環(huán)境檢測(cè)領(lǐng)域能力驗(yàn)證樣品的質(zhì)量控制

馬小爽,邢小茹,楊海琳,張 穎,房麗萍

(生態(tài)環(huán)境部環(huán)境發(fā)展中心環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所 國家環(huán)境保護(hù)污染物計(jì)量和標(biāo)準(zhǔn)樣品研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100029)

環(huán)境監(jiān)測(cè)是生態(tài)環(huán)境保護(hù)中的重要環(huán)節(jié),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是環(huán)境監(jiān)測(cè)的“生命線”,能客觀評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況,是實(shí)施生態(tài)環(huán)境管理與決策的基本依據(jù),因此監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量備受關(guān)注。能力驗(yàn)證作為實(shí)驗(yàn)室外部質(zhì)量控制的有效手段,其結(jié)果可作為實(shí)驗(yàn)室提供評(píng)估、證明結(jié)果可靠性的依據(jù)[1],越來越受生態(tài)環(huán)境管理部門、實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量管理部門的重視。根據(jù)能力驗(yàn)證結(jié)果,實(shí)驗(yàn)室可識(shí)別自身與同行機(jī)構(gòu)間的差異,改善內(nèi)部質(zhì)量控制手段,為檢驗(yàn)?zāi)芰Φ某掷m(xù)改進(jìn)和職能部門的質(zhì)量管理提供參考。

為了能夠真實(shí)反映實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)水平,能力驗(yàn)證提供者應(yīng)確保能力驗(yàn)證樣品的質(zhì)量,即不滿意結(jié)果不應(yīng)歸咎于樣品或樣品本身的變異性[2]。能力驗(yàn)證樣品的制備是重點(diǎn)和難點(diǎn),為保證能力驗(yàn)證計(jì)劃結(jié)果的準(zhǔn)確度,提供均勻、穩(wěn)定的測(cè)試樣品是利用實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)進(jìn)行能力驗(yàn)證的基礎(chǔ)和關(guān)鍵[3]?；谏鷳B(tài)環(huán)境檢測(cè)領(lǐng)域能力驗(yàn)證工作中多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),本工作總結(jié)了能力驗(yàn)證樣品制備、檢測(cè)方法選擇以及均勻性、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制要求以及影響因素,以期為能力驗(yàn)證提供者和相關(guān)實(shí)驗(yàn)室研究人員提供借鑒。

1 樣品制備

能力驗(yàn)證樣品的質(zhì)量直接影響著檢測(cè)結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確度[4]。根據(jù)制備原料的來源,可將環(huán)境檢測(cè)領(lǐng)域能力驗(yàn)證樣品分為人工合成樣品和天然環(huán)境基體樣品[5]。在進(jìn)行能力驗(yàn)證前,需要對(duì)原料選擇及處理、樣品配制、包裝容器選擇、環(huán)境條件控制等能力驗(yàn)證樣品制備過程中的重要環(huán)節(jié)予以控制。

1.1 原料選擇及處理

液體、氣體能力驗(yàn)證樣品一般選擇純度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的原料,通過稱量、溶解或填充、稀釋的方式進(jìn)行制備,必要時(shí)可添加適量的穩(wěn)定劑。由于各廠家生產(chǎn)的原料略有差異,制備樣品前需采用精密度高和準(zhǔn)確度好的測(cè)定方法核查原料和主要稀釋劑(如水、酸、有機(jī)溶劑、稀釋氣等)中的雜質(zhì),以確定實(shí)際測(cè)定值與理論值是否存在顯著性差異。必要時(shí),還應(yīng)對(duì)原料進(jìn)行純化處理,如干燥、烘干、蒸餾等。

固體能力驗(yàn)證樣品主要包括土壤樣品、沉積物樣品、生物樣品、工業(yè)固廢樣品等,這些樣品的原料一般采集于實(shí)際環(huán)境,樣品應(yīng)具有代表性,并經(jīng)過風(fēng)干或冷凍干燥、研磨、混勻、過篩、縮分、裝瓶、滅菌等制備程序處理后才能制成能力驗(yàn)證樣品。由于這些樣品組分復(fù)雜、分布不均一,必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行均勻性初檢。

1.2 樣品配制

一般選擇常規(guī)檢測(cè)領(lǐng)域中具有代表性的項(xiàng)目,依據(jù)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、分析方法標(biāo)準(zhǔn)中的濃度水平確定能力驗(yàn)證樣品特性量的濃度水平范圍[6]。若原料溫度與周圍環(huán)境溫度存在差異,應(yīng)先進(jìn)行恒溫處理。制備混合樣品時(shí),還應(yīng)考慮被測(cè)組分之間的相互干擾以及同分異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象,以避免樣品本身引起的差異。在稱量、分裝時(shí)應(yīng)注意樣品中揮發(fā)性有機(jī)化合物的揮發(fā)損失,以避免瓶間樣品出現(xiàn)差異。樣品制備完成后,應(yīng)置于規(guī)定溫度的環(huán)境中保存。

