原子熒光光度法進行水中硒檢測時的精密度偏性試驗及質量控制

薛煒駿

(安徽省六安水文水資源局,安徽 六安 237000)

水作為生命的起源,人類的各項活動都與水密切相關,水質的好壞對人類的生命健康以及工農業都有重要影響[1]。硒(Se),VIA族元素,主要分布在巖石、土壤、大氣、水和生物圈中[2]。環境中的硒主要分為無機硒和有機硒,兩者在生物活性和化學毒性方面有著顯著差異[3]。硒在水質分析中主要采用原子熒光光度法進行檢測,原子熒光法操作簡單,穩定性強,可以廣泛地應用于水中微量硒的檢測中[4]。精密度偏性試驗是水質檢測中常用的一種質量控制方法,是針對一種儀器和分析方法,通過對同一檢測物質進行多次測試,評估檢測結果的精密性和準確性,來確定水質檢測的質量控制是否符合要求,在行業內普遍使用該方法對各種儀器及標準方法在進行水質檢測的質量控制進行檢驗。本文通過精密度偏性試驗對吉天麒麟S13三通道原子熒光光度計對水中硒的檢測進行了質量控制,從檢測限、準確度、變異顯著性、總標準差、精密度等方面對檢測結果進行分析檢驗,并對如何提高使用該儀器進行水質檢測時的質量控制水平進行探討。

1 試驗設計

1.1 方法選擇

精密度偏性分析方法應優選標準方法,并按ISO國際標準、國家標準、行業標準、地方標準順序優選方法[5]。根據本實驗室的實際工作需要,本次精密度偏性試驗采用的標準為水利行業標準《水質 硒的測定 原子熒光光度法 SL 327.3-2005》。

1.2 儀器設備

精密度偏性試驗使用的儀器設備應當使用符合標準方法要求且計量檢定校準合格的設備。本次精密度偏性試驗使用的檢測設備為北京吉天KylinS13三通道原子熒光光度計,輔助設備為電熱板、比色管等。

1.3 試劑配制

本次試驗采用的純水均為符合實驗室二級水要求的UP超純水。使用的硝酸、鹽酸、硼氫化鉀、氫氧化鈉均為優級純。根據儀器使用條件,本次試驗使用的硼氫化鉀-氫氧化鈉溶液中硼氫化鉀的質量濃度為10 mg/L。

1.4 試樣制備

精密度偏性試驗檢測的試樣設計為空白加標溶液、0.1C溶液、0.9C溶液、天然水樣、天然水樣加標溶液及統一標樣溶液6種。本次試驗采用市售硒標準溶液,將其配置成質量濃度為1 000 μg/L的硒標準儲備液后,稀釋成質量濃度為50 μg/L的硒標準曲線使用液?？瞻准訕巳芤号渲梅椒樵谶m量純水中加入2 mL硒標準儲備液后定容至100 mL。天然水樣配置方法為取天然水樣50 mL,加入純水定容至100 mL。加標水樣溶液配置方法為取天然水樣50 mL,加入15 mL質量濃度為1 000 μg/L的硒標準儲備液后定容至100 mL。統一標樣溶液使用水中硒有證標準物質,根據證書要求稀釋,硒質量濃度標準值范圍為13.8±1.1 μg/L。標準方法中硒質量濃度的檢測上限為300 μg/L,故0.1C溶液為配置硒質量濃度為30 μg/L的樣品溶液,0.9C溶液為配置硒質量濃度為270 μg/L的樣品溶液。

1.5 測試方法

根據儀器設備條件,配置質量濃度梯度為0.0 μg/L、5.0μg/L、10.0μg/L、20.0μg/L、30.0 μg/L、40.0 μg/L、50.0 μg/L的硒標準曲線系列,按照標準方法進行檢測,得到線性回歸方程和相關系數,并將6種待測試樣在穩定環境中進行多日連續分析。

2 試驗數據

將空白加標、天然水樣、加標水樣、0.1C溶液、0.9C溶液5種樣品連續測定6批,每批測定2份平行樣品,得到連續的12組數據,如表1所列。

表1 精密度偏性試驗測定數據表 μg/L

將統一標樣(硒質量濃度標準值范圍為13.8±1.1 μg/L的有證標準物質)連續測定10批,每批測定2份平行樣品,得到連續的20組數據,如表2所列。

表2 統一標樣測定數據表 μg/L

3 數據分析

3.1 空白批內標準差及檢測限分析

空白試驗是用來判斷檢測限的方法,在進行空白試驗過程中,應嚴格依照水質樣品監測的規定,將空白試驗測量值相對差保持在50%以下[6]。通過空白批內標準差來計算方法檢測限[7],其中空白批內標準差(Swb) 的計算方法見式(1),檢測限(MDL)的計算方式見式(2)。

(1)

其中,Swb為空白批內標準差,Xij為各批所包含的各個測定值,i代表批,j代表同一批內各個測定值;m為批數;n為每批測定次數。

(2)

其中,MDL為檢測限,m為總批數;n為每批測定次數,tf為自由度f=m(n-1)及顯著性水平=0.05時t值(單側)[8],f為批內自由度。本次試驗中空白試驗總批數m為6,每批測定次數n為2,查表可得tf=1.943。

根據空白批內標準差計算檢測限的結果如表3所列。

表3 空白批內標準差及檢測限分析表 μg/L

檢測限為0.23 μg/L,小于方法檢出限0.30 μg/L[9],檢測限合格。

3.2 準確度檢驗

準確度通常使用加標回收來進行檢驗。對6批天然水樣及其平行樣品進行加標回收率檢測,加標方法為取天然水樣50 mL,加入15 mL質量濃度為1 000 μg/L硒標準儲備液后定容至100 mL,在此方法內加標回收率P的計算方式見式(3),加標回收率計算結果如表4所列。

