水質(zhì)分析工藝及其質(zhì)量控制途徑探索

陸璐（新疆維吾爾自治區(qū)水文局　新疆　烏魯木齊　830000）

水質(zhì)分析工藝及其質(zhì)量控制途徑探索

陸璐
（新疆維吾爾自治區(qū)水文局新疆烏魯木齊830000）

水質(zhì)分析的質(zhì)量控制工作，是實驗室進(jìn)行水質(zhì)檢測的基礎(chǔ)性工作，同樣也是獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的重要措施。本文結(jié)合工作實際，從水質(zhì)分析工藝的類別及選擇出發(fā)，并著重就水質(zhì)分析工藝中的質(zhì)量控制措施與途徑進(jìn)行了探索與研究。

水質(zhì)分析；質(zhì)量控制；途徑

當(dāng)前，我國水資源浪費及水資源短缺現(xiàn)象仍非常嚴(yán)重，水質(zhì)安全問題也日益受到全社會的廣泛關(guān)注，它直接關(guān)系到人們的身體健康、社會的安定以及國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。近年來，為滿足各城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村用水水質(zhì)的安全需要，水質(zhì)分析工藝也得到了迅速發(fā)展與廣泛的應(yīng)用。然而，水質(zhì)分析是一個非常復(fù)雜的工藝過程，包括了水樣采集、保存、運輸、預(yù)處理，以及分析方法的選擇、操作、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理、綜合評價等多個環(huán)節(jié)，為了保證分析數(shù)據(jù)結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映水質(zhì)的現(xiàn)狀，必須采取有效的質(zhì)量控制措施，以盡量減少和避免水質(zhì)分析過程中誤差的出現(xiàn)，進(jìn)而有力確保水質(zhì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確與可靠。

1　水質(zhì)分析工藝的類別及質(zhì)量控制的目的

1.1水質(zhì)分析工藝的類別與選擇

水質(zhì)分析工藝根據(jù)工藝原理以及檢測對象的不同，主要可分為化學(xué)分析法與儀器分析法兩類。

（1）化學(xué)分析法

化學(xué)分析法是以水質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法，其特點是分析方法的操作簡便、成本較低、分析結(jié)果較為精密準(zhǔn)確，較為適用于檢驗水質(zhì)中較高含量的成分。化學(xué)分析法又主要分為重量分析法和滴定分析法（酸堿滴定法、配位滴定法、沉淀滴定法等）兩類。

（2）儀器分析法

儀器分析法是根據(jù)水質(zhì)中被測物質(zhì)的物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析的方法，它通常需要配備較高精密度的儀器，因此分析結(jié)果通常具備很高的靈敏度與較低的檢出限，但是儀器的價格較高，日常維護(hù)檢修也較為嚴(yán)格。儀器分析法主要適用于檢驗水質(zhì)中的微量成分，主要可分為色譜分析法、電化學(xué)分析法、光學(xué)分析法、流動注射分析法等幾類。

在以上兩種水質(zhì)分析工藝的選擇時，需要綜合考慮到以下多種因素：一是應(yīng)考慮到分析工藝的靈敏性，需要詳細(xì)了解水質(zhì)被測成分的濃度、含量范圍；二是應(yīng)考慮到分析工藝的精密度和準(zhǔn)確度；三是應(yīng)綜合考慮到分析工藝的操作難易度、抗干擾能力、操作處理速度、儀器費用等各個方面。通過結(jié)合多種因素進(jìn)行考慮與選擇，最終得出最適宜的分析工藝。

1.2水質(zhì)分析工藝質(zhì)量控制的目的

（1）水質(zhì)分析工藝的質(zhì)量控制，是以統(tǒng)計學(xué)原理與假設(shè)為依據(jù)，以認(rèn)識和估計實驗過程中所存在的誤差，便于及時發(fā)現(xiàn)誤差的來源，并采取有效的糾正措施，從而將誤差減小到允許的限值范圍以內(nèi)，以獲取準(zhǔn)確、可靠的測試結(jié)果。

