一、檢測(cè)限(limit of detection,LOD)的定義
在樣品中能檢出的被測(cè)組分的最低濃度(量)稱為檢測(cè)限,即產(chǎn)生信號(hào)(峰高)為基線噪音標(biāo)準(zhǔn)差K倍時(shí)的樣品濃度,一般為信噪比(S/N)2:1或3:1時(shí)的濃度,對(duì)其測(cè)定的準(zhǔn)確度和精密度沒(méi)有確定的要求。目前,一般將檢測(cè)限定義為信噪比(S/N)3:1時(shí)的濃度。
二、檢測(cè)限的計(jì)算
計(jì)算公式為:
D=3N/S (1)
式中:N—噪音;S—檢測(cè)器靈敏度;D—檢測(cè)限
而靈敏度的計(jì)算公式為:
S=I/Q (2)
式中:S—靈敏度;I—信號(hào)響應(yīng)值;Q—進(jìn)樣量
將式(1)和式(2)合并,得到下式:
D=3N×Q/I (3)
式中:Q-進(jìn)樣量;N-噪音;I-信號(hào)響應(yīng)值。
I/N即為該進(jìn)樣量下的信噪比(S/N),該信噪比可通過(guò)工作站對(duì)圖譜進(jìn)行自動(dòng)分析獲得,一般的色譜或質(zhì)譜工作站都可進(jìn)行信噪比分析計(jì)算。這樣檢測(cè)限的計(jì)算方法就變得非常方便了。
實(shí)際計(jì)算時(shí),檢出限有2種表示方法:一種是進(jìn)樣瓶中樣品檢測(cè)限,一種是針對(duì)原始樣品的方法檢出限。
對(duì)第一種檢測(cè)限,只要知道進(jìn)樣量和信噪比即可計(jì)算。如,進(jìn)樣瓶中樣品濃度為1mg/L,在此濃度下的信噪比為300(由工作站分析獲得),則其檢測(cè)限為:D=(3×1mg/L-1)/300=0.01mg/L。也可用絕對(duì)進(jìn)樣量表示,若進(jìn)樣體積為10μL,則其檢測(cè)限為:D=3×(1mg/L-1×10μL)/300=0.1ng。
對(duì)第二種表示方法,需同時(shí)考慮原始樣品的取樣量和提取樣品的定容體積。仍按前述樣品計(jì)算,若取樣量為5克,最后定容體積為5mL,則方法檢測(cè)限為:
D=0.01mgL-1×5mL/5g=0.01mg/kg。即當(dāng)原始樣品中待檢物質(zhì)的濃度為0.01mg/kg時(shí),若取樣量為5g,樣品經(jīng)前處理后定容體積為5mL時(shí),進(jìn)樣瓶中樣品的濃度可達(dá)0.01mg/L(假定回收率為100%),此時(shí),在其它給定的分析條件下,能產(chǎn)生3倍噪聲強(qiáng)度的信號(hào)。在實(shí)際檢測(cè)工作中,第二種表示方法更為常見(jiàn)。
[注意事項(xiàng)]:
由式(3)可見(jiàn),信噪比的大小直接關(guān)系到檢測(cè)限的大小。信噪比計(jì)算方法的不同,其比值大小有很大不同,這與計(jì)算信噪比時(shí)基線噪聲峰值的定義方式有關(guān),一般有三種不同的定義:
①峰/峰(peak to peak)信噪比,用某一段基線噪聲的平均高度;
②峰/半峰(halfpeak to peak)信噪比,用某一段基線噪聲平均高度的1/2;
③均方根(RMS)信噪比,用某一段基線噪聲的均方根值計(jì)算。
除此之外,信噪比的計(jì)算結(jié)果還和所取噪聲的位置有很大關(guān)系,取信號(hào)哪一側(cè)基線的噪聲,取多長(zhǎng)一段基線上的噪聲,計(jì)算結(jié)果都很不完全相同,有時(shí)相差甚遠(yuǎn)。一般多取樣品峰兩側(cè)的噪聲峰值計(jì)算。
單位技術(shù)規(guī)定
三、檢出限的確定
(1)《全球環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)水監(jiān)測(cè)操作指南》中規(guī)定:
給定置信水平為95%時(shí),樣品測(cè)定值與零濃度樣品的測(cè)定值有顯著性差異即為檢出限:
L=4.6Sb
式中:
L-方法最低檢出濃度。