1.3 包裝容器選擇

應(yīng)根據(jù)能力驗(yàn)證樣品特性量的性質(zhì)選擇合適的包裝容器。包裝容器要與樣品有良好的相容性,不會(huì)引入影響檢測(cè)結(jié)果的浸出物,不會(huì)與待測(cè)物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)或吸附。同時(shí),包裝容器還應(yīng)為樣品提供保護(hù),以避免樣品受到外界因素(如光、熱、濕度等)的影響。

水質(zhì)樣品一般選擇玻璃安瓿瓶或聚乙烯塑料瓶,土壤樣品一般選擇棕色玻璃瓶,氣體樣品一般根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目的不同采用涂層或非涂層氣瓶。玻璃安瓿瓶不可用于制備能溶出硅、鈉、硼等元素的能力驗(yàn)證樣品。

1.4 環(huán)境條件控制

需要對(duì)能力驗(yàn)證樣品制備場(chǎng)所的環(huán)境條件進(jìn)行控制,必要時(shí)可制定工作程序。對(duì)能力驗(yàn)證樣品檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度或者有效性有顯著影響的設(shè)備(如天平、玻璃量器等),使用前應(yīng)進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)。制備過程中,相關(guān)人員應(yīng)監(jiān)測(cè)、控制和記錄環(huán)境條件,保證樣品制備過程環(huán)境條件有源可查。

2 檢測(cè)方法選擇

能力驗(yàn)證樣品的檢測(cè)方法應(yīng)滿足能力驗(yàn)證預(yù)期用途或應(yīng)用領(lǐng)域需要。應(yīng)根據(jù)樣品特性量及其濃度水平,識(shí)別、選擇和確定適宜的檢測(cè)方法。作業(yè)指導(dǎo)書明確規(guī)定檢測(cè)方法的,應(yīng)按照規(guī)定的檢測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè);未限定檢測(cè)方法的,應(yīng)優(yōu)先選用國際、國家或行業(yè)頒布的標(biāo)準(zhǔn)方法、規(guī)程和規(guī)范,知名技術(shù)組織或有關(guān)科學(xué)書籍和期刊公開發(fā)布和發(fā)表的方法,或由設(shè)備制造商指定的方法[7]進(jìn)行檢驗(yàn),原則上不使用非標(biāo)準(zhǔn)方法。

能力驗(yàn)證提供者應(yīng)對(duì)使用的檢測(cè)方法實(shí)施有效的控制與管理,及時(shí)跟進(jìn)并采用最新版本的標(biāo)準(zhǔn)方法,使用已經(jīng)檢定或校準(zhǔn)過的儀器設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)。同時(shí),還應(yīng)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn),明確方法準(zhǔn)確度和可靠性的特性指標(biāo),如精密度、線性范圍和檢出限等。

3 均勻性評(píng)價(jià)

均勻性檢驗(yàn)是能力驗(yàn)證樣品質(zhì)量控制的有力保證。通過均勻性檢驗(yàn)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)樣品中存在的問題和查找樣品制備過程中可能引起結(jié)果差異的環(huán)節(jié),以避免樣品差異造成的影響。

3.1 抽樣

在能力驗(yàn)證樣品制備完成后,需抽取一定量樣品進(jìn)行均勻性檢驗(yàn)。抽樣方法包括隨機(jī)抽樣和按一定規(guī)律抽樣,其中隨機(jī)抽樣包括分層隨機(jī)抽樣和系統(tǒng)隨機(jī)抽樣。一般采用分層隨機(jī)抽樣方法,在樣品分裝前、中、后期隨機(jī)抽樣進(jìn)行均勻性檢驗(yàn)。必要時(shí),也可以在特性量可能出現(xiàn)差異的部位按一定規(guī)律抽取相應(yīng)數(shù)量的樣品。抽檢樣品數(shù)取決于能力驗(yàn)證樣品的總數(shù)以及對(duì)該樣品均勻性的了解程度。一般情況下,隨機(jī)抽取10個(gè)樣品;當(dāng)樣品總數(shù)較大(大于1 000個(gè))時(shí),抽檢樣品數(shù)應(yīng)不少于個(gè)(N為樣品總數(shù))。

3.2 檢驗(yàn)方法

影響均勻性的因素主要為待測(cè)物質(zhì)的混勻程度以及在罐裝過程中因樣品揮發(fā)等引起的樣品間不均勻性,包含瓶間和瓶?jī)?nèi)均勻性。采用單件方法制備的能力驗(yàn)證樣品,均勻性主要指其瓶?jī)?nèi)均勻性。

液體樣品一般進(jìn)行瓶間均勻性檢驗(yàn),氣體樣品一般進(jìn)行瓶?jī)?nèi)均勻性檢驗(yàn)(壓力穩(wěn)定性檢驗(yàn)),固體樣品不僅需要進(jìn)行瓶間均勻性檢驗(yàn),還應(yīng)進(jìn)行瓶?jī)?nèi)均勻性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)過程中,樣品的取樣量不應(yīng)大于能力驗(yàn)證計(jì)劃預(yù)定檢測(cè)方法的取樣量,重復(fù)檢驗(yàn)次數(shù)應(yīng)不少于2 次。當(dāng)檢測(cè)樣品有多個(gè)待測(cè)特性量時(shí),可從中選擇有代表性和對(duì)均勻性較敏感的特性量進(jìn)行均勻性檢驗(yàn)。

