生活用紙中熒光增白劑協(xié)同實(shí)驗(yàn)評價分析

郭禮強(qiáng) 孫 軍 田國華 許文娟 田國寧 張金玲

（濰坊海關(guān)，山東濰坊，261041）

標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)則、導(dǎo)則或特性的文件，并需經(jīng)過一個公認(rèn)機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)［1］。在制定標(biāo)準(zhǔn)時，標(biāo)準(zhǔn)研究人員僅在本實(shí)驗(yàn)室對標(biāo)準(zhǔn)的回收率和精密度進(jìn)行了驗(yàn)證，缺少外部實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)比對和驗(yàn)證評價方法，可能會導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后存在適用性不足的問題。對于一項(xiàng)新制定的標(biāo)準(zhǔn)，適用性非常關(guān)鍵，如果新發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)性和再現(xiàn)性差，檢測數(shù)據(jù)不可重復(fù)，不僅阻礙檢測技術(shù)的發(fā)展，而且容易誤導(dǎo)檢測者和數(shù)據(jù)使用者，從而影響消費(fèi)者的利益和健康。因此，標(biāo)準(zhǔn)制定和管理機(jī)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)研究人員一定要重視標(biāo)準(zhǔn)的適用性，通過多種手段和渠道來檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的適用性。

本研究在生活用紙熒光增白劑標(biāo)準(zhǔn)制定過程中，借助對9家協(xié)同實(shí)驗(yàn)室在使用相同的標(biāo)準(zhǔn)品和樣品、利用同一新制定的標(biāo)準(zhǔn)檢測的數(shù)據(jù)，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對如何評價新標(biāo)準(zhǔn)的適用性做了初步研究和探索。熒光增白劑是生活用紙企業(yè)廣泛添加的、具有經(jīng)濟(jì)效益的助劑，但其對人體有害［2-4］。目前，熒光增白劑的檢測手段主要有光譜法［5-6］和色譜法［7-9］。本研究對本實(shí)驗(yàn)室制定的生活用紙中熒光增白劑檢測標(biāo)準(zhǔn)（SN/T 5153—2019）的適用性進(jìn)行了評價，旨在以紫外光譜法測定生活用紙中熒光增白劑VBL為參照，建立一種快速、準(zhǔn)確的評價新研發(fā)方法或標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法，從而為標(biāo)準(zhǔn)制定者、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布和監(jiān)管部門及標(biāo)準(zhǔn)使用部門提供一定的技術(shù)支持。

1 評價方法

1.1 研究目的

根據(jù)《化學(xué)檢測方法驗(yàn)證程序（試行）》要求，選擇9家檢驗(yàn)檢疫輕工產(chǎn)品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室對標(biāo)準(zhǔn)SN/T 5153—2019的標(biāo)準(zhǔn)曲線、線性相關(guān)系數(shù)、精密度進(jìn)行了協(xié)同實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，9家實(shí)驗(yàn)室分別被命名為實(shí)驗(yàn)室1～實(shí)驗(yàn)室9。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

將衛(wèi)生卷紙剪成5 mm×5 mm大小，向各衛(wèi)生卷紙樣品中分別添加一定量熒光增白劑VBL后，使各樣品中熒光增白劑VBL的濃度分別為200 mg/kg、500 mg/kg和1500 mg/kg，置于密封袋中保存（各濃度樣品質(zhì)量均大于20 g），根據(jù)文獻(xiàn)［10］和［11］對樣品的均勻性進(jìn)行了檢驗(yàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

按照本實(shí)驗(yàn)室研制的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SN/T 5153—2019檢測各樣品中的熒光增白劑含量，每個樣品平行測定3次，然后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)方法的適用性和重復(fù)性評價分析。

1.4 評價方法

根 據(jù)GB/T 6379.1—2004［12］、GB/T 6379.2—2004［13］和GB/T 6379.4—2006［14］對檢測結(jié)果進(jìn)行分析評價，每個實(shí)驗(yàn)室的每個樣品提交3個測試結(jié)果。

