三重四級桿氣相色譜-質譜聯用儀檢出限評定方法*

趙迎晨梁晶毛森馮帥博/ .河南省計量科學研究院；.河南省環(huán)境監(jiān)測中心

三重四級桿氣相色譜-質譜聯用儀檢出限評定方法*

趙迎晨1梁晶2毛森1馮帥博1/ 1.河南省計量科學研究院；2.河南省環(huán)境監(jiān)測中心

介紹了一種三重四級桿氣相色譜-質譜聯用儀檢出限的評定方法。建立了檢出限的數學計算模型，對檢出限的評定方法進行了實驗驗證。實驗結果表明，該方法評定的檢出限可以作為評估三重四級桿氣相色譜-質譜聯用儀靈敏度的性能指標。

氣相色譜-質譜聯用儀；三重四級桿；檢出限； 靈敏度

0　引言

隨著食品安全和環(huán)境監(jiān)測領域中涉及的有機物和污染有機物越來越多，國家制訂并頒布了許多以質譜儀為檢測手段的國家標準或行業(yè)標準。對于基質復雜的樣品，單四極的氣相色譜-質譜聯用儀已無法滿足實際檢測的需要，而三重四級桿氣相色譜-質譜聯用儀（以下簡稱GC-MS/MS）具有很高的基質選擇性，能夠滿足在極其復雜的基質中進行低濃度水平定量的要求，逐漸成為復雜基質樣品的分析儀器。由于相關標準的滯后，現在還沒有一種合適的評定方法對GC-MS/MS的檢出限進行有效評價。國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）1997年通過的《分析術語綱要》中規(guī)定：“檢出限以濃度（或質量）表示，是指由特定的分析步驟能夠合理地檢測出的最小分析信號xL求得的最低濃度cL（或質量qL）”?！皺z出”是指定性檢出，即判定樣品中存在濃度高于空白的待測物質。檢出限僅僅是一種定性判斷依據，而不是可以定量檢出待測物質的濃度。但目前，國際純粹與應用化學聯合會（IUPAC）、美國環(huán)境保護署（EPA）、國際標準化組織（ISO）等由于各自的實際情況，對檢出限并不能給出統一的定義。我國不同的國家標準對檢出限的定義也不統一，所以檢出限在定義、使用方面存在一定的差異［1-3］。

有研究人員提出，將檢出限分為儀器檢出限、方法檢出限、樣品檢出限三類［4］。儀器檢出限就是儀器能夠檢測到區(qū)別于背景噪聲的最小信號，其實是為了考察儀器的靈敏度，對儀器的性能進行比較。方法檢出限即某分析方法可檢測待測元素的最小濃度或含量。這一參數反映了該方法對于適用類型樣品的平均檢出限。樣品檢出限即單個樣品的檢出限，相對于空白可檢測的最小樣品含量，定義樣品檢出限為3倍空白標準偏差。

1　檢出限的計算

檢出限是一個統計概念。長期以來，不同領域的分析測試人員針對檢出限的概念、估算方法及其在各自領域的應用等進行了很多探討，但在實際應用中還存在許多爭議，目前還沒有一種為大家普遍接受的計算方法。

1.1IUPAC方法

依據IUPAC定義，該方法屬于單濃度校正法，通過考察空白的統計特性來計算檢出限。檢出限的計算公式如下：

式中：XL——樣品的響應信號；

K —— 置信因子，一般取3；

Sb—— 多次測得的空白響應信號的標準偏差；

1.2 EPA方法

EPA方法是美國環(huán)境保護署建立的一套檢出限計算方法，它定義為能夠測量以99%置信度報告的某物質被檢出的最低濃度。

式中：t（n-1），1-α）—— 自由度為n-1、置信度為1-α（一般取顯著性水平α = 0.01）時t-分布的單邊臨界值（單邊t值），可查有關的單邊t-分布表獲得，當n = 8、α = 0.01時，t（7，0.99）= 2.998；

RSD —— 多次測得的樣品響應信號的相對標準偏差；

m —— 樣品的進樣量；

n —— 進樣次數

1.3信噪比（SNR）方法

信噪比方法多用于色譜分析。信噪比是某一特定樣品的分析信號與儀器背景噪聲的相對強度。信號是指信號峰到基線的距離，噪聲是基線上最大噪聲和最小噪聲之間的距離。當N≥3S時（N——儀器待檢物質信號，S——儀器噪聲信號），檢出的待測物質濃度被定義為儀器的檢出限。

1.4標準曲線方法

此方法直接利用分析方法校正曲線的偏差特性來估算檢出限。接近0含量的目標分析物的響應很小，測量十分困難，IUPAC認為可用校正曲線的截距來估算檢出限。校正曲線法在理論上較為嚴謹，但實驗和計算工作量都相對較大、較繁。但現在已有相應的估算軟件可供使用，實驗工作者只要弄清基本概念，按規(guī)定設計好實驗，將得到的結果輸入軟件即可獲得估算的方法檢出限［5］。

2　GC-MS/MS性能指標的評定

2.1GC-MS/MS的工作原理

GC-MS/MS是將氣相色譜儀與質譜儀聯用，用于樣品的定性定量分析。樣品通過氣相色譜分離后的各個組分依次進入離子源被電離，產生帶電的碎片離子后進入質量檢測器。MS/MS是三重四級桿質量分析器，由兩個單四級桿質量分析器中間加一個碰撞池組成?？梢栽诘谝粋€四級桿選擇性地通過某些離子，然后在碰撞池打碎，再經過第二個四級桿分離。

