检出限和定量限的评价方法

2023-06-29 理论教育版权反馈

【摘要】：通常情况下，只有当目标分析物的含量接近于“零”的时候才需要确定方法的检出限或定量限。当分析物浓度远大于定量限时，没有必要评估方法的检出限和定量限。检出限和定量限的评估方法较多，目前在食品、农业、烟草化学分析领域，常用的方法包括空白标准偏差的倍数法、信噪比法、逐步稀释法等［2］。通常，以空白样品检测结果标准差的3.3倍作为检出限的估计值，以空白样品检测结果标准差的10倍作为检出限的估计值。

通常情况下，只有当目标分析物的含量接近于“零”的时候才需要确定方法的检出限或定量限。当分析物浓度远大于定量限时，没有必要评估方法的检出限和定量限。但是，对于那些浓度（含量）接近于检出限与定量限的痕量和超痕量检测，并且报告为“未检出”时，或需要利用检出限或定量限进行风险评估或法规决策时，实验室应确定检出限和定量限^［4］。

检出限和定量限的评估方法较多，目前在食品、农业、烟草化学分析领域，常用的方法包括空白标准偏差的倍数法、信噪比法、逐步稀释法等^［2］。

从检出限的定义可以看出，区分空白样品的最低浓度（含量）水平是目标分析物是否认为被检出的标准。当被检物质产生的检测信号高于检出标准时，可在约定置信水平下判定存在被检物质；而当被检物质产生的检测信号低于检出标准时，则在约定置信水平下不能判定存在被检物质^［5］。这个判定是否能检出的标准就是“空白样品的噪声”。其中，所谓的空白样品（blank sample），指的是一种能充分反映样品典型特征的基体，此基体为不含目标分析物或目标分析物含量为“零”的样品，或与样品近似、且不含目标分析物的材料或替代品；所谓的噪声，常以空白样品重复测试结果的标准偏差度量。

通常，以空白样品检测结果标准差的3.3倍作为检出限的估计值，以空白样品检测结果标准差的10倍作为检出限的估计值。

因此，检出限和定量限可表示为^［6，7］：

式中 s_b——检测仪器响应的标准偏差；

m——校正曲线的斜率。

m可通过分析物的校准曲线估计得到。s_b的估计值可通过多种方法得到，例如：

①基于空白的标准偏差：分析一些空白样品（≥6个），并计算空白样品检测响应的标准偏差。

②基于校准工作曲线：回归曲线的剩余标准差或回归曲线y轴截距的标准偏差可作为标准偏差s_b的估计值。回归曲线截距即是目标物含量为0时的仪器响应值，因此截距的标准差即反映了空白样品的标准差。s_b的计算参见本章第四节相关内容。

【例2－3】空白标准偏差的倍数法评估检测方法的检出限和定量限

采用空白样品基质配标方式，某物质在低浓度到中等浓度（μg/L）间的检测仪器响应（y）与浓度（x）的最佳标准工作拟合曲线的方程为y＝0.207 (± 0.001 )x + 0.008（± 0.006），其中，0.001为斜率的标准差（s_m）；0.006为截距的标准差（s_b）。从上述结果，估计方法的LOD和LOQ。

解：

根据式（2－1）和式（2－2），计算评估检测方法的检出限结果如下：

信噪比（Signal－to－noise ratio，S/N）是科学和工程中所用的一种度量，用于比较所需信号的强度与背景噪声的强度，其定义为信号与噪声的比率。在色谱分析中（见图2－3），通常把已知浓度样品的信号（H）与噪声信号（h）进行比较，以信噪比为3 ∶ 1时对应目标物的浓度作为可接受的检出限估计值，以信噪比为10 ∶ 1时的浓度作为定量限估计值。目前，在信噪比的实际计算过程中，往往可以直接采用分析仪器的工作站软件自动计算获得。