1.5 數(shù)據(jù)匯總

將9家實(shí)驗(yàn)室的檢測數(shù)據(jù)按照9因素3水平的方式繪制表格，結(jié)果見表1。由表1可知，各實(shí)驗(yàn)室檢測得的數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定、均一。

2 方法適用性評價

2.1 單元平均值的計(jì)算

平均值是對檢測結(jié)果偏差最簡單直接的評價方法。根據(jù)各實(shí)驗(yàn)室檢測得到的數(shù)據(jù)結(jié)果，按式（1）計(jì)算每個單元的平均值，結(jié)果見表2。

由表2可知，各實(shí)驗(yàn)室的每個樣品檢測數(shù)據(jù)的平均值和單元平均值的均值相差不大，表明數(shù)據(jù)結(jié)果分析比較理想。但平均值使所有數(shù)據(jù)平均化，掩蓋了偏大偏小的數(shù)據(jù)，忽視了單個數(shù)據(jù)差異，使得分析者忽略了變動和誤差；而實(shí)際情況中，各實(shí)驗(yàn)室的檢測數(shù)據(jù)有一定的分散，有些數(shù)據(jù)是不均衡的。因此，在評估制定標(biāo)準(zhǔn)方法的適用性時，在采用平均數(shù)的同時還需要配合使用變異指標(biāo)等來反映平均數(shù)的代表性和總體分布的離散趨勢。

表1 9家實(shí)驗(yàn)室原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of raw data from 9 labs

表2 單元平均值（n=3）Table 2 Average value per unit(n=3)

2.2 標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)差是數(shù)據(jù)和平均數(shù)偏離大小的平均值，是方差的算術(shù)平方根，反映一個數(shù)據(jù)集的離散程度。不同實(shí)驗(yàn)室測得的數(shù)據(jù)平均數(shù)相同時，其標(biāo)準(zhǔn)差有可能偏差較多，標(biāo)準(zhǔn)差比平均值能體現(xiàn)更多的信息，如精密度。按式（2）計(jì)算每個單元的標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果見表3。

式中，Sij為單元標(biāo)準(zhǔn)差。

從表3可以看出，在同樣的條件下，與其他實(shí)驗(yàn)室相比，實(shí)驗(yàn)室3和實(shí)驗(yàn)室5在第1水平的標(biāo)準(zhǔn)差偏大，實(shí)驗(yàn)室6和實(shí)驗(yàn)室7在第2水平的標(biāo)準(zhǔn)差偏小，實(shí)驗(yàn)室1和實(shí)驗(yàn)室8在第3水平的標(biāo)準(zhǔn)差偏小。

2.3 一致性和離群值檢查

2.3.1 一致性檢查

在數(shù)據(jù)分析時，可以用一致性檢查來判斷分析方法在預(yù)測結(jié)果中是否具有一致性，即進(jìn)一步驗(yàn)證所采用的標(biāo)準(zhǔn)方法測得的實(shí)際結(jié)果是否能達(dá)到預(yù)期的效果，通過曼德爾統(tǒng)計(jì)量分析去除偏離（超過）臨界值的結(jié)果。根據(jù)GB/T 6379.2—2004要求、按式（3）和式（4）計(jì)算曼德爾統(tǒng)計(jì)量h和k，結(jié)果見表4和表5。

表3 單元標(biāo)準(zhǔn)差S（n=3）Table 3 Standard deviation per unit(n=3)

表4 曼德爾h值檢驗(yàn)Table 4 Test of Mandel statistics h

表5 曼德爾k值檢驗(yàn)Table 5 Test of Mandel statistics k

查閱文獻(xiàn)［13］、結(jié)合表4和表5可知，表4中，實(shí)驗(yàn)室8在水平3的h值為-2.06739，其絕對值大于顯著性水平為5%時的臨界h值1.78，小于并接近顯著性水平為1%時的臨界h值2.13，因此，此值為歧離值，建議舍棄。表5中，實(shí)驗(yàn)室5在水平1的k值為1.75334，略大于顯著性水平為5%時的臨界k值1.68，雖為歧離值，但可保留。