2.2GC-MS/MS系統性能評價的難點

20年前甚至10年前，信噪比都是衡量GC/MS性能的有效標準。隨著質譜儀設計的不斷發(fā)展，儀器噪聲已經越來越低，并且極不穩(wěn)定，不能準確說明系統性能。當使用超低噪聲儀器如高分辨力質譜儀或串聯質譜儀時尤其如此。此時背景中通常不含離子，噪聲基本為零。采用傳統的信噪比方法對不同的GC-MS/MS進行性能比較變得越來越困難，甚至在某些情況下根本無法比較。所以，需要建立一種新的評價方法對GC-MS/MS性能進行評估。

3　GC-MS/MS檢出限模型的建立及方法驗證

考慮到GC-MS/MS的噪聲特性，對GC-MS/MS性能評價首先要避開噪聲的影響。檢出限是由一系列特殊數據得到的統計評估，分析文獻中已有大量文章，利用統計學來估算儀器檢出限。安捷倫公司推出了基于峰面積相對標準偏差（以下簡稱RSD）的靈敏度性能指標。以質譜為例，它可以直接反映離子化效率的程度。首先，峰面積RSD是對一個色譜峰下離子數測量準確度的反映。其次，進樣量越低，那么峰面積RSD越大。第三，在被分析物量相同的情況下，RSD越小表示儀器的靈敏度越高。GC-MS/ MS檢出限模型也采用EPA的方法對GC-MS/MS的性能進行評估。檢出限與重復進樣所測得峰面積響應的標準偏差STD以及置信因子有關［6］，如果采用RSD，檢出限可以用進樣量的單位（ng、pg、fg）表示。

下面采用公式DL = t（n-1），1-α）·（RSD）·m/100%來評價GC-MS/MS的檢出限。采用Thermo公司TSQ Quantum XLS Ultra GC-MS/MS進行驗證。以常見的EI離子源為例，選擇272（m/z）作為母離子，242（m/z）作為子離子，采用不分流模式，進樣量1 μL，1 pg/μL 和100 fg/μL的八氟萘-異辛烷樣品分別連續(xù)分析8次，峰面積結果見表1。測量次數n較小時（n ＜ 30），可使用一側的t-分布確定置信因子t（n-1），1-α）。8次重復進樣（自由度n = 7）并在置信水平99%（1-α = 0.99）下，從t-表查得的t（7，0.99）= 2.998。采用峰面積的重復性對GC-MS/MS的儀器性能進行評估，分析物含量高于或等于檢出限值即為該儀器有99%的機率檢出并區(qū)別于背景。根據表1數據可計算峰面積的重復性，采用公式DL = t（n-1），1-α）×（RSD）×m/100%計算GC-MS/MS的檢出限，結果見表2。

表1　八氟萘-異辛烷樣品峰面積結果

表2　GC-MS/MS的檢出限

4　結語

目前評價單四級的氣質系統和液質聯用系統性能的主要指標是信噪比（SNR）。但對于超低噪聲質譜儀GC-MS/MS，基于信噪比來準確比較質譜儀的性能已變得越來越困難。隨著技術的進步， GC-MS/ MS的應用已非常普遍。目前生產GC-MS/MS的廠家主要有賽默飛世爾科技、安捷倫、Bruker、Shimadzu等公司。面對這種復雜的情況，一些實驗室采購和使用該類儀器的人員往往很迷惑。本文采用EPA方法，基于RSD評定GC-MS/MS的檢出限。通過驗證，該方法可以作為評估GC-MS/MS靈敏度的性能指標。該評定方法為建立一套完整的GC-MS/MS性能測試標準方法提供了依據，為實驗室使用人員進行儀器期間核查提供了相關的測試方法。

［1］ 王艷潔，那廣水，王震，等.檢出限的涵義和計算方法［J］.化學分析計量，2012，21（5）：85-88.

［2］ 高若梅，劉鴻皋.檢出限概念問題討論—IUPAC及其他檢出限定義的綜合探討和實驗論證［J］.分析化學，1993，21（10）：1232-1236.

［3］ 田強兵.分析化學中檢出限和測定下限的探討［J］.化學分析計量，2007，16（3）：72-73.

［4］ 冉敬，杜谷，楊樂山，等.關于檢出限的定義及分類的探討［J］.巖礦測試，2008，27（2）：155-157.

［5］ 蔡潞莎，胡奇，芮三亞.蔬菜中有機磷農藥多殘留分析：方法檢出限的對比研究［J］.食品科學，2006，27（11）：449-454.

［6］ Daniel MacDougall，Warren B.Crummett.Guidelines for data acquisition and data quality evaluation in environmental chemistry［J］. Anal.Chem， 1980， 52（14）：2242-2249.

An evaluation method for the detection limit of triple quadrupole gas chromatographymass spectrometrys

Zhao Yingchen1，Liang Jing2，Mao Sen1，Feng Shuaibo1
（1. Henan Province Institute of Metrology； 2. Henan Province Environmental Monitoring Center）

An evaluation method for the detection limit of triple quadrupole gas chromatography-mass spectrometrys is introduced in the paper. The mathematical model of the detection limit is established， and the evaluation method is verifed by experiments. The experimental results show that the detection limit evaluated with the method can be used as a performance index to evaluate the sensitivity of triple quadrupole gas chromatography-mass spectrometrys.

gas chromatography-mass spectrometry； triple quadrupole；detection limit； sensitivity

河南省質量技術監(jiān)督局科技計劃項目（2015zj22）