检出限的概念及计算

检出限的概念及计算中心实验室检出限的研究意义氯霉素早期被广泛用于动物各种传染性疾病治疗的广谱抗生素，后来发现动物体内残留的该抗生素对人类健康有重大威胁。因此，一些国家和团体对此高度重视，对氯霉素限量的要求越来越严格。美国对氯霉素的限量规定由最初的10μg/kg逐渐降至0.1μg/kg，欧盟对氯霉素的限量规定由最初的5μg/kg逐渐降至0.1μg/kg。要降低氯霉素的限量需要提高分析方法灵敏性，而检出限是考察分析方法灵敏性的一个重要参数。检出限的定义和分类国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）:检出限为某特定方法在给定的置信度内可从样品中检出待测物质的最小浓度或量。国际标准化组织（ISO）:分析方法的检出限是指在给定概率,即P=95%,显著性水平为5%时,能够定性检出的最低浓度或量。美国环境保护署（EPA）：能够被检出并在被分析物浓度大于零时能以99％置信度报告的最低浓度。总结一下，检出限可以概括为：某样品中目标分析物能被准确检出的最小量。检出限的定义和分类•仪器检出限(IDL，InstrumentDetectionLimit)：是指分析仪器能够检测的被分析物的最低量或最低浓度，这个浓度与特定的仪器能够从背景噪音中辨别的最小响应信号相对应。仪器检出限不考虑任何样品制备步骤的影响，一般以溶剂空白测定检出限，因此，其值总是比方法检出限低。仪器检出限一般用于不同仪器的性能比较。•方法检出限(MDL，MethodDetectionLimit)：是指在通过某一分析方法全部测定过程后(包括样品预处理)，被分析物产生的信号能以99%置信度区别于空白样品而被测定出来的最低浓度。方法的检出限是建立分析方法中较重要的一个参数，特别是评估一个分析方法对于低浓度的样品检测质量具有重要意义。检出限和检测限的关系测定下限（定量限）•测定下限(RQL，ReliableQuantitationLimit)：在测定误差能满足预定要求的前提下，用特定方法能准确地定量测定待测物质地最小浓度或量，称为方法的测定下限。•测定下限反映出分析方法能准确地定量测定低浓度水平待测物质的极限可能性。在没有(或消除了)系统误差的前提下，它受精密度要求的限制，分析方法的精密度要求越高，测定下限高于检出限越多。•美国EPASW-846(固体废弃物化学物理分析方法)规定4MDL为定量下限(RQL)，即4倍检出限浓度作为测定下限，其测定值的相对标准偏差约为l0％；日本JIS规定定量测定下限为10倍MDL；IUPACl982年的一篇报告中对测定下限作了规定，以空白测量值标准偏差的10倍相对应的浓度值作为分析方法的测定下限；国内一般都IUPAC采用的建议，采用10倍空白测量值标准偏差对应的浓度作为测定下限，它的置信水平约为90％。检出限的计算1依据IUPAC定义计算11bbLksxxSksSxxcbbLL11式中：xL——检出限；——空白均值；K——与置信度有关的常数；Sb1——空白值标准偏差CL——最低检出浓度S——低浓度时的灵敏度，即标准工作曲线在低浓度范围内的斜率。1bx1bx和sb1需通过多次测定求出，一般要测定20次；通常取k=3，此时置信区间为99.6%；由于这两个参数由有限次测定求出，3sb1对应的置信区间为90%。1.1仪器检出限仪器检出限取决于仪器噪音。以气相色谱法测定海水中的十氯酮为例，仪器检出限为在固定的仪器条件下，具有电子捕获检测器的气相色谱仪对十氯酮的响应灵敏度。根据IUPAC定义计算仪器检出限。根据公式要求，需要进行如下实验设计及计算：（1）以十氯酮定容溶剂（不含十氯酮）为空白，对该空白用色谱仪测定20次，求20次空白信号的平均值；（2）计算空白信号值的标准偏差sb1；（3）设定k值；（4）测定1μg/L和2μg/L十氯酮标准溶液（两溶液浓度均低于十氯酮标准曲线线性范围最低浓度5μg/L，但均有明显的响应信号），并根据响应信号计算出低浓度时的灵敏度S;(5)根据公式计算仪器检出限。