原子熒光光度法測(cè)定水中砷的精密度偏性試驗(yàn)研究與探討

儲(chǔ) 媚

（溫州市水文管理中心，浙江 溫州 325009）

1 問題的提出

砷是一種廣泛分布于自然界的非金屬元素。天然水中砷化合物主要以無機(jī)砷（As3+，As5+）和微量有機(jī)砷的形態(tài)存在，這些砷化合物主要來源于巖石風(fēng)化，火山活動(dòng)，各種工業(yè)廢物，生活用水以及農(nóng)藥施用等。通常情況下，天然水中砷的質(zhì)量濃度為Mg/L 或更低，它被認(rèn)為是有劇毒的典型的微量物質(zhì)，同時(shí)也是水質(zhì)檢驗(yàn)領(lǐng)域中非常關(guān)鍵的分析指標(biāo)，用以評(píng)價(jià)水的質(zhì)量。目前，其分析主要采用原子熒光光度分析方法，相較于其他方法，具有適用性好、自動(dòng)化水平與重現(xiàn)度較高、精準(zhǔn)度及靈敏性好、樣品的使用量不大、便于操作等優(yōu)點(diǎn)。

近年來，主要通過精密度偏性（即AQC）試驗(yàn)對(duì)分析方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，具有良好的效果，被應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域當(dāng)中，有時(shí)用來對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作人員專業(yè)素養(yǎng)與能力的評(píng)判。通過試驗(yàn)對(duì)分析方法的誤差進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，從中找出誤差產(chǎn)生的原因，并采取措施將誤差控制在允許范圍內(nèi)，從而為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部質(zhì)量控制和管理提供科學(xué)依據(jù)[1]。

本文的精密度試驗(yàn)選取一定濃度水平的10 批次樣品，采用隨機(jī)方式進(jìn)行分析檢測(cè)，每次檢測(cè)2份，并進(jìn)行5 d 不間斷檢測(cè)分析，實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算其批內(nèi)變異和批間變異，并進(jìn)行變異顯著性檢驗(yàn)，以全面分析數(shù)據(jù)質(zhì)量和誤差來源。進(jìn)行偏性試驗(yàn)時(shí)，在樣品加標(biāo)試驗(yàn)基礎(chǔ)上求相應(yīng)的回收率，進(jìn)行系統(tǒng)誤差檢驗(yàn)，同時(shí)和期望值進(jìn)行對(duì)比分析，以評(píng)估方法的準(zhǔn)確性。

2 精密度偏性基礎(chǔ)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用AFS-9560 雙道原子熒光光度計(jì)、試管、移液管、容量瓶及砷空心陰極燈等設(shè)備。

2.2 試驗(yàn)試劑

試驗(yàn)試劑包括高純（99.99%以上）氬氣，質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%的硫脲-抗壞血酸，還原劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.0%的鹽酸溶液，載流劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%的硼氫化鉀+0.5%的氫氧化鈉混合液，以及質(zhì)量濃度10 μg/L 的砷標(biāo)準(zhǔn)溶液等[2]。

2.3 試驗(yàn)過程及結(jié)果

用實(shí)驗(yàn)室自配的標(biāo)準(zhǔn)溶液取0.1C、0.9C樣品（C為標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定上限）、標(biāo)準(zhǔn)樣品、天然水樣（珊溪水庫天然水）、加標(biāo)天然水樣（天然水樣中加入一定量的砷），采用隨機(jī)方式進(jìn)行分析檢測(cè)，每次檢測(cè)2 份，并進(jìn)行5 d 不間斷檢測(cè)分析，試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果見表1。

表1 精密度偏性試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果表 μg/L

3 質(zhì)量控制基礎(chǔ)試驗(yàn)

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制及線性檢驗(yàn)

選取不低于6 個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（見表2），以吸光度為縱坐標(biāo)，質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線并計(jì)算參數(shù)：

表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定結(jié)果表

（1）對(duì)于相關(guān)系數(shù)，應(yīng)滿足r≥0.999 0，如不滿足，應(yīng)將影響因素排除，再進(jìn)行測(cè)試分析。

（2）對(duì)回歸方程y=a+bx中截距a進(jìn)行t 檢驗(yàn)。要求截距與零無顯著性差異，若存在明顯差異，需分析原因，并重新進(jìn)行測(cè)定。