图2－3 信噪比为10 ∶ 1和3 ∶ 1的典型色谱图

图2－3中，H为目标物色谱峰的峰高，用以描述目标物的检测信号；h为目标物附近的基线响应值，用以描述目标物出峰保留时间附近检测信号的噪声。

逐步稀释法是《GB/T 35655—2017化学分析方法验证确认和内部质量控制实施指南色谱分析》推荐的检出限评估方法^［8］。

逐步稀释法计算检出限按下列步骤操作：

（1）实验室应结合方法的具体情况对检出限作出预测，以此作为参照，在空白基质中添加低浓度组分，进行样品处理，得到包含检出限在内的系列低浓度样品处理液。

（2）对上述系列处理液进行检测，得到相应的图谱信息，解析并定性判定。

（3）能准确定性的最小信号所对应的浓度（含量）可表达为检出限。

例2－4给出了逐步稀释法评估YC/T 207—2014检测方法苯的检出限的实例。

在进行定量限的评估时，可以根据逐步稀释法的实验操作步骤，对检出限以上的系列低浓度空白基质加标样品（≥6个）进行重复测试，然后对各系列浓度检测结果的平均值与接受参考值进行正确度评价。最终，将满足正确度要求的最小检测结果可表达为方法的定量限。

例2－5给出了评价YC/T 207—2014检测方法苯定量限的正确度的示例。

【例2－4】逐步稀释法评估YC/T 207—2014方法苯的检出限

以卷烟小盒商标纸为研究对象，分别对苯含量为0.010mg/m²的标准样品以及苯含量为0.001mg/m²和0.0003mg/m²的空白加标实际样品，按照《YC/T 207—2014烟用纸张中溶剂残留的测定顶空－气相色谱/质谱联用法》^［9］进行检测，所获得3个样品的选择离子色谱图和质谱图分别如图2－4、图2－5和图2－6所示。评价YC/T 207—2014检测方法苯的检出限。

解：

从色谱保留时间定性方面看，图2－5和图2－6均可以识别出12.8min保留时间处存在色谱峰信号。与图2－4标准样品中苯的出峰保留时间（12.79min）相比，苯含量为0.001mg/m²和0.0003mg/m²的空白加标样品的保留时间偏差分别为0min和0.03min，符合YC/T 207—2014标准6.1.1条款试样和标样在相同保留时间处（±0.2min）出现的定性原则。

从质谱碎片离子的质荷比（m/z）的定性方面看，图2－5和图2－6均可以识别出78（m/z）和77（m/z）的苯特征离子。与图2－4标准样品中苯的定性离子77（m/z）与定量离子78（m/z）的相对丰度比（25.0%）相比，苯含量为0.001mg/m²的空白加标样品的定性离子77（m/z）与定量离子78（m/z）的相对丰度比（28.0%）偏差为12%，苯含量为0.0003mg/m²的空白加标样品的定性离子77（m/z）与定量离子78（m/z）的相对丰度比（42.0%）偏差分别为68%。根据YC/T 207—2014标准6.1.1条款对于典型溶剂残留的定性鉴定要求，当相对丰度20%～50%时，允许± 15%偏差。因此，含量为0.0003mg/m²的空白加标样品的特征离子丰度比不满足定性的要求。

综上两个方面分析，当卷烟小盒商标纸中苯含量为0.001mg/m²时，能够满足准确定性的要求，因此YC/T 207—2014检测方法的检出限为0.001mg/m²是适宜的。

【例2－5】评价YC/T 207—2014检测方法苯定量限的正确度

以卷烟小盒商标纸为研究对象，制备6个苯含量为0.004mg/m²的空白加标样品，按照《YC/T 207—2014烟用纸张中溶剂残留的测定顶空－气相色谱/质谱联用法》进行重复检测，所获得检测结果分别为0.009，0.007，0.005，0.004，0.005，0.004。评估YC/T 207—2014检测方法苯定量限的正确度。

解：

采用t检验确定重复（n＝6）检测结果平均值和接受参考值（μ＝0.004）之间是否有显著性差异。