淺析環(huán)境監(jiān)測實驗室內(nèi)加標回收和質(zhì)控樣的適用情況

張 聰，周 翊，羅錠宏，李自紅

（云南省生態(tài)環(huán)境廳駐普洱市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，云南 普洱 665000）

1 加標回收的用途

加標回收率的結(jié)果反映了檢測項目測定值的準確度。加標回收率在日常的實驗室質(zhì)量控制中起著重要的作用，利用平行加標樣既可以判定其精密度，又可以判定其準確度。

1.1 空白加標回收

在無目標物質(zhì)的空白樣品基質(zhì)中加入定量的標準物質(zhì)，按樣品的處理步驟分析，得到的結(jié)果與理論值的比值即為空白加標回收率[1]。測得結(jié)果為濃度值得，直接用測定值比加標濃度，乘以100%可得空白加標回收率。

1.2 樣品加標回收

實驗步驟為，取兩份同樣的試管或者樣品管加入相同體積的樣品，分別編號為1-1，1-2，其中1-1中加入少量高濃度的待測成分標準物質(zhì)，1-2中不加標準位置，接著按相同的前處理及分析步驟分析。1-1測得結(jié)果減去1-2測得的結(jié)果之差除以加入量，用百分率表示即為樣品加標回收。

加標回收率的測定，是實驗室內(nèi)經(jīng)常用以自控的一種質(zhì)量控制技術(shù)，對于它的計算方法，給定了一個理論公式：

2 現(xiàn)有公式的運用和缺點

2.1 現(xiàn)有公式的運用

根據(jù)原理：“在測定樣品的同時，在同一樣品的平行樣中加入一定量的標準物質(zhì)進行測定，將其測定結(jié)果扣除樣品的測定值，以計算回收率?！痹谖覀冞\用公式時需要注意兩點：（1）兩份樣品的取樣體積、取樣試管規(guī)格必須一致；（2）兩者的分析步驟必須相同；

2.2 理論公式使用的約束條件

由經(jīng)驗得出：加標物的濃度宜較高，加標物的體積應很小，最好小于原始試樣體積的1%。加標后的總物質(zhì)含量應小于超過方法的檢出限4倍左右；

2.3 公式的缺點

公式為：

分子測定值一般為濃度單位，分母加標量一般是質(zhì)量單位，計算時需換算統(tǒng)一。通常分光光度法測定的項目如氨氮、總磷、總氮、硝酸鹽氮等加標時，公式中分子的測定值需將濃度換算成質(zhì)量單位，同分子一致。

3 測定回收率的注意事項

3.1 加標物質(zhì)的樣品均勻程度應和目標待測物相同

加標量應盡量與樣品中待測物含量相等或相近，并應注意對樣品容積的影響；當樣品中待測物含量接近方法檢出限時，加標量應控制在校準曲線的低濃度范圍。

3.2 影響加標回收率的因素

3.2.1 分析方法及實驗條件

有的項目由于分析方法有局限，而造成加標回收率值較低；由于實驗條件（裝置、儀器等）差異較大、穩(wěn)定性較差的，對加標回收值的影響也較大，例如：水中硫化物的測定，硫化物的分析方法為“HJ 1226-2021水質(zhì) 硫化物的測定 亞甲基藍分光光度法”[2]。實驗前需采樣固定，固定劑為乙酸鋅溶液、氫氧化鈉溶液及抗氧劑溶液；實驗中需“酸化-吹氣-吸收”。影響加標回收的因素較多，因此該方法的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制中要求加標回收率在60%～120%即可。

3.2.2 樣品中的濃度高低

以環(huán)境監(jiān)測為例，低濃度區(qū)的項目本底值為ppb級甚至更低，加標量過少會影響加標回收率計算值；加標量過高，容易影響待測物質(zhì)的檢測背景。如加標樣中待測物質(zhì)本底偏高，回收率將偏高，反之則偏低。

3.2.3 加標量的水平對結(jié)果的影響

當樣品中待目標檢測項目本底值很低，如加入標準物質(zhì)太少，測得回收率值不太理想。在環(huán)境分析中，由于待測物質(zhì)都是在一定的濃度范圍內(nèi)才具有某個特定的準確度，超出該范圍，可能會產(chǎn)生較大的誤差。加入標準物質(zhì)過多則會改變待測物質(zhì)在加標樣品和樣品中的測定背景；如在做土壤中重金屬時，在采用無機酸消解樣品時，過多加入水溶液后則使樣品中酸濃度太低，會影響測定結(jié)果。

3.2.4 水質(zhì)檢測中加標回收的建議

若有些檢測指標的濃度在微量甚至痕量的范圍，以及清潔地表水中未檢出的指標，如六價鉻、氰化物和揮發(fā)酚等，若用標準樣品進行加標回收，會有數(shù)量級的差異，出現(xiàn)加標回收率偏差較大的情況。