通過計(jì)算可得，線性回歸方程y=312.2x-17.73，標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)r=0.999 9，結(jié)果表明，回歸方程具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)滿足r≥0.999 0 要求，截距檢驗(yàn)合格，截距與零無顯著性差異[3]。

3.2 空白試驗(yàn)

通過相應(yīng)的分析方法進(jìn)行純水的空白檢測(cè)分析，其檢測(cè)限與標(biāo)準(zhǔn)方法所得到的數(shù)據(jù)應(yīng)接近，若超過較多則不達(dá)標(biāo)，應(yīng)分析原因，再進(jìn)行檢測(cè)。通過試驗(yàn)可明確環(huán)境條件及試劑中存在的雜質(zhì)等因素帶來的影響，并將試劑本底值扣除，進(jìn)行檢出限（即MLD）分析。在特定的置信水平下為95%，所分析的樣品測(cè)定值和零濃度樣品測(cè)定值存在顯著不同，則該測(cè)定值即為檢出限。

空白批內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)偏差Swb的計(jì)算公式為 ：

式（1）中：x為每批中單個(gè)測(cè)定值（μg/L）；X為每批測(cè)定值總和（μg/L）；m為批數(shù)；n為每批測(cè)定次數(shù)[4]。此次空白試驗(yàn)總共6 批次，每批次做2 次，即m=6，n=2，計(jì)算得Swb為0.006 46。

檢出限MDL的計(jì)算公式為：

式（2）適用于空白測(cè)定次數(shù)小于20 次，f（批內(nèi)自由度）=m（n-1）；m為批數(shù)；n為每批測(cè)定次數(shù)；tf為顯著水平0.05、自由度為f時(shí)的t值。當(dāng)m=6，n=2 時(shí)，查t 表知tf=1.943[5]。經(jīng)計(jì)算，實(shí)驗(yàn)室檢出限為0.035 5 μg/L，滿足SL 327.1—2005《水質(zhì)砷的測(cè)定原子熒光光度法》中0.200 0 μg/L 的要求。

3.3 批內(nèi)、批間變異分析

批內(nèi)變異及批間變異主要用于數(shù)據(jù)變異顯著性的分析判斷。其中，批內(nèi)變異是指在同一批進(jìn)行的檢測(cè)過程當(dāng)中所得數(shù)據(jù)之間存在的差異性，其主要原因是操作過程中的隨機(jī)性誤差所致，批間變異是指不同批次進(jìn)行檢測(cè)分析時(shí)所得數(shù)據(jù)之間存在的差異，其影響因素包括樣品、實(shí)驗(yàn)人員和環(huán)境條件所存在的不穩(wěn)定性導(dǎo)致[6]。

批內(nèi)變異、批間變異計(jì)算公式分別為：

批內(nèi)變異：

批間變異：

顯著性檢驗(yàn)：

進(jìn)行F值的計(jì)算，具體為：，若F＜F0.05，可評(píng)價(jià)變異“不顯著”；若F＞F0.01，可評(píng)價(jià)變異“顯著”；若F0.05＜F＜F0.01，可評(píng)價(jià)為變異顯著性證據(jù)不足，應(yīng)進(jìn)一步找原因。

批內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差：

批間標(biāo)準(zhǔn)差：

總標(biāo)準(zhǔn)差：

總標(biāo)準(zhǔn)差St小于被測(cè)質(zhì)量濃度的5%時(shí)，總標(biāo)準(zhǔn)差檢驗(yàn)合格。當(dāng)5%質(zhì)量濃度值低于方法給定的檢出限時(shí)，即用方法檢出限作為衡量標(biāo)準(zhǔn)[7]。精密度偏性檢驗(yàn)成果見表3[8]。

表3 精密度偏性檢驗(yàn)成果匯總表

本次試驗(yàn)結(jié)果表明，各種溶液變異結(jié)果均為不顯著。

變異顯著性檢驗(yàn)中臨界值由F 表查得：

當(dāng)m=10；n=2 時(shí)，自由度為f間=m-1=9；f內(nèi)=m(n-1)=10

F0.05(9，10)=3.02；F0.01(9，10)=4.95

3.4 準(zhǔn)確度分析

偏性試驗(yàn)是準(zhǔn)確度分析的重要手段，當(dāng)樣品中存在某種干擾物質(zhì)，產(chǎn)生的干擾作用可能影響測(cè)定的靈敏度，用分析標(biāo)準(zhǔn)溶液回收率的方法不能反映此類干擾的影響，此類誤差只能通過在樣品中加入標(biāo)準(zhǔn)溶液并測(cè)定其回收率才能判斷[9]。