(3)

表4 加標回收率檢驗表

其中,P為加標回收率,C2為加標后的濃度,V2為加標后的樣品體積,C1為加標前的濃度,V1為加標前的樣品體積,C為加標使用的標準儲備液的濃度,Vc為加標使用的標準儲備液的體積。

根據表4的計算結果,6批12組天然水樣的加標回收率在100.9%～103.4%之間,平均回收率為102.1%,均在方法要求95.2%～105.0%之間[9],回收率檢驗合格。

3.3 變異顯著性檢驗

通常使用F檢驗來判斷來檢測變異顯著性,用來分析各數據不同來源的變異對總變異的貢獻大小。在本次試驗中使用批間變異與批內變異的比值進行F檢驗。批內變異的計算方法見式(4),批間變異的計算方法見式(5),F檢驗值的計算方法見式(6),計算結果如表5所列。

(4)

表5 F檢驗結果表

(5)

F=b/a

(6)

其中,a為批內變異,b為批間變異,xij表示第j組的第i個數據,m為總批數,n為每批測定次數,F為F檢驗值。

在本次試驗中所有試樣的總批數m為6,每批測定次數n為2,自由度為m-1=5,查表可知F0.05=4.39,F0.01=8.75。當FF0.01時,有顯著性差異[10]。由表5可知所有試樣均無顯著性差異,變異顯著性檢驗合格。

3.4 總標準差檢驗

總標準差是用來確定試驗是否有干擾的方式,假如計算出的總標準差值小于被測濃度的5% ,則證明總標準差合格;否則將總標準差視為不合格。這種評價方法可以應用于對方法的適用性以及對試驗操作人員的技能水平的評價之中[6]?？倶藴什畹挠嬎惴椒ㄒ娛?7),檢驗結果如表6所列。

(7)

其中,σ為總標準差,a為批內變異,b為批間變異,n為每批測定次數,本次試驗中n=2。

根據表6的計算結果,所有試樣檢測數據的總標準差均小于指標檢出限,總標準差檢驗合格。

3.5 精密度檢驗及質控分析

圖1 統一標樣質控分析圖

所有數據和平均值均在質量濃度標準值允許誤差范圍13.8±1.1 μg/L內,相對標準偏差為1.25%,符合方法中的0.21%～4.43%[9],精密度檢驗合格。

由圖1可知:有18個點落在上、下輔助限以內,占比為90%,超過70%,且所有的點都在上、下警告限以內;不存在相鄰三點中的兩點屢屢接近控制限;沒有7個及以上的點連續分布在中心線同一側,質控點隨機分布在平均值兩側;沒有7個及以上的點遞升或遞降。質控點全部在允許誤差范圍內,沒有出現系統性偏離。質控點分布有明顯隨機性,質控圖分布合理,保證實驗室未出現影響分析結果的因素,分析結果較為準確。分析方法的隨機誤差也在允許范圍之內,分析中沒有出現明顯的系統誤差,統一標樣質控分析合格。

4 結果與討論

精密度偏性試驗不僅能夠在最大程度上確保試驗監測數據的準確性和可靠性,同時也是檢驗試驗人員操作技能、試驗環境設施條件的一種有效手段[6]。本次試驗結果表明檢測限為0.23 μg/L,小于方法要求的0.30 μg/L[9];精密度為1.25%,在方法要求的0.21%～4.43%范圍內[9];加標回收率在100.9%～103.4%之間,在方法要求的95.2%～105.0%范圍內[9];所有樣品批內批間變異均不顯著、總標準差均小于指標檢出限,質控分析結果分布合理,分析結果較為準確,以上結果表明本次檢測的質量控制符合《水質 硒的測定 原子熒光光度法 SL 327.3-2005》中的要求。

針對本次試驗提出幾條建議:① 實驗環境對實驗結果有一定影響,標準方法中要求水樣在采樣后需加入硝酸酸化至1%進行保存一個月,在實際檢測中發現對于較清潔水樣而言,使用硝酸進行酸化至5%效果最佳,在7日內檢測無明顯波動;② 實驗室溫度對檢測結果有一定影響,主要原因是硒空心陰極燈對溫度有一定要求,如果環境溫度較低,會造成信號值降低,對于低濃度樣品有一定影響,對高濃度樣品影響有限,建議開機后點火預熱半小時再開始檢測;③ 在水環境實驗室中,砷、汞、硒作為原子熒光常規檢測項目,在同一批檢測任務中對同一樣品時常需要同時進行檢測,在檢測中需避免交叉污染,尤其是砷項目中使用的金屬屏蔽劑硫脲,對硒有一定的屏蔽作用,在實驗中發現加入了測定砷項目使用的硫脲-抗壞血酸溶液后,硒的熒光值、檢測濃度和加標回收率均有明顯下降,多個有證標準物質和加標回收率數據會超出允許誤差范圍下限,造成系統性誤差。各元素水樣前處理方法不同,雖然新款多通道原子熒光光度計支持同一樣品多通道同時檢測,但也不可由同一樣品經過多次前處理同時進行檢測,同時在取樣及前處理過程中也應避免試劑交叉污染。

5 結束語

在進行水質監測時,保證檢測結果的準確性尤為重要,為了保證水質檢測結果的質量,可以選擇使用精密度偏性試驗的方式來對檢測進行質量控制。本次試驗對使用吉天麒麟S13原子熒光光度計進行水中硒的檢測進行了有效的質量控制,為今后的實際檢測提供了有益的參考,同時在試驗中發現的一些問題仍有進一步研究、探討和優化的空間,希望日后可以進一步提高水質監測的質量控制水平。