（2）水質(zhì)分析工藝的質(zhì)量控制過程，重點是通過對控制水質(zhì)樣品檢驗結(jié)果的偏差值，來評價分析工藝的準(zhǔn)確度；并通過對控制水質(zhì)樣品重復(fù)測定之間的偏差值，來評價分析工藝的精密度。

圖1　均值質(zhì)量控制圖示意圖

2　水質(zhì)分析工藝的質(zhì)量控制措施與途徑

2.1質(zhì)量控制圖的繪制與應(yīng)用

質(zhì)量控制圖是一種保障水質(zhì)分析工藝質(zhì)量的有效措施，它能及時發(fā)現(xiàn)水質(zhì)分析工藝中誤差的異常變化，并通過數(shù)據(jù)的有效性檢驗，以采取必要的糾正措施，從而避免分析結(jié)果出現(xiàn)質(zhì)量惡化或者質(zhì)量失控問題。

（1）質(zhì)量控制圖的繪制

質(zhì)量控制圖是一種繪制有控制限與警告限的統(tǒng)計圖，它主要由中心線、上下警告限、上下控制限以及上下輔助線等幾部分所組成。其中，中心線可作為分析結(jié)果的預(yù)期值，上下警告限區(qū)域內(nèi)可作為分析結(jié)果的目標(biāo)值，上下控制限區(qū)域內(nèi)可作為分析結(jié)果的受控制區(qū)域，即水質(zhì)測定值的可接受范圍。

在進(jìn)行質(zhì)量控制圖繪制時，應(yīng)將水質(zhì)分析數(shù)據(jù)結(jié)果假設(shè)為正態(tài)分布，并以實驗次數(shù)為橫坐標(biāo)，實驗結(jié)果為縱坐標(biāo)，并根據(jù)計算均值與標(biāo)準(zhǔn)差決定分析工藝的警告限與控制限，將20批次的數(shù)據(jù)根據(jù)順序在相應(yīng)的位置上構(gòu)建出質(zhì)量控制圖。要求在繪制完成以后，還應(yīng)當(dāng)在圖上標(biāo)明分析工藝方法、控制指標(biāo)、測定項目、溶液濃度、繪制日期等內(nèi)容。

（2）質(zhì)量控制圖的應(yīng)用

質(zhì)量控制圖可作為水質(zhì)分析結(jié)果的質(zhì)量評價與質(zhì)量控制的工具，應(yīng)用最為廣泛的是均值質(zhì)量控制圖，它要求對質(zhì)量控制樣品與測試物質(zhì)采用相同的工藝進(jìn)行20次以上的分析，并且每次平行分析兩份，如下圖1所示。

在具體應(yīng)用時，可根據(jù)水質(zhì)分析項目的分析頻率以及分析人員的技術(shù)水平，每相隔一段時間，選取兩份平行的控制樣品與測試樣品同時檢驗，然后將測定結(jié)果依次標(biāo)注在質(zhì)量控制圖中。如果測定結(jié)果在控制限或者警告限以內(nèi)，則說明水質(zhì)分析結(jié)果控制在一定置信水平以內(nèi)；如果測定結(jié)果超出控制限或警告限，則應(yīng)停止分析工作，并及時采取相應(yīng)的措施以糾正誤差。

2.2校準(zhǔn)曲線的質(zhì)量控制

校準(zhǔn)曲線是用于描述被測物質(zhì)濃度與檢驗儀器相應(yīng)信號之間的定量線性關(guān)系的曲線，它主要包括了工作曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線兩類。在大部分水質(zhì)分析工藝方法中，如分光光度法、色譜分析法、電化學(xué)分析法等，都需要通過與校準(zhǔn)曲線進(jìn)行比較，以計算被測物質(zhì)的含量。而由于校準(zhǔn)曲線在繪制與應(yīng)用過程中，容易存在較大的隨機(jī)誤差，并會以系統(tǒng)誤差的方式出現(xiàn)在分析結(jié)果當(dāng)中。因此，必須加強對校準(zhǔn)曲線的質(zhì)量控制，這也是保證水質(zhì)分析結(jié)果質(zhì)量的重要途徑之一。校準(zhǔn)曲線繪制與應(yīng)用時的質(zhì)量控制要點，主要包括了以下幾個方面：