由加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果可知，5 批次共20 個(gè)試驗(yàn)樣品的加標(biāo)回收率P為86.00%～106.00%，平均加標(biāo)回收率為93.05%（見表4），滿足SL 219—2013《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》[4]的要求，因此偏性檢驗(yàn)結(jié)果為合格，說明實(shí)驗(yàn)室測(cè)定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度可靠。

表4 水樣加標(biāo)回收率結(jié)果分析表 %

3.5 質(zhì)量控制圖

在進(jìn)行質(zhì)量控制過程中，應(yīng)合理限制分析誤差，使之處于特定的范圍之內(nèi)，質(zhì)量控制是誤差控制的重要手段。質(zhì)量控制圖繪制及分析研究方法為：

（1）控制水樣的制備

配制一定濃度的儲(chǔ)備溶液，用純水稀釋備用。

（2）分析質(zhì)量控制水樣要求

采用相同的樣品和方法，每天進(jìn)行2 份平行分析工作，最終得到共計(jì)30 個(gè)數(shù)據(jù)（見表5），其中每天所得數(shù)據(jù)的相對(duì)偏差應(yīng)在所要求值的2 倍以下，如不滿足要求，需重新進(jìn)行測(cè)定。

（3）控制圖的繪制及判斷

①上輔助限與下輔助限間的點(diǎn)數(shù)必須在總點(diǎn)數(shù)的68.0%以下，若發(fā)現(xiàn)所落入的點(diǎn)未能達(dá)到50.0%，則說明其分布不合理，需要補(bǔ)充數(shù)據(jù)，確保其分布合理；

②如果發(fā)現(xiàn)在中心線的同側(cè)上存在連續(xù)7 個(gè)點(diǎn)，則說明數(shù)據(jù)存在異?，F(xiàn)象，需要進(jìn)行排除；

③如果發(fā)現(xiàn)存在連續(xù)7 個(gè)點(diǎn)逐漸降低或逐漸提高的現(xiàn)象，則說明存在失控的問題，需要進(jìn)行排除；

④如果發(fā)現(xiàn)連續(xù)3 個(gè)點(diǎn)中存在2 個(gè)點(diǎn)和控制限接近，則說明數(shù)據(jù)存在質(zhì)量異常的現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)當(dāng)停止測(cè)試并且分析其中的影響因素；

⑤如果發(fā)現(xiàn)所超出控制限的屬于離群值，則需剔除。再進(jìn)行重新的測(cè)試以獲得30 個(gè)新的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)值的計(jì)算以及控制圖繪制[10]。

表5 標(biāo)準(zhǔn)樣品試驗(yàn)成果表

圖1 質(zhì)量控制圖

由圖1 可知，所有點(diǎn)都滿足控制圖判斷的條件。即實(shí)驗(yàn)室環(huán)境不存在對(duì)分析準(zhǔn)確性有顯著影響的因素，所采用方法的隨機(jī)誤差處于合理區(qū)間，無明顯系統(tǒng)誤差，該質(zhì)量控制圖滿足要求。

4 結(jié)語

通過對(duì)水中砷的精密度偏性試驗(yàn)，包括空白批內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)偏差Swb、檢出限MDL、回收率P%等各數(shù)據(jù)指標(biāo)的計(jì)算，分析原子熒光光度法在實(shí)驗(yàn)室的精密度和準(zhǔn)確度。對(duì)樣品開展變異顯著性檢驗(yàn)，主要包括標(biāo)準(zhǔn)樣品、加標(biāo)天然水樣、天然水樣、0.9C溶液樣品以及0.1C溶液樣品等，進(jìn)行總標(biāo)準(zhǔn)差檢驗(yàn)，結(jié)果均合格，5 批次的20 個(gè)樣品加標(biāo)回收率合格，而且質(zhì)量控制圖分布合理，最低檢出限為0.035 5 μg/L，滿足小于SL 327.1—2005《水質(zhì)砷的測(cè)定原子熒光光度法》的0.200 0 μg/L 檢出限要求。使用的分析設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件達(dá)到要求。