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干貨 | 保證分析檢測數據可靠性的一些關鍵問題

發布日期: 2024-09-04 作者: 來源: 實驗室經理人 【字體: 打印本頁

  為了保證分析檢測數據的可靠性,分析檢測人員必須重視的以下問題:影響分析測試誤差的5大因素、對分析誤差的表述、排除疑問數據的方法、判斷分析檢測數據可靠性的具體方法、理解儀器的性能技術指標對分析誤差的影響及有關問題、處理好日常分析檢測報告中常見的一些錯誤、儀器條件對檢測結果的影響、開展方法學研究等。 

    

重視消除分析檢測誤差產生的五大因素 

  一般來講,傳統的誤差理論將誤差區分為隨機誤差和系統誤差。在測量過程中,某些影響分析測量誤差的因素不可能得到全部控制,所以不可避免會產生各種誤差。原子吸收分光光度計(AAS)、紫外可見分光光度計(UVS)等各類光譜儀器,高效液相色譜(HPLC)、氣相色譜(GC)等色譜儀器和質譜(MS)、色質聯用等儀器都是如此。據統計,樣品前處理過程可占到整個樣品分析的60%時間,分析測試的誤差大多由儀器本身或樣品前處理過程中產生。 

  由于誤差不可避免,所有分析檢測工作者必須重視影響儀器測量結果可靠性的因素,特別是要重視隨機誤差和系統誤差對分析檢測結果可靠性的影響。分析檢測工作者必須理解自己的任務和目標,然后沿著任務和目標去努力。 

  那么要得到準確可靠的數據應注意哪些方面呢?關鍵是要重視影響分析檢測誤差的來源和分析誤差相關因素,并且努力消除之。目前,全世界的科學家一致認為,分析誤差的來源,最主要的是五個方面: 

 

樣品前處理 

  樣品前處理占分析誤差比重很大(約占總誤差的30%),前處理過程不但產生很大的分析檢測誤差,而且所占時間很多(占總時長的61%)。

 

儀器的主要性能指標 

  儀器的技術指標非常重要,能直接影響或限制分析誤差(約占總誤差的30%)。例如:光譜儀器的波長準確度、波長重復性、雜散光(熒光背景)、噪聲(N)、積分時間、檢測限、分辨率、穩定性等等,都是直接影響分析檢測數據可靠性的關鍵指標。 

 

儀器條件的選擇和操作水平 

  SBW、積分時間、進樣方式、清潔衛生等,這些因素產生的誤差約占總誤差的35%。 

 

分析方法產生的誤差 

  各類分析儀器本身普遍存在理論誤差,例如:吸收光譜是研究物質對光的吸收的分析設備,它是根據比耳定律設計的。但比耳定律理論上是指平行光照射物質上,物質對這束平行光產生吸收。由于市面上99%的吸收光譜類儀器不是平行光,所以會產生理論誤差。此外還有數據處理算法、回歸方程不完善等因素,造成分析誤差(約占總誤差的2%)。

 

環境干擾產生的誤差 

  儀器放置處的電場、磁場、振動等等的干擾等均會產生分析誤差(約占總誤差的3%)。 

 

重視對分析檢測數據誤差的準確表述 

  在正式討論前,先簡單介紹國際上幾個主要表述分析檢測誤差的定義和術語。 

 

精密度有關的定義和術語

  ISO 5725、GB/T 6379GB/T 3358.1等標準,對《統計學術語》、精密度、正確度等的有關定義與術語表述于下: 

  接受參照值(accepted reference):用作比較的、經協商同意的標準值,它來源于: 

  1基于科學原理的理論值或確定值;  

  2基于一些國家或國際組織的實驗工作的指定值或認證值; 

  3基于科學或工程組織贊助下,合作實驗室工作中的同意值或認證值; 

   1)、(2)、(3)不能獲得時,則用可測量的期望值,即規定測量總體的均值。 

  準確度(accuracy):測試結果與接受參照值間的一致程度;或測量值與標準值之差為準確度。需要注意,準確度是當用于一組測試數據時,由隨機誤差分量和系統誤差(即偏倚)分量組成的值。 

  正確度(trueness):由大量測試結果得到的平均數與接受參照值間的一致程度。需要注意,正確度的量度通常用術語偏倚表示。 

  重復性(repertability):在重復性條件下的精密度或離散性。 

  重復性條件(repertability conditions):在同一實驗室,由同一操作員使用相同的設備,按相同的測量方法,在短時間內對同一被測對象相互獨立的測量條件。 