Sb-測(cè)定次數(shù)為n次的空白平行測(cè)定(批內(nèi))標(biāo)準(zhǔn)差(重復(fù)測(cè)定20次以上)。
(2)國(guó)際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)規(guī)定對(duì)各種光學(xué)分析方法,可用下式計(jì)算:
L=KSb/S
L-方法的最低檢出濃度
Sb-空白多次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差(吸光度);
S-方法的靈敏度(即,校準(zhǔn)曲線的斜率)
為了評(píng)估,空白測(cè)定次數(shù)必須足夠多,最好能測(cè)20次。國(guó)際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)極力提倡取K值為3,一般來(lái)說(shuō),取相應(yīng)的置信水平大約為90%。
若=0,并不意味著,或檢出限無(wú)限小。這時(shí)需配制一個(gè)濃度略大于零濃度的試樣系列(能產(chǎn)生一個(gè)可測(cè)信號(hào)值)代替全程序空白試驗(yàn),求出其標(biāo)準(zhǔn)偏差,用來(lái)代替。此外,有時(shí)為了工作方便和便于比較,也規(guī)定一個(gè)大家能接受的信號(hào)值作為檢出限,如,分光光度法中,規(guī)定吸光度為0.010所對(duì)應(yīng)的濃度即為檢出限L。
(3)美國(guó)EPASW-846規(guī)定方法中的檢出限為:L=3.143Sb
(4)某些分光光度法是以吸光度(扣除空白)為0.010相對(duì)應(yīng)的濃度值或絕對(duì)量為檢出限,這是一種實(shí)驗(yàn)室間的協(xié)定方案。
(5)氣相色譜法:檢測(cè)器恰能產(chǎn)生與噪音相區(qū)別的響應(yīng)信號(hào)時(shí)所需進(jìn)入色譜的物質(zhì)最小量為檢出限,一般為噪音的二倍。
(6)離子選擇電極法:當(dāng)校準(zhǔn)曲線的直線部分外延的延長(zhǎng)線與通過(guò)空白電位且平行于濃度軸的直線相交時(shí),其交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的濃度值即為該離子色譜所對(duì)電極法的檢出限。
由測(cè)得的空白值計(jì)算出的L值不應(yīng)大于分析方法規(guī)定的最低檢出濃度值,如大于方法規(guī)定值時(shí),必須尋找原因降低空白值,重新測(cè)定計(jì)算至合格。
四、測(cè)定一種樣品方法檢出限具體步驟
通常的測(cè)定總是利用被測(cè)物的某種性質(zhì)與濃度(含量)間的正比關(guān)系或近似正比關(guān)系來(lái)定量的。超出線性范圍的,檢出限測(cè)定方法很簡(jiǎn)單,配置一系列濃度不同的被測(cè)物標(biāo)準(zhǔn)液(定量測(cè)定通常在溶液中進(jìn)行,對(duì)于直接固體樣品測(cè)定,方法類似),分別測(cè)定其被直接測(cè)定的物理量(例如,電流、吸光度等),以濃度為橫坐標(biāo),被測(cè)物理量為縱坐標(biāo)作圖,不斷降低被測(cè)物濃度,觀察曲線何時(shí)發(fā)生彎曲,發(fā)生彎曲前對(duì)應(yīng)的濃度為檢出限。檢出限附近應(yīng)多做幾次,在檢出限的上方數(shù)據(jù)應(yīng)有較好的重復(fù)性,而下方重復(fù)性會(huì)較差(波動(dòng)很大,由于儀器本底噪聲的影響)。剛開(kāi)始試驗(yàn)的時(shí)候濃度跨度大些容易很快測(cè)出。
有些儀器可以直接顯示噪聲的電平,則當(dāng)濃度降低至產(chǎn)生的信號(hào)為噪聲電平的兩倍時(shí),此時(shí)的濃度為檢出限。檢出限附近同樣需要多測(cè)幾次,以減少其它偶然因素的影響,偶然因素的影響在這種濃度下是比較嚴(yán)重的。
(內(nèi)容參考實(shí)驗(yàn)與分析)