2.3.2 柯克倫檢驗(yàn)

柯克倫檢驗(yàn)可以用于檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)檢測數(shù)據(jù)的變異，按式（5）計(jì)算得到柯克倫檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量C值，列入單元標(biāo)準(zhǔn)差的柯克倫檢驗(yàn)表，結(jié)果如表6所示。

式中，Cj為j水平柯克倫檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量值。

當(dāng)計(jì)算所得統(tǒng)計(jì)量C值＞C0.01（顯著性水平為1%時的臨界C值），此時，C值為離群值，應(yīng)該舍去；當(dāng)C0.05（顯著性水平為5%時的臨界C值）＜計(jì)算所得統(tǒng)計(jì)量C值≤C0.01值，此時，C值視為歧離值，應(yīng)該考慮取舍；當(dāng)計(jì)算所得統(tǒng)計(jì)量C值≤C0.05，此時，C值視為正常值，應(yīng)該保留。

由表6可知，各實(shí)驗(yàn)室在各個水平的C值分別為0.34158、0.18550和0.17872，均≤C0.05（C0.05=0.478），沒有歧離值和離群值，所有數(shù)據(jù)均為正常值。

表6 單元標(biāo)準(zhǔn)差的柯克倫檢驗(yàn)Table 6 Cochrane’s test of unit variance

2.3.3 格拉布斯檢驗(yàn)

格拉布斯函數(shù)的目的是判斷和剔除實(shí)驗(yàn)中有較大誤差的數(shù)據(jù)，從而使檢測結(jié)果更精確；此外，也可驗(yàn)證不同實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用同一標(biāo)準(zhǔn)方法的穩(wěn)定性，按照式（6）～式（8）計(jì)算得到格拉布斯檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量G值，列入單元平均值的格拉布斯檢驗(yàn)表。

式中，Gj為j水平格拉布斯檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量值；S-yij為j水平下單元平均值的標(biāo)準(zhǔn)差。應(yīng)用格拉布斯檢驗(yàn)計(jì)算得到的統(tǒng)計(jì)量G值見表7。由表7可知，各實(shí)驗(yàn)室的Gj均小于2.215，沒有離群值。

表7 單元平均值的格拉布斯檢驗(yàn)Table 7 Grubbs test of average value per unit

2.4 精密度檢驗(yàn)

2.4.1 重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差和再現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)差

經(jīng)過柯克倫檢驗(yàn)和格拉布斯檢驗(yàn)分析，最終確定所有實(shí)驗(yàn)室提供的數(shù)據(jù)均可保留，根據(jù)式（9）～式（12）對9家實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果的重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差（Sr）、再現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)差（SR）、重復(fù)性限（r）和再現(xiàn)性限（R）進(jìn)行計(jì)算，精密度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表8。重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差為在重復(fù)性條件下所得測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差，在本研究中按同一標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一樣品檢測為重復(fù)性，而不同實(shí)驗(yàn)室、不同時間、不同人員和不同設(shè)備之間等測量條件的改變?yōu)榉椒ǖ脑佻F(xiàn)性，所有實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)均設(shè)置為95%置信度的重復(fù)性允許差和再現(xiàn)性允許差。

式中，S2rj和S2Rj分別為j水平下的重復(fù)性方差和再現(xiàn)性方差；rj和Rj分別為j水平下的重復(fù)性限和再現(xiàn)性限；S2Lj為j水平下的平均值方差。

表8 精密度統(tǒng)計(jì)表Table 8 Precision statistics

2.4.2 重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差和再現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)差與總平均值yˉj的關(guān)系