  重復性標準差(repertability standard deviation):在重復性條件下所得測試結果的標準差。 

  重復性限:一個數值,在重復性條件下,兩個測試結果的絕對差小于或等于此數的概率為95%,用r表示。 

  再現性(reproducibility):在再現性條件下的精密度。 

  再現性條件(reproducibility conditions):在不同實驗室、由不同操作員使用不同的設備,按相同的測試方法,對同一被測對象相互獨立進行的測試條件。 

  再現性標準差(reproducibility standard deviation):測試結果的絕對差小于或等于在再現性條件下所得測試結果的標準差?! ?/font> 

  再現性限:一個數值,在再現性條件下,兩個于此數的概率為95%,用R表示。 

 

精密度的表示方法 

  目前,一般按ISO 5725GB 6379的規定,用測量重復性和再現性(復現性)來表示精密度。 

  過去,分析方法的精密度大都以“允許差”表達;但是,用允許差來表達精密度的方式在理論上和實踐上都會遇到不少矛盾,可操作性差。例如: 

  1對允許差的具體應用條件無明確規定。 

  2不同的分析方法產生的誤差因素不同,幾個不同的分析方法采用同一允許差數值,顯然是不合理的。 

  3一個測量范圍使用同一允許差數值,在一個較寬的范圍內使用同一允許差數值來判斷是不等權的。 

    

重視對分析檢測數據有疑問時的解決方法 

  我們在日常的分析測試工作中,許多分析工作者往往不會分析、判斷自己分析測試的數據是否正確、是否可靠,甚至有時對自己分析測試的數據有點半信半疑。特別是當有人問及分析測試數據的可靠性時,不敢直截了當的回答。這樣的情況,如果在質檢部門出現將嚴重影響執法,有時會產生嚴重后果。即使是在一般的科研工作中,這種情況也是不允許的。因此,如何判斷分析測試數據的可靠性,是分析測試工作者要解決的重要問題之一。 

  當分析測試工作者完成自己的分析測試任務后,如果發現數據有疑問,或發現數據不可靠,應該首先分析、考慮以下問題: 

 

查看自己的樣品是否正確 

  首先要查看自己的樣品是否正確(名稱、等級),樣品、溶劑是否過期、量具是否符合要求、稱量是否準確。特別是出現懷疑測試數據有問題時,首先要考慮試樣的前處理過程,詳細檢查試樣前處理過程中的每一步是否嚴格按照要求處理,不能有半點疏忽。 

 

查儀器條件的選擇是否恰當 

  例如:光譜儀器的波長設置、掃描速度選擇、量程選擇等是否合理;色譜儀器的流動相流速、柱子的壽命、檢測器是否進行了調零,是否作了基線校正、是否作了暗電流校正、空白調0的溶液是否符合要求等。 

  特別是分析儀器的調0問題,一般來講,分析儀器的調0分為儀器調0和空白調0兩種。從儀器學理論來看,儀器調0是消除由于儀器噪聲、漂移、外界干擾等因素造成的儀器0點不在原位的情況。主要方法是通過儀器的光學、機械、電子學、計算機等來實現儀器歸0。如果儀器的調0不好,整個分析過程中儀器都不可能穩定,不能得到穩定、可靠的分析測試數據。空白調0是利用空白溶液校正儀器測試樣品前的綜合0點,這是分析工作者用好儀器、保證分析結果的可靠性最重要的一步。有些分析工作者為了省事,不管對什么樣品的分析,一律用蒸餾水作為空白來調0,這是很不妥的。因為有些儀器分析(如原子吸收)的試樣越稀,誤差越大,不能不分具體情況盲目用蒸餾水調0。要根據儀器特性,如生化儀器、PCR等可以用蒸餾水調0,有些則不能用蒸餾水(如AAS、UVS等),某些儀器則需要參比液調0(如雙光路UVS)。所以,分析測試工作者一定要注意調0的問題。根據經驗,一般來講,AAS使用3倍最小檢測限的溶液或0.5%的硝酸水溶液調0為最佳。同時,還要特別注意試樣的pH值,要保證試樣與空白的pH值接近,否則會出現負峰。 

