环境样品采集和分析质量保证研究的现状与进展

　2000年7月吉　林　大　学　自　然　科　学　学　报第3期 N o.3A CTA SC IEN T I A RUM NA TU RAL I UM UN I V ER S ITA T IS J I L I N EN S IS2000207　综合评述

环境样品采集和分析质量保证研究的现状与进展

董德明,房春生,朱先磊,王　菊,刘　淼

(吉林大学环境科学与工程系,长春　130023)

提要:从质量保证的基础工作、质量保证的理论研究、质量控制方法和质量控制标准的制定4个方面综述环境样品采样质量保证和分析质量保证的现状和进展.其中质量控制标准的制定,是把采样和分析测试过程综合进行考虑,制定合理的允许误差限度.

关键词:质量保证;样品分析;环境采样;环境分析;评述

中图分类号:X502 文献标识码:A 文章编号:052920279(2000)0320085206

质量保证是保证分析数据准确可靠的一类方法,也是科学管理环境分析工作的有效措施.它可以大大提高数据的质量,使环境科学研究建立在可靠的数据基础之上.其意义主要体现在以下两个方面[1]:

(1)环境分析化学通过对污染物的形态、性质和含量进行研究及分析,为了解环境质量提供信息.由于只有取得合乎质量要求的分析结果,才能准确地指导人们认识、评价和管理环境.因此为了获得可靠的分析数据,人们对环境分析的质量保证非常重视,世界各国纷纷投入大量的人力和物力开展这项工作.

(2)由于目前环境样品采集和分析逐渐发展成为由众多实验室和广大分析人员共同参与的工作.因此,迫切要求分析数据具有时间和空间的可比性,以评价实验室内部与外部的数据是否准确一致.环境分析质量保证是评价环境质量变化的前提和保障.

1　基础工作

1.1　分析质量保证

对于分析测试过程而言,误差主要源于所用的分析方法、试剂、仪器和各种器皿.因此,在分析方法的选择、试剂的提纯、仪器的校准、器皿的洗涤等诸多方面现都做出了具体的规定,以减小分析误差[1].此外,一些分析工作者还根据分析测试中遇到的具体情况,对质量保证基础工作进行了更加细致的研究[2,3].

标准分析方法的制定和标准物质的研制在分析质量保证基础工作中亦有很重要的意义.制定标准分析方法的目的是为了保证分析结果的重复性、再现性和准确性.国外标准化工作始于20世纪初,我国70年代开始了环境分析标准化工作,目前对许多种污染物已制定出数百个分析方法的标准化[4].标准物质可用于测量装置的校正、分析方法和实验方法的评价.近些年来,环境标准物质的研制得到了很大发展,出现了各种基质的环境标准物质,如空气、水、土壤、沉积物、陆生植物、水生植物及动物;定量组分涉及到数百种元素、有机化合物和无机化合物;浓度范围从10-2到10-9,保证值的不确定度一般在1%～20%之间,基本满足环境分析的需要[5].形态分析的发展导致对形态分析标准参考物质的需求日益迫切,但是目前尚无公认的标准物质,人们正在为此做种种尝试[6].此外,各国近几年均开始重视有机污染物标准物质的研制,特别是多环芳烃、多氯联苯、农药及其代谢产物等优先监测的

收稿日期:2000203203. 作者简介:董德明(1957～),男,教授,博士生导师.

有机污染物的标准物质.

1.2　采样质量保证

对空气采样、水体采样、土壤采样和生物采样至今都有明确的技术规定.比如,空气采样包括采样器流量的恒定和校准,吸收液、滤膜的保存等.水体采样包括采样位置的选择,采样器皿在采样前的洗涤以及采样后的运输保存.同时对诸如溶解氧、油类这样的特殊项目做了更加详细的说明.

采样过程是一个实践性很强的过程,虽然在原则上对质量保证基础工作有一定要求,但在涉及到具体的采样活动时,仍必须针对实际情况而具体对待.于是很多作者根据各自的经验总结了针对某一环境要素中具体分析项目的采样质量保证措施[7～11].

2　理论研究

2.1　分析质量保证

分析质量保证是质量保证中发展比较早的一部分.首先涉及分析质量保证的理论研究可以追溯到20世纪初,1908年戈塞特以“Studen t”为笔名发表了关于平均值误差的文章,介绍了“Studen t’s2t”参数.有了这一参数,分析化学工作者就可以定量地比较两个项目之间的结果,比如,分析方法或样品之间的结果都可以用它进行两个均值的概率水平的比较.其后,菲歇尔(F isher)将标准偏差这一统计参数与“F2test”的质量参数相联系,提出了方差分析的理论个别实验室结果的分散度与重复性好且符合要求的数据组的分散度相比,以判断这个实验室结果的优劣.1947年,桑德曼及贝尔克(Sunder m an and B elk)将休哈特质量控制图用于控制分析数据.1950年,利维和杰宁斯(L evey and Jen ings)首先报道了一个典型的实验室内质量控制系统.目前在分析质量保证的理论方面已建立起一套较为完整的体系.

有关分析测试过程中的误差,现已形成相对固定而完备的概念系统.一般情况下,按照产生的原因和性质把它分作系统误差、偶然误差和过失误差.前两者伴随在分析测试的全过程之中,而对于过失误差,通常认为只要有良好的质量保证基础工作,这种误差是应当而且能够避免的.为了能定量地反映各种误差,明确地规定了准确度和精密度的含义及其度量的特性指标.近年来,一些学者通过研究发现,用一确定的分析方法测试基质相同或相似的样品时,标准偏差随待测组分浓度的升高而增大,基于此建立了如下标准偏差随浓度变化的线性关系:S c=S0+k・C(其中S0是零浓度时的标准偏差,S c是浓度为C时的标准偏差,k为常数,C为浓度)[12,13],经实践应用,已成为分析质量保证中普遍接受的模式[14～18].类似地,有人尝试着建立偏倚(b ias)与浓度C的线性模型,即b c=b t+b r・C,并用此模型描述了I CP2A ES法分析测试真实样品时的偏倚,但这一模型仍处于尝试阶段[14].

2.2　采样质量保证

对采样问题的论述,早在1928年鲍尔(B au le)和贝内代蒂2皮希勒(B enedetti2P ich ler)就发表了关于非均匀批样品最小数量的文章,陈述了采样的质量参数.但是环境分析化学意义上的采样过程是伴随着环境科学的发展而提出的,它所涉及的范围之广,内容之多,是分析化学中的采样所无法比拟的.因此,样品的采集、保存仍被列为环境分析化学中亟待解决的问题之一[19].其中现场采样的质量保证问题已引起环境分析工作者的广泛重视.

采样质量保证的理论研究涉及最小取样量、最小取样数和可允许的最长保存时间等方面的研究.

最小取样量的估计方法很多,常用的是Ingam ells取样常数法[20,21].根据样本间标准偏差S s随样本取样量增大而减小这一特征,Ingam ells证明W R2=K s这一等式在许多场合是成立的,式中W表示分析样本的质量(g);R是样本间的相对标准偏差(%);K s是Ingam ells取样常数,它相应于置信度为68%,取样不确定度不超过1%时的取样量.

对非均匀的总体而言,为使分析数据有代表性,必须分析足够多的样品,因而需要决定最小取样数.根据B enedetti2P ich ler理论,若把总体样品看作二元混合物,每一组分包含不同百分比的分析物,为了保证在某一置信度下,相对取样标准偏差为R所需取样的个数为