方法检出限和定量限

二、检出限 (Limit of detection），LD
1947年，德国人H·Kaiser首次提出了有关分析方法检出限的概念，并提出
检出限和分析方法的精密度、准确度一样，也是评价一个分析方法测试性能的
重要指标。
经过若干年的研究考证，IUPAC于1975年正式推行使用检出限的概念及相应
估算方法。
国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)1997年通过、1998年发表的《分析术
这些噪音形成的总体噪音水平单独测量是很困难的，可用2~3倍标准偏差So 所对应的浓度值来表示。因此仪器检出限的物理含义：在一定的置信范围内能 与仪器噪音相区别的最小检测信号对应的浓度值。当前常用的几种计算方法：
2.方法检出限(Method Detection Limit，MDL)
方法检出限是指在通过某一分析方法全部处理和测定过程之后，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。方法检出 限是在有样品基质存在、考虑了样品分析前所有制备过程的影响的情况下进行 测定的，是建立分析方法时较重要的一个参数，特别是评估一个分析方法对于 低浓度样品的检测质量具有重要意义 。
方法检出限和测定限评估
一、 • 灵敏度
二、 • 检出限
三、 • 定量限
四、 五、
• 测定范围
• 实验室分析仪器测试方法检出限和 定量限的有效性评估
一、灵敏度（ Sensitivity ）：
IUPAC（国际纯粹与应用化学联合会）规定如下：方法的灵敏度m表示被测组分浓度或 含量改变一个单位时所引起的分析信号的变化，即m=dX／dc。其中X为分析信号，c为 浓度或含量。
语纲要》(IUPAC Compendium of Analytical Nomenclature) “ 中规定：“检
出限以浓度(或质量)表示，是指由特定的分析步骤能够合理地检测出的最小分
析信号xL求得的最低浓度cL(或质量qL)”规定应通过实验以足够多的测定次数
求出，譬如20次。公式表示为：
Baidu Nhomakorabea
CL

ksb m
IUPAC强烈建议，以空白试验的3倍标准偏差所对应的含量作为检出限。由 于测定次数是有限的，所以实际上是选用了95％的置信度或0.05的置信限。
检出限的分类
仪器检 出限
样品检 出限
检出 限
方法检 出限
1.仪器检出限(Instrument Detection Limit，IDL)
仪器检出限是在仪器工作条件下，仪器本身存在着噪音引起测量读数的漂 移和波动，可用随机误差统计平均值一标准偏差来衡量。它是反映测量仪器信 噪比和检出灵敏度的指标。
1）在分析方法的校正曲线上，一般可以认为灵敏度就是分析校正曲线的斜率。曲线斜 率越大，表示灵敏度越高，被测组分的单位浓度或含量的变化可以引起分析信号更显著 的变化。 2）在分析实践中还有针对某一类分析方法灵敏度的特定表达方式。如对于紫外一可见 分光光度法，则用摩尔吸光系数表示。摩尔吸光系数越大，在一定条件下校正曲线的 斜率也越大，表示灵敏度越高。
式中：C L—检出限； m—标准曲线在低浓度范围内的斜率；
s — 为空白标准偏差；
k — 置信因子，一般取2或3。
国外一些其他定义：
1）ACS (美国化学学会)对检出限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。
2） 分析方法委员会(AMC) 在接受IUPAC检出限基础上．引入“分析体系”概 念，并建议停止其它关于检出限定义、命名和检出限测定的使用 ，希望通过简 单的实际定义而保留IUPAC检出限的基本应用，除“分析体系”概念，其余和 IUPAC推荐的相同。
仪器的噪音源主要有：
1．电子线路及不同元器件引起漂移和波动有关的电子噪音。 2．与辐射源有关的噪音，如，空心阴极灯、无极放电灯、钨丝灯光源闪烁 噪音及背景发射噪音。
3．与激发源有关的噪音如等离子炬、火焰，石墨炉及电弧等。 4．光电转换器件如光电倍增管发射噪音及暗电流。 5．与进样机构及生成基态原子和络合物形成条件有关的样品噪音。
检测结果的偶然误差产生于检测信号的波动，一般公认偶然误差服从于正
态分布规律。按照正态分布规律，信号的波动区间大小和置信限对应，而波动 区间又可以采用标准偏差来确定。对于无限多次测定而言，±3s的置信区间对 应于99.7％ 的置信度；而对于有限次测定而言，±3s的置信区间对应于约95％ 的置信度。换言之，当检测目标物为零时，检测信号的波动超出了置信区问， 则可以在对应的置信限基础上判定，信号来自检测目标物。这就是目前公认的 检出限确定的理论基础。
方法检出限的估算问题？
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。从不同角度、不同侧重点考察得到的同一个分析方法的检 出限可能相去甚远。
国内有些资料将测定下限分为仪器测定下限和方法测定下限。
3.2 测定上限 在限定误差能满足预定要求的前提下，用特定方法能够准确地定量测量待测物质的 最大浓度或量，称为该方法的测定上限。 对没有(或消除了)系统误差的特定分析方法的精密度要求不同，测定上限也将不同。
关于方法检出限和定量限，国内外很长一段时间没有具体的估算方法标准可依， 导致出现很多不同版本的估算方法。目前，我国参考采用ASTM标准起草了《实验室 分析仪器测试方法检出限和定量限的有效性确认评估》。
③ 美国EPA SW-846《固体废弃物化学物理分析方法》中规定方法检出限： MDL=3.143δ(δ重复测定7次)
美国EPA对方法检出限的描述为：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。方法检出限MDL的计算方法如下：