  除了調0影響,對嚴重影響分析結果的光度準確度(檢測的最終結果)相關性能技術指標更要嚴加檢查。例如對AAS要檢查儀器的噪聲、檢測限、邊緣能量、特征濃度、特征量等,UVS要檢測噪聲(N)、光譜帶寬(SBW)、雜散光(SL)等是否符合要求。對使用了若干年的舊儀器,長期使用導致儀器光學元件受潮或污染,使光學性能變壞、信噪比降低,進而影響測試數據的可靠性。從儀器學理論講:一般在試樣濃度較稀時更要注意檢查噪聲。因為噪聲是限制被測試樣檢測限的性能技術指標,是主要分析誤差的來源,反之則要認真檢查SL。因為SL是限制被測試試樣濃度上限的性能技術指標,也是主要分析誤差的來源之一。特別是由于長期使用,光柵傳動機構受到磨損,會產生波長準確度誤差,導致分析測試數據不準,這個問題也應該引起高度重視。 

  對于長期不用的儀器,同時懷疑數據有問題時,首先應對儀器的主要性能技術指標作全面測試,一定要保證儀器的主要技術指標符合國家有關計量檢定規程的要求(與檢定證書一致)。 

 

認真查看儀器周圍有無干擾存在 

  特別是電、磁場的干擾更要重視,哪怕是幾十米或近百米以外飛機的起降,都應作為考慮的因素。震動干擾也應注意排除,否則得不到可靠的分析測試結果。 

  如果是發現分析測試結果與文獻值或標準或與其它儀器分析測試的結果不一致時,首先要查看儀器條件(波長、光譜帶寬、掃描速度;液相色譜儀的流動相流速、色譜柱等)設置是否一致、儀器的檔次(型號、噪聲、檢測限等)是否符合要求,儀器的條件選擇是否一致和合理等。 

    

重視和掌握數據處理和數據可靠性判斷的具體方法 

加標回收率的測定

  由于工作中樣品溶液與標準溶液基體一致是很難做到的,基體中有無干擾可以通過加標回收實驗確定:即在被測樣品中加入標準物質,測定其回收率,這是目前國內外各種實驗室中常用而又方便確定檢測數據可靠性(準確度)的方法。但是,加標回收仍需要注意以下幾個問題: 

  1若樣品濃度小于測定下限時,則加入測定下限(標準系列濃度最低點)的濃度,否則無效。 

  2作標準曲線時:實驗點不少于5個點(最好7個點),有人只做3個點不妥,太少了。 

  3加標回收時需要加3個水平的添加量,因為回收率視含量不同而有差異。加標點的位置應該是三個(線性范圍的兩端各一點、線性范圍中間取一點)。 

  重視相關系數r與斜率b的關系,避免誤判分析測試數據的可靠性。從儀器學理論和分析化學的角度來看,我們平日所講的標準曲線又稱校正曲線,其理論依據是郎伯-比爾定律。即:A=KLC 

  式中:A為吸光度;K為系數;L為光程;C為試樣濃度。 

  現代分析儀器自動化水平都較高,都帶有計算機及配套軟件。在測定標準濃度溶液后,都能通過計算機自動獲得相應的吸光度,根據回歸方程y=bx+a,自動給出校正曲線及校正曲線的相關系數r)、斜率(b)和截距(a。但吸光度A與試樣濃度C之間的關系A=fC)只是相關關系,只有當r1時,吸光度A與試樣濃度C之間的關系才可近似地看作線性函數關系,最終根據測得的樣品吸光度A值直接由A=fC)反求試樣濃度C值。當r偏離1較大時,則根據測得的吸光度A值直接由A=fC)反求試樣濃度C值將產生較大的誤差。所以,注重r這個重要數據是對的。 

  但是,許多科技工作者只是單一的注重r這個重要數據,專門追求r值的大小,并且主要根據r值來對檢測結果下結論,這就不對了。他們只看r值達到了幾個“9”,并且很多科技工作者片面追求相關系數是否達到三個9以上:他們認為r值達到0.999,就算測定結果準確了。這是不對的,為什么?因為多數實驗室忽略了斜率的變化。測定中的吸光度是隨濃度的變化而改變的,如果濃度不準確,如標樣濃度變小,吸光度也隨之變小,反之亦然。根據回歸方程y=bx+a,斜率b增大,吸光度也隨之增大。所以即使相關系數好,測定結果也不一定準確。往往在接受質控考核中會遇到這個問題,我們應引起重視。

 

