测得的空白值计算出的L值不应大于分析方法规定的最低检出浓度值,如大于方法规定值时,必须寻找原因降低空白值,重新测定计算至合格。

  校正曲线绘制:

  (1)按分析方法步骤,通过实测浓度和仪器信号值的直线关系,确定实验室条件下的测定上限。当测定上限低于方法的检测上限时,只能用实测的直线范围。

  (2)绘制校正曲线的分析步骤应与样品分析相同,并且不少于5个浓度值。

  (3)校正曲线绘制与每批测定样品同时进行,对某些分析方法的校正曲线的斜率稳定,批间误差较小,使用原制校正曲线时,应与样品同时测定2份中等浓度标样和2份空白的平行样。测得标准的浓度(减去空白)值与原校正曲线相对应的浓度值的相对偏差,分光光度法应小于5%;原子吸收法应小于10%,否则重新制作校正曲线。

  小结

  小编在最后还要特别强调,检出限和测定下限是两个不同的概念,它们是评价一个分析方法及测试仪器性能的重要指标,检出限是一个定性概念,而测定下限是一个定量概念,搞清楚两者概念和相互关系,可提高色谱分析中检测结果的准确性和可靠性,特别在痕量分析中,检出限和测定下限的确定对于分析方法的选择具有重要意义,同样的,对于实验室质量控制也具有很重要的意义。

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