测定两组每组7个重复的低浓度加标样品，加标浓度一般为1～3倍MDL，两组样品的 浓度相近，其方差经F检验无显著性差异；并按照给定分析方法的全过程进行处理和测 定，若重复测定7次，置信水平为99% ，查t值则可简化为MDL一3.143S。添加3～5倍仪 器的检出限浓度的空白样加标，按检测方法步骤操作，在不连续的3d内测量10次，得到 10个数据，计算10个数据的标准偏差，用这个偏差乘以3.14就是方法的检出限。
国外几种不同的检出限计算方法规定
①国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)对检出限D.L作如下规定。
② 在《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(D.L)。这里的零浓度样品是不含待测物 质的样品。
D.L=4.6δ 式中：δ——空白平行测定[批内]标准偏差(重复测定20次以上)。
国内常用的几种方法检出限估算方法
(1)直接测量法：取不含待测元素但含有基体的空白样品12～20份，按照分析方法规定的操作条件平 行测定，按照检出限公式计算。 (2)作图法：取一组(6～10个)含待测元素不同浓度(包括接近零的、检出限附近的、测定限附近的、稍 高的)性质相近的样品，平行多次(一般4～6次)测定，计算各个样品平均值 Xi和相对标准偏差RSD，以 Xi—RSD作曲线图，取RSD为33％所对应的浓度为本分析方法的检出限。 (3)回归法：取一组(6～10个)含不同浓度的待测元素(其中多数为接近检出限附近)，性质相近的样品， 平行4～6次测定，计算各样品的平均值 Xi和标准偏差Si ，并进行回归计算Si=So+kXi，求得So按3So作为 检出限。
虽然我国不同的国家标准对于检出限的规定具有不同的表述 形式，但与国际标准还是接近和吻合的。
检出限的确定采用的是检测信号刚刚达到与不存在检测目标物时产生的检 测信号有明显差异时所对应的量，而检测信号的波动则来源于测定监测工作本 身的误差。当排除由固定原因产生的系统误差以及过失误差后，误差的主要构 成为偶然误差。
检出限估算存在的几个问题：
1）国内外存在不同版本的检出限估算方法，未作统一。 2）无论是国际组织还是我国标准未对“空白”作出严格的描述，也未明确多次“空白” 测试的时间间隔，模糊了短时间稳定性和长时间稳定性的区别。短时间间隔一次性测定多 份“空白”溶液计算所得到的检出限不适用于大规模例行分析。从理论上讲，只有使用 带有基体的“空矿”，在一定时问间隔内测定计算标准偏差，从而计算出相应的检出限， 才能接近实际大批量样品例行分析的情况。一方面由于目前检测技术的发展，检出限已 经达到10-6～10-9，乃至更低，很难找到适用的“空矿”；另一方面由于地质样品基体复 杂且不同地质样品基体往往不一致，而部分方法受样品基体的影响明显，因此影响到检出 限的准确确定。例如，在等离子体发射光谱法分析中，硅酸盐和碳酸盐明显有不同的检出 限，所以某一个“空矿”也不能代替同类型的样品基体。
三、定量限（Limit of quantitation），LQ
也称测定限，为定量范围的两端，分别为测定上限与测定下限。
3.1 测定下限 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的最小浓 度或量，称为该方法的测定下限。 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(精密度通常以相对标准偏差表示) 。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EPA SW-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 检出跟浓度作为测定下限，其测定值的相对标准偏差约为10％。 日本JIS规定定量下限为10倍的MDL。 IUPAC 1982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%。
将产生两倍噪声信号时，单位体积的载气或单位时间内进入检测器的组分 量称为仪器检出限。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,则：
D=2N/S 式中：N——噪声(mV或A)； S——检测器灵敏度； D——仪器检出限，其单位随S不同也有三种： Dg=2N/Sg，单位为mg／ml； DV=2N/SV ，单位为ml／ml； Dt=2N/St，单位为g/s 。
四、测定范围
最佳测定范围(optimum determination range) 也称有效测定范围， 指在限定误差能满足预定要求的前提下，特定方法的测定下限
“分析体系” 是真实分析中引起总误差的来源，引起分析误差的所有因素：分析者 、环境、仪器型号、试剂质量、校正方法、样品性质及其它许多因素，包括分析方法在 内就构成了分析体系，确定检出限时应包括分析体系各部分变异来源。
我国对检出限的一些定义：
(1)《分析仪器术语》中对检出限进行了表述：“仪器能确切反应的输入量的 最小值。通常定义为两倍哄声与灵敏度之比”。 (2)《火焰发射、原子吸收和原子荧光光谱分析法术语》中对检出限的定义： “能以适当的置信度检出的待测元素的最小浓度或最小量。它是用其强度或吸 光度接近于空白、并显然是可检测的溶液，经若干次重复测定所得强度或吸光 度标准偏差的K倍求出的量(K一般取2或3)，与《分析仪器术语》相比更加全面 和科学。 (3)《食品卫生检验方法理化部分》 附录A中对检出限进行了表述：“把3倍空 白值的标准偏差(测定次数n≥20)相对应的质量或浓度称为检出限“，其中明 确地指出K=3，测定次数不少于20次。
3.样品检出限
样品检出限：即单个样品的检出限。分析方法检出限采用的是一系列标准物 质，基体各不相同，因此只能是一类型样品的平均检出限，并非严格适用于单个 样品。对于单个样品确定检出限，必须固定样品基体，即样品检出限的确定应 使用样品本身，采取标准加入法作出和方法检出限类似的曲线，使用外推法进 行计算。当样品中待测元素含量较高时，此类检出限的确定不具有明显的意义。