重視測量方法與測量結果的朔源 

  測量方法至少包括抽樣,樣品前處理和儀器測定三個部分組成。除樣品的代表性(送樣只對送樣負責、采樣對批量負責)、合理的前處理外,還要朔源儀器的檢定。當對某樣品測定時,無論選用哪種分析方法,都要用化學組成形態與樣品相似的標準參考物質同時進行測量,只有標準參考物質的測量結果在證書值給定范圍內,才能說明測量結果的可靠性。這也說明了標準參考物質的重要性。 

 

重視標準和標準系列濃度范圍的關系 

  據分析儀器(儀器學理論)和儀器分析(分析化學理論)的理論,很多分析都是相對測量,所以標準特別重要。一般情況下,要求試樣濃度應盡量在標準系列的中間。例如食品等需要消解的樣品,根據衛生部食品標準方法,AAS石墨爐法測Pb的標系為:10~80ng/mL。若稱樣量2 g,經微波消解后定容為10mL待測,測得的樣品Pb的含量,按衛生部標準計算則為0.2μg)×2(樣品量)/10mL=40ng/mL。這個結果很好,在標系范圍內,并且在標系中間。 

 

注重樣品測定值與標準值不一致時的處理判斷方法 

  任何分析檢測工作的結果很容易引入誤差,測定值往往與真實值不同。因此,一定要重視這些誤差對測定結果可能產生的影響,并要控制在一個很小范圍內。例如:測定水中的Pb,其測定值為11.0ng/mL;采用生活飲用水國家衛生標準(10.0ng/mL)衡量,則11.0ng/mL超標。但是若對10ng/mLPb標準溶液,進行多次測定,其濃度可能在8.0~12.0ng/mL范圍內變化,從測定誤差考慮,飲用水中的Pb也可認為11.0ng/mL不超標,也可以判定合格。所以分析測試工作者對數據的分析和處理結論都很重要。

 

不同方法的比較 

  1當采用不同分析方法對同一樣品進行重復測定所得結果一致,則檢測數據可靠。 

  2采用不同類型儀器(紫外、液相;AAS、滴定等)對同一樣品進行重復測定所得結果一致,則檢測數據可靠。 

  3同一類型的不同儀器(例如不同型號的液相、不同型號的紫外等)對同一樣品進行重復測定所得結果一致,則檢測數據可靠。 

  4用統計學方法檢驗。統計檢驗表明,多次測試結果其差異不明顯時(或數據在誤差要求范圍內時),則可認為測試數據可靠。 

 

重視理解儀器性能指標對分析誤差的影響 

  這是所有分析檢測工作者必須注重的問題,也是保證分析檢測數據可靠性好的最重要的問題之一。作者列舉如下幾個要點,便于讀者理解:正確理解精度、精密度和準確度的關系。 

  精度、精密度、準確度這些指標大家經常用到,但是很多人仍搞不清他們的關系。有的科技工作者講:“分析檢測儀器中沒有準確度一說”;有人認為“精密度或重復性就是準確度”。這些都是錯誤的概念。精密度或重復性是指的多次測量中的離散性,如:3次或5次測量結果中,最大值與最小值之差即為重復性。精度包含準確度(Accuuracy)、精密度(Precision),這個問題大家也經常模糊不清。準確度則是指實際測量的值與真值或理論值之差,精密度表征重復性或離散性,一般取平均值表示。精密度和準確度是完全不同的兩個概念。 

 

檢測限(又叫檢出限)、靈敏度和測定限 

  檢測限是表征儀器檢測能力的指標,表征儀器的靈敏度。可以指明對某個物質的最小檢測量(如HPLC對萘的檢測限為10-9mg/mL等),也可用S/N表示,一般用S/N=2為定性檢測限。而定量檢測時,有人用S/N=10表征檢測限;但是一般用S/N=3(我國很多標準規定用S/N=2),也有用3倍標準偏差作為檢測限的。測定限是指能測出的數據,與N無關。檢測限和測定限的區別如下圖: 

標準偏差SD(也可以用σ表示)和相對標準偏差RSD 

  它們是廣大分析檢測科技工作者使用最多一個指標,用于表征分析檢測的離散性或重復性。但是在具體應用時,很多科技工作者的操作不規范。有人做3次平行數據、有人做5次平行數據,這些都是不妥的。我們認為,做SD測量時應該至少做6次以上,所以有些標準規定平行數據不得少于6次就是這個道理。 

  相對標準偏差RSD是指在同一條件下,對同一試樣多次重復測量,測量結果相互符合的程度或離散性,又叫精密度或重復性。 

  精密度通常用統計方法來計算;如:對于同一試樣,在相同條件下進行多次測量,測出某值Xi,并求出多次測量的平均值X 

  此時,標準偏SD(又可以用σ表示)可由下式求得: 