4 質(zhì)控樣

4.1 含義

質(zhì)控樣，通常也叫已知樣。一般是實驗室用來檢驗曲線做的是否標準用的，他是一個已知濃度的樣品且濃度有正負誤差。

4.2 作用

質(zhì)控樣在檢測活動中具有重要的作用。質(zhì)控樣起到了監(jiān)視著整個檢測過程的質(zhì)量的作用，也為我們找尋和分析質(zhì)量問題提供線索和依據(jù)。

質(zhì)控樣的種類主要有三種：空白樣、標準溶液（物質(zhì)）、重復樣。

4.2.1 空白樣

空白樣一般要求做兩個。空白樣品可以檢驗整個樣品處理過程是否受到污染。

4.2.2 標準物質(zhì)所謂標準物質(zhì)，是根據(jù)標準物的精準度及其所確定的某種物理或化學的特性值，或是某一時間跨度后的組分含量值，并且在其樣本的組成和特性上接近于環(huán)境樣本的一種物質(zhì)[3]。

4.2.3 重復樣

也就是我們通常所說的平行樣，前處理步驟相同。

5 存在的問題

目前分光光度法大多使用已知濃度的質(zhì)控樣做樣品的質(zhì)量控制實驗。對于一般樣品，使用加標回收率更能有效地達到質(zhì)控要求。已知濃度的質(zhì)控樣若不和樣品的濃度在一個數(shù)量級，那么樣品的濃度和質(zhì)控樣的濃度之間沒有必然的聯(lián)系和正相關(guān)，無法在質(zhì)控樣準確的情況下去判斷樣品濃度的準確度。

6 解決辦法

6.1 根據(jù)具體項目辨析使用相應的內(nèi)部質(zhì)控方式

為更好地解決上述問題，需根據(jù)具體項目辨析使用相應的內(nèi)部質(zhì)控方式。

6.2 加入外部質(zhì)量控制手段

為進一步保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，需加入外部質(zhì)量控制手段。如實驗室間比對和能力驗證。

6.3 繪制質(zhì)量控制圖

6.3.1 準確度的質(zhì)量控制圖

根據(jù)項目的不同，可以繪制加標回收率質(zhì)控圖和質(zhì)控樣（標準已知樣）質(zhì)控圖。在常規(guī)監(jiān)測中有的監(jiān)測項目分析條件較難控制，測得加標回收率結(jié)果波動范圍較大且實驗室間的測定結(jié)果相差也較大，難以判斷加標回收率的測定結(jié)果水平[4]；對于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測樣品中本底值較為復雜的樣品如廢水，樣品的濃度較高，同時還存在干擾物。僅用標準質(zhì)控樣無法全面反映水樣項目的干擾物質(zhì)，由于廢水的濃度和質(zhì)控樣的濃度往往有數(shù)量級的偏差，較難用質(zhì)控樣去同比類比。這種情況下可用加標回收率控制圖來分析準確度。

休哈特質(zhì)量控制圖是實驗室常用的質(zhì)量控制方法，可以根據(jù)多次測量的結(jié)果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異常情況，從而根據(jù)判定結(jié)果溯源查找產(chǎn)生偏差的原因。根據(jù)分析人員重復測定同一保證值標準樣品的濃度數(shù)據(jù)，繪制質(zhì)量控制圖，既可以比較不同分析人員的技術(shù)水平，也可以對同一斷面不同時期項目數(shù)據(jù)進行預測預報，分析變化趨勢[5]。

6.3.2 繪制加標回收率控制圖

在沒有已知濃度的標準樣品的情況下，可用加標回收率作準確度控制圖。

通常，實驗人員需對同一濃度或者相近濃度的質(zhì)控樣或者水樣分析至少20個數(shù)據(jù)，計算每次的加標回收率。則按公式（1），公式（2）分別計算：平均回收率和多次回收率的標準偏差：

再按照平均值加1倍到3倍的數(shù)值，求出上、下輔助限，上、下警告限，上、下控制限:

上控制限UCL=P+3Sp；下控制限ICL=P-3Sp；

上警告限UWL=P+2Sp；下警告限LWL=P-2Sp；

上輔助限UAL=P+Sp；下輔助限LAL=P-Sp.

由于不同項目的本底值不同，對于本底值不同類型的樣品，可以根據(jù)樣品濃度的不同繪制相應濃度的加標回收率曲線，從而實現(xiàn)更精準的質(zhì)量控制。

6.3.3 三氯甲烷加標回收率實例分析

本文加標回收率控制圖以2021～2022年的水中有機物三氯甲烷檢測數(shù)據(jù)分析為例，使用均數(shù)控制圖法繪制質(zhì)控圖。

水質(zhì)種的三氯甲烷項目的檢出限為0.4 ug/L，為超痕量級分析項目，三氯甲烷在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，一般要求加標回收率在80.0%～120%.統(tǒng)計顯示近20次質(zhì)量控制的結(jié)果均在該范圍內(nèi)，符合質(zhì)量控制要求。

計算：平均加標回收率P=101.8%；

加標回收率標準偏差：Sp=7.58；

三氯甲烷加標回收率質(zhì)控圖見圖1.