能力驗(yàn)證樣品均勻性檢驗(yàn)常采用單因子方差分析和SS≤0.3σ(SS為樣品間不均勻性標(biāo)準(zhǔn)偏差,σ為能力驗(yàn)證計(jì)劃中能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)偏差的目標(biāo)值)準(zhǔn)則。單因子方差分析涉及的計(jì)算公式包含樣品間平方和(SS1)公式[公式(1)]、樣品內(nèi)平方和(SS2)公式[公式(2)]、樣品間均方(MS1)公式[公式(3)]、樣品內(nèi)均方(MS2)公式[公式(4)]和F統(tǒng)計(jì)量公式[公式(5)]等。

式中:m為抽檢樣品數(shù);n i為第i個(gè)抽檢樣品的檢驗(yàn)次數(shù)；為第i個(gè)抽檢樣品的測(cè)定平均值；為全部樣品測(cè)定平均值;x ij為第i個(gè)抽檢樣品第j次測(cè)定值;f1,f2分別為樣品間和樣品內(nèi)的自由度。

若F小于顯著性水平為α?xí)r的Fα(f1,f2),說明樣品內(nèi)和樣品間測(cè)定值無顯著性差異,樣品是均勻的,否則樣品不均勻。

SS≤0.3σ準(zhǔn)則涉及的計(jì)算公式如下:

式中:n為檢驗(yàn)次數(shù)。

若SS≤0.3σ,則認(rèn)為能力驗(yàn)證樣品是均勻的。

4 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

穩(wěn)定性是指待測(cè)物質(zhì)在規(guī)定的貯存條件、使用條件和時(shí)間間隔內(nèi),其特性量值、結(jié)構(gòu)或組分保持在規(guī)定范圍之內(nèi)的能力[8]。需對(duì)能力驗(yàn)證樣品進(jìn)行定期的穩(wěn)定性檢驗(yàn),尤其對(duì)于某些性質(zhì)較不穩(wěn)定的檢測(cè)樣品,運(yùn)輸或保存時(shí)間等均可能對(duì)特性量產(chǎn)生影響。根據(jù)CNAS-GL003:2018《能力驗(yàn)證樣品均勻性和穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指南》,選擇有代表性的指標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定性檢驗(yàn),統(tǒng)計(jì)方法有t檢驗(yàn)法、（為均勻性檢驗(yàn)時(shí)全部樣品的平均值；為穩(wěn)定性檢驗(yàn)時(shí)抽檢樣品的測(cè)定平均值)準(zhǔn)則法等,能力驗(yàn)證提供者可根據(jù)樣品的性質(zhì)和工作要求選用合適的方法。

t檢驗(yàn)法通常用于比較一個(gè)平均值與認(rèn)定值/參考值間[公式(7)]或兩個(gè)平均值間[公式(8)]是否存在顯著性差異。

若t＜tα(n－1),則平均值與認(rèn)定值/參考值間無顯著性差異,說明樣品穩(wěn)定。

若t＜tα(n1＋n2－2),則兩個(gè)平均值之間無顯著性差異,說明樣品穩(wěn)定。準(zhǔn)則 涉及的 計(jì)算公式 見公式(9)。

5 結(jié)語與展望

能力驗(yàn)證樣品的質(zhì)量是能力驗(yàn)證計(jì)劃實(shí)施的關(guān)鍵,對(duì)提升檢測(cè)能力、規(guī)范檢測(cè)程序、提高檢測(cè)人員水平具有積極的促進(jìn)作用?！笆奈濉币?guī)劃對(duì)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度提出了更高要求,生態(tài)環(huán)境管理部門應(yīng)采取更嚴(yán)格的質(zhì)控手段,加強(qiáng)監(jiān)督管理,持續(xù)保持和提升監(jiān)測(cè)能力,確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的全面、準(zhǔn)確、客觀、真實(shí)。作為能力驗(yàn)證提供者,應(yīng)持續(xù)重視能力驗(yàn)證樣品的質(zhì)量,加強(qiáng)樣品制備、檢測(cè)方法、均勻性及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制,規(guī)范樣品制備流程,采取科學(xué)有效的預(yù)防和保障措施,建立滿足其預(yù)期用途的控制程序,使過程更加簡(jiǎn)單、可行,數(shù)據(jù)更加可靠、準(zhǔn)確。同時(shí),積極探索、研究復(fù)雜環(huán)境基體、新型污染物等能力驗(yàn)證樣品制備技術(shù),保障不同領(lǐng)域、不同層級(jí)能力驗(yàn)證計(jì)劃的實(shí)施,為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和溯源性提供更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)支撐。