（1）對于標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)的測定，應(yīng)先做空白實驗，然后再繪制校準(zhǔn)曲線。一般的繪制方法是，在測量范圍內(nèi)，所配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度值應(yīng)較為均勻的分布在測量范圍內(nèi)，要求已知濃度點應(yīng)≥6個（含空白濃度），然后再根據(jù)儀器響應(yīng)信號與溶液濃度值進(jìn)行繪制。在繪制時還應(yīng)當(dāng)考慮到容器與量器的影響，要求所采用容器與量器均應(yīng)當(dāng)檢驗合格，并與校準(zhǔn)曲線之間相配套。

（2）校準(zhǔn)曲線的繪制，應(yīng)當(dāng)與批樣水質(zhì)測定工作同步進(jìn)行。在對曲線誤差進(jìn)行校正以后，校準(zhǔn)曲線可采用二乘法對水質(zhì)分析結(jié)果進(jìn)行回歸處理。要求校準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)的絕對值不得＜0.999，否則應(yīng)當(dāng)分析工藝的實驗方法、操作過程、儀器使用等因素上查找原因，在糾正以后方可重新繪制。

（3）應(yīng)用校準(zhǔn)曲線進(jìn)行水質(zhì)測定時，應(yīng)當(dāng)盡量采用曲線的直線部分作為水質(zhì)分析的最佳測定范圍，不得將測定范圍任意外延。在理想狀況下，測定過程中檢驗儀器的響應(yīng)信號是不漂移的，為保證響應(yīng)信號的準(zhǔn)確與穩(wěn)定，在實驗前就應(yīng)當(dāng)做好檢驗儀器的校準(zhǔn)工作。

2.3空白實驗的質(zhì)量控制

空白實驗即采用蒸餾水替代試樣水質(zhì)的測定實驗，從水質(zhì)分析值中去除空白值，即可得出水質(zhì)分析值的校正值。通過空白值，可以用于估計來自純水、試劑中的雜質(zhì)，也可得出每個分析步驟中所帶來的沾污等。因此，必須加強空白實驗的質(zhì)量控制，以保證水質(zhì)分析結(jié)果的質(zhì)量。其質(zhì)量控制措施，主要有以下幾方面：

（1）影響空白實驗的主要因素包括了器皿的潔凈程度、試劑配制質(zhì)量、實驗用水質(zhì)量、試劑純度、計量儀器性能以及分析人員操作水平等等。為此，必須采取嚴(yán)格的控制措施，以盡量降低器皿、溶劑、試劑、儀器等因素對空白實驗的干擾作用，并通過培訓(xùn)和技術(shù)指導(dǎo)等方式，以盡可能提高水質(zhì)分析人員的操作水平與技能水平，從而使得空白值的測定能始終處于很小的波動范圍。

（2）由于空白實驗中空白值的重復(fù)性與大小，將直接影響到水質(zhì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確度以及檢出限。當(dāng)發(fā)現(xiàn)空白值高于水質(zhì)分析工藝的檢出限時，必須暫停分析操作，直到將污染源消除之后方可繼續(xù)進(jìn)行。

2.4檢出限的質(zhì)量控制

檢出限即是指在某水質(zhì)分析工藝所給定的置信水平范圍以內(nèi)（通常為≤95%），從水質(zhì)樣品中測定出被測物質(zhì)的最小濃度值。檢出限的大小，主要受到檢驗儀器的穩(wěn)定性、靈敏性，以及空白實驗中空白值波動的影響。以光學(xué)分析法為例，檢出限D(zhuǎn)L可用下列方程式表達(dá)：