1bx1μg/L和2μg/L十氯酮标准溶液对应的色谱峰高分别为654μV和931μV,根据表1中仪器空白值及标准信号值计算各参数值，结果见表2。由表2可知，气相色谱法测定海水中十氯酮的仪器检出限为0.041pg。1.2方法检出限方法检出限取决于仪器灵敏度及方法的回收率。气相色谱法测定海水中的十氯酮，方法检出限为在固定的仪器条件下海水中的十氯酮经过二氯甲烷萃取、浓硫酸净化、旋转蒸发浓缩后采用具有电子捕获检测器的气相色谱仪测定时十氯酮被检出的能力。根据IUPAC定义及公式计算方法检出限：（1）仪实验室超纯水为空白，将该空白样品（20份）进行二氯甲烷萃取、浓硫酸净化、浓缩定容后平行测定，计算20次空白信号平均值；（2）计算空白信号值的标准偏差sb1；（3）设定k值；（4）向空白样品中添加十氯酮标准品，使其浓度分别为2ng/L和5ng/L，进行样品测定，根据对应测试结果计算低浓度含量时的灵敏度，及曲线斜率S;(5)根据公式计算仪器检出限。1bx2ng/L和5ng/L十氯酮加标样品溶液对应的色谱峰高分别为420μV和753μV,根据表3中仪器空白值及标准信号值计算各参数值，结果见表4。由表4可知，气相色谱法测定海水中十氯酮的方法检出限为0.60ng/L。检出限的计算2其它计算方法2.1仪器检出限2.1.1GB/T5009.1-2003规定的方法GB/T5009.1-2003规定色谱法的检出限DL的计算公式为：DL=S/b式中：S—仪器噪音的3倍，及仪器能辨认的最小物质信号，μV；b—标准曲线回归方程的斜率，μV/pg。气相色谱法测定十氯酮时仪器噪音为23.7μV，以进样量x（pg）为横坐标，以逢高y（μV）为纵坐标，拟合十氯酮的标准曲线方程为y=353.2x+55，b=353.2μV/pg，由公式计算出十氯酮的仪器检出限为0.20pg。2.1.2JJG700-1999规定方法JJG700-1999规定气相色谱检出限计算公式为：D=2NW/AFC式中：D—检出限，g/ml；N—基线噪音，N=23.7×10-3mV;W—十氯酮进样量，W=1×10-12g；A—十氯酮色谱峰面积，A=0.102mV·min；FC—载气流速，FC=1.0ml/min。计算得仪器检出限为0.46pg。2.2方法检出限2.2.1一般方法通常采用样品加标方式测定并计算，加标样品经过前处理后进行测定，十氯酮检测信号为3倍基线噪音时的添加浓度为该方法检出（MDL）。实验设计步骤：①根据标准曲线和仪器检出限估算样品添加浓度，该添加浓度高于仪器检出限，在工作曲线最小点附近；②以实验室纯水为空白样品，加入低浓度十氯酮标准溶液c0(ng／L)③将空白样品和加标样品进行处理后测定，获取信号值x0(μV)，xadd(μV)和基线噪音N(μV)。根据下式计算方法检出限：MDL=3Nc0/（xadd-x0）依据上述步骤，实验室测定方法检出限为0.84ng／L。2.2.2EPA(美国环境保护署)的方法EPA对方法检出限的描述：能够被检出并在被分析物浓度大于零时以99%置信度报告的物质的最低浓度。EPA规定方法检出限的计算程序：n分空白样品加入低浓度标准溶液，该浓度一般为估计方法检出限的1～5倍，样品经过测定，根据平行样品分析结果的标准偏差计算方法检出限，计算公式如下：MDL=s·t（n-1，1-α）式中：s—加标样品测试结果的标准偏差；t—自由度为n-1时的Student’s值，可查t值表得到，当n=7时，在99%置信区间（α=0.01）下，t=3.14；n—加标样品数量，n≥7。结论检出限是分析质量控制的一个重要概念和参数，目前分析试验室无统一方法进行检出限计算。检出限仅仅是一种定性的判断依据，是粗略表征测试体系性能的概念，通常不能用于真实分析，更多用于仪器比较及方法比对。