圖1 三氯甲烷加標回收質(zhì)控圖

經(jīng)質(zhì)控圖檢驗，三氯甲烷20次測定，均在上警告線和下警告線之間

從圖1分析得知，沒有連續(xù)7個點在同一側(cè)，屬于數(shù)據(jù)有效可控，質(zhì)量自控手段有效。

6.3.4 總磷質(zhì)控樣加標回收實例分析

在水質(zhì)監(jiān)測實驗中，總磷作為關(guān)鍵項目，分析過程中不僅要求做質(zhì)量加標回收，同時需結(jié)合質(zhì)控樣樣品進行驗證。兩種不同的自控手段同時檢測，可以達到實驗室自控要求。

本文加標回收率控制圖以2021～2022年的水中有機物三氯甲烷檢測數(shù)據(jù)分析為例，統(tǒng)計分析加標回收率。

水中總磷項目的檢出限為0.01 mg/L，作為痕量分析級別檢測項目。三氯甲烷在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，一般要求加標回收率在95.0%～105%.統(tǒng)計顯示近20次質(zhì)量控制的結(jié)果均在該范圍內(nèi)，符合質(zhì)量控制要求，要進一步了解控制的效果和數(shù)據(jù)波動，運用20次的結(jié)果，使用均數(shù)控制圖法繪制質(zhì)控圖（見圖2）。

圖2 總磷加標回收質(zhì)控圖

計算：平均加標回收率P=99.8%；

加標回收率標準偏差：Sp=6.14；

總磷做加標回收的同時進行質(zhì)控樣標準驗證。采用生態(tài)環(huán)境部標準樣品研究所總磷標準物質(zhì)編號“203976”，質(zhì)控樣濃度范圍為：“1.02±0.05”，測得20次的值均在質(zhì)控樣濃度范圍要求內(nèi)。

通過圖2、圖3均可以看到，總磷同時通過質(zhì)控樣檢驗和加標回收的實驗，均可以保證數(shù)據(jù)在上控制線和下控制線之間。其中加標回收率的20次結(jié)果均在上警告線和下警告線之間，數(shù)據(jù)波動范圍較小，質(zhì)控圖數(shù)據(jù)在上控制線和下控制線之間，數(shù)據(jù)波動較大。

圖3 總磷質(zhì)控樣質(zhì)量控制圖

6.3.5 質(zhì)量控制圖的判斷

通過質(zhì)控圖進行質(zhì)量的判斷，當分析質(zhì)控圖上的樣本點的排列沒有出現(xiàn)異常的情況時，就可以認為這個過程是處于統(tǒng)計控制狀態(tài)。反之，可認為過程失控。就統(tǒng)計而言只要是小概率事件都能判定為異常，也就是說質(zhì)控圖中出現(xiàn)了以下的現(xiàn)象時判定為異常，即統(tǒng)計失控。

6.3.6 加標回收率數(shù)據(jù)來源的注意事項

加標回收率質(zhì)控圖的數(shù)據(jù)不能選擇單次樣品多個數(shù)據(jù)的平均值，需在不同日期有間隔的時間段進行實驗分析，將每次測得的結(jié)果記錄統(tǒng)計繪制成圖，質(zhì)量控制圖才能反映出一定的代表性和適用性。受氣壓和氣溫影響，試劑和實驗環(huán)境會發(fā)生變化，所以根據(jù)實驗室情況，需經(jīng)常更新質(zhì)量控制圖。

7 結(jié)語

加標回收率會受到儀器、操作誤差等影響，與分析樣品損失過程的誤差過程中會有所抵消，這是加標回收不能被直觀反映的地方。

加標回收率與樣品濃度水平關(guān)系不呈現(xiàn)正相關(guān)，在較低濃度的區(qū)間加標回收率受樣品中本底值的影響較大。在環(huán)境監(jiān)測中對分析條件較難控制的項目及基體較為復雜需前處理的項目，可優(yōu)先選用加標回收率的自控手段。質(zhì)控樣須選用與水樣濃度相近的濃度，并且基體不復雜的水樣具有更好的參考作用。對于水中未檢出的指標，繪制質(zhì)控樣質(zhì)控圖是較好的質(zhì)控手段。

檢測人員可根據(jù)分析的項目及實驗室經(jīng)驗，靈活地選用質(zhì)控自控手段，可結(jié)合繪制加標回收率質(zhì)控圖、質(zhì)控樣質(zhì)控圖等多種途經(jīng)和方法，避免過度依賴標準樣品的準確性來提高準確度。