（1）

在上式（1）中，DL為檢出限的估算值；K為光學(xué)分析法根據(jù)一定置信水平所確定的系統(tǒng)，當(dāng)置信水平范圍約為90%時，K=3；xb是指空白實驗多次測定所得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差值；S則是指該光學(xué)分析法的靈敏度，即該水質(zhì)分析工藝方法對單位濃度，或者單位量被測物質(zhì)所產(chǎn)生響應(yīng)量的變化程度。在水質(zhì)分析工藝的實施過程中，當(dāng)檢出限的估算值小于或者等于該分析工藝的規(guī)定值時，則判定該工藝方法的應(yīng)用為合格；如果檢出限的估算值大于工藝的規(guī)定值時，則應(yīng)檢查原因并糾正錯誤，直至檢出限合格為止。

2.5精密度檢驗

精密度是指采用某水質(zhì)分析工藝方法時，在受控狀態(tài)下重復(fù)測定某一水質(zhì)樣品時測定值之間的一致性和相似性程度。一般情況下，在水質(zhì)分析中可采用高（5% ～10%）、中（15%）、低（20%）三種濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后用相同的分析工藝方法進(jìn)行多次水平測定，并將各種溶液分散在一段較長時間內(nèi)進(jìn)行分析，計算其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差值，從而正確評價與檢驗該分析工藝方法的精密度。當(dāng)所得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差值越小時，該水質(zhì)分析工藝方法的精密度也越好。

2.6準(zhǔn)確度檢驗

準(zhǔn)確度是反映該水質(zhì)分析工藝方法的隨機(jī)誤差以及系統(tǒng)誤差的綜合性指標(biāo)。通常情況下，可以用測量標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的方法，或者將不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)添加到被測水質(zhì)樣品中作回收率測定的方法，用于正確評價與檢驗該水質(zhì)分析工藝方法的準(zhǔn)確度。

以加標(biāo)回收率的測定方法為例，它能有效反映出水質(zhì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。在回收率的分析過程中，加標(biāo)的主要原則是：一是添加物質(zhì)的形態(tài)應(yīng)當(dāng)與被測物的形態(tài)相同；二是添加物質(zhì)的濃度應(yīng)當(dāng)合理，添加量應(yīng)當(dāng)控制在校準(zhǔn)曲線的低濃度范圍以內(nèi)；三是添加物質(zhì)后，水質(zhì)樣品的體積應(yīng)無明顯變化，否則在計算回收率時應(yīng)當(dāng)加以考慮這一因素。

3　總結(jié)

本文從水質(zhì)分析工藝的類別及選擇出發(fā)，并著重就水質(zhì)分析工藝中的質(zhì)量控制措施與途徑進(jìn)行了探索與研究。水質(zhì)分析是一個非常復(fù)雜而且系統(tǒng)的工藝過程，為了能保證分析數(shù)據(jù)結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映水質(zhì)的現(xiàn)狀，必須采取質(zhì)量控制圖繪制、校準(zhǔn)曲線繪制、空白實驗質(zhì)量控制、精密度檢驗、準(zhǔn)確度檢驗等各種切實有效的質(zhì)量控制途徑與措施，從而盡可能的減少水質(zhì)分析中的誤差，確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確與可靠。陜西水利

［1］顧華.水質(zhì)監(jiān)測過程中的質(zhì)量控制［J］.北京水利，2013（3）.

［2］徐成漢.水質(zhì)分析中質(zhì)量控制圖的應(yīng)用［J］.資源綜合利用，2012（2）.

［3］嚴(yán)文瑤.環(huán)境監(jiān)測與影響評價技術(shù)［M］.北京：中國石化出版社，2013.

［4］馬春香，邊喜龍.水質(zhì)分析方法與技術(shù)［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008.

（責(zé)任編輯：李蕊）

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