  式中的σ為標準偏差;n為測定次數,Xi為第i次測量的值。X為多次測量的平均值。此時,相對標準偏差一般慣用RSD表示:RSDSD/X100 

  當我們的測量次數足夠多的時候,SD遵循高斯定律,SD獲得的正負次數大約相等,因此,分析測定的標準偏差也可以用±SD表示。但是作者認為還是不加“±”為好。分析檢測人員正確理解和正確運用這些檢測儀器的性能技術指標,是用好一臺檢測儀器的關鍵,或者說是得到準確可靠分析檢測數據的關鍵。希望廣大讀者重視這些指標的物理意義的理解,重視對這些指標的自檢方法,正確選擇和運用這些技術指標。這樣才能真正用好檢測儀器,保證分析檢測數據的可靠性,真正的成為一名合格的檢測人員。 

    

重視日常分析檢測工作中分析數據處理的常見錯誤 

  在日常的分析檢測報告中,經常出現表述不妥當或者不規范的現象,大家應該引起重視。 

 

檢出結果為“0”未檢出 

  測試結果的表述與測試方法、標準、儀器條件等有關,如果有些國標、行標、企標設定標準0.003μg/mL,此時檢測報告中的“0”和“未檢 出”應寫“低于0.003μg/mL”,絕對不能寫“檢出結果為0”和“未檢出”。如果沒有國標、行標、企標,檢測人員根據當時的方法、使用儀器型號、選擇儀器條件,經過認真檢驗和判斷,在報告中寫上檢測結果。如果真的檢測不出來,可以在報告中寫低于儀器檢測限(但應給出具體數據:如使用某HPLC,其檢測限為萘1.0×10-8g/mL。此時,對萘的檢測報告中可寫:低于1.0×10-8g/ml。但是絕對不能寫“未檢出”或“0”)。 

 

AAS數據處理值得高度重視 

  在驗收AAS時,經常出現驗收單上有指標驗收標準值,但沒有驗收實測值和結論的現象。例如:有人在驗收TAS-990F時,用Hg燈的特征波長來測試儀器的波長準確度。他選用三條特征波長:253.7nm、546.1nm、871.6nm,這是對的。然而在“驗收實測值”欄里卻有9個實測數據,它們是:253.84nm、253.85nm、253.85nm、546.19nm、546.19nm、546.20nm、871.64nm、871.64nm、871.65nm。那么問題出在哪里?第一,標準值(或要求值)只要求小數點后一位253.7nm、546.1nm、871.6nm),但實測值為小數點后兩位數字(例如:253.84…);第二,沒有結論。在驗收實測值這欄中,應該對9個數據進行數據處理(例如取均值),最終得出一個實測結論,最后填寫驗收實測值的結論值。在這個案例中,結論值應該是±0.2nm。所以大家一定要重視數據處理這一問題。

 

很多日常的檢測報告中,不注明工作環境條件 

  例如,我國南方在室溫為8℃和30℃時進行測試時,得到的數據是不同的。此外濕度的大小也會影響實際檢測的數據。這些細節問題,往往是很多分析測試科技工作者所忽略的,作者認為應該引起實驗室管理人員以及檢測人員的重視。 

    

重視測定條件選擇對測定結果的影響 

  根據儀器學理論,針對不同儀器和不同樣品,分析測試人員要選用不同儀器分析條件進行分析,否則誤差容易增大。所以,相關操作人員一定要從儀器學(理論)和分析化學(實踐)兩個角度,認真注意選擇分析條件。 

  另外,對測定高濃度(濃度在標準系列濃度直線以外,例如:2~4ng/ml以上)的鈉、鉀、鋅等樣品時,要適當轉動燃燒頭的角度,并且將高濃度的吸光度控制在0.2~0.5Abs最佳值以內(即在儀器的線性范圍內),其目的是控制或減少分析誤差。 

  從儀器學理論和分析化學的實踐要求來講,光譜、色譜等儀器的檢測條件選擇非常重要。很多研究證明,UVS、AAS、HPLC等儀器的條件選擇對最終的檢測結果又顯著的影響。 

  此外,儀器操作人員特別要重視操作程序,不能著急,不然可能會浪費寶貴的實驗時間。雖然實驗技巧大家都知道,但也要重視實驗操作程序,順利完成樣品檢測。 

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