使用Origin軟件［15］對表8中的精密度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到，在正常的熒光增白劑濃度范圍內(nèi)，Srj與呈明顯的線性關(guān)系；SRj與間不成線性關(guān)系。因此可知，在正常的熒光增白劑濃度范圍內(nèi)，SRj不依賴于，因而，SRj的平均值可被看作SRj的最終值。擬合方程精密度的最終值為重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差：Srj=0.00216+0.50783，說明在使用此新研制標(biāo)準(zhǔn)測定生活用紙中熒光增白劑時，檢測樣品中熒光增白劑含量越高，重復(fù)性限越大；再現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)差為SR=2.5320，和熒光增白劑含量不成線性關(guān)系。通過對9家實(shí)驗(yàn)室的檢測結(jié)果分析，得到了標(biāo)準(zhǔn)檢測方法的重復(fù)性限、再現(xiàn)性限與新研制標(biāo)準(zhǔn)方法目標(biāo)物——熒光增白劑含量的關(guān)系，據(jù)此可計(jì)算不同水平（含量）下樣品的重復(fù)性限和再現(xiàn)性限。

2.5 正確度評估

正確度［16］是大量測定的均值與接受參考值的接近程度，反應(yīng)測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差大小的程度。正確度度量通常以偏倚表示，偏倚小，則說明正確度高，偏倚大，則說明正確度低。根據(jù)式（13）～式（16）計(jì)算測量方法偏倚的95%置信區(qū)間（見表9）并將它們與0比較，即可對該測量方法的正確度進(jìn)行評估。

自由度（p）與n的函數(shù)A由下式給出：

該測量方法偏倚的一個近似的95%置信區(qū)間為：式中，⌒δ為偏倚量；μ為接受參照值；A為不確定度估計(jì)值。

表9 重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差與再現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)差及測量方法偏倚的估值Table 9 Standard deviation of repeatability and reproducibility,and estimation of measurement bias

從表9可以看出，3個水平下，9家實(shí)驗(yàn)室協(xié)同計(jì)算的置信區(qū)間分別為（-2.633，0.2543）、（-0.2675，1.6275）、（-1.6906，0.4706）；置信區(qū)間都包含數(shù)值0，說明本課題組新研制標(biāo)準(zhǔn)方法的實(shí)驗(yàn)室偏倚在置信水平5%下不顯著，從而證明本課題組制定的生活用紙中熒光增白劑VBL檢測標(biāo)準(zhǔn)SN/T 5153—2019的有效性。

3 結(jié)論

以生活用紙中熒光增白劑檢測為實(shí)例，通過對不同實(shí)驗(yàn)室、采用同一標(biāo)準(zhǔn)和相同樣品檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行評價分析，探討了標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性限、再現(xiàn)性限和正確度，檢驗(yàn)了新制定標(biāo)準(zhǔn)方法的適用性和穩(wěn)定性。結(jié)果表明，9家實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)分析達(dá)到預(yù)期驗(yàn)證效果，一致性檢驗(yàn)良好；通過精密度檢驗(yàn)得出重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差方程（Srj=0.00216yˉj+0.50783）和再現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)差SR=2.5320；通過正確度評估驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室偏倚在置信水平5%下不顯著，說明新制定標(biāo)準(zhǔn)方法可滿足標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收和發(fā)布的要求。本研究通過對新制定標(biāo)準(zhǔn)外部實(shí)驗(yàn)室檢測實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可以客觀準(zhǔn)確地評價檢驗(yàn)分析方法的適用性和穩(wěn)定性，使標(biāo)準(zhǔn)在驗(yàn)收前查漏補(bǔ)缺，做到進(jìn)一步完善檢測方法。同時，為不同標(biāo)準(zhǔn)研制單位評估標(biāo)準(zhǔn)提供參考借鑒，使標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后可以精確指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室檢測，并使標(biāo)準(zhǔn)得到推廣應(yīng)用。