主题：【分享】ICPMS中的检出限

    检出限是能以适当的置信水平 ( confidence level) 被检出的最小测量值 ( XL ) 所对应的分析物浓度 ( CL ) 。
    IUPAC 建议最小测量值 XL由下式确定:

        式中, Xbl是空白测量的平均值; Sbl为其标准偏差; k 是对应于所希望达到的置信水平而选用的因子。
      与此相对应的可检出的最小浓度或量, 即检出限可直接由分析校准曲线得到。因在校准曲线线性范围内, 灵敏度 S 是个常数, 故检出限可表示为:

      所以, 检出限即指净测量值 ( 即扣除空白的测量值) 等于空白测量标准偏差 3 倍时所对应的分析物浓度。
      从理论上讲, Xbl和 kSbl值通常是不确定的, 必须通过足够多次的实验测量来实现 ( 一般取 7 次或 10 次。当 n = 7 时, n - 1 自由度的值 t = 3. 14) 。而 k 值越大, 置信水平越高,但所求得的检出限相应增大。一般推荐k = 3, 对于一个严格的单侧高斯正态分布来说, 此时的置信水平为 99. 6 % , 但在低浓度时非高斯分布将较多出现, 将使置信水平降低。实际上, 在检出限附近, 3 Sbl值一般相当于 90% 的置信水平 ( 陈新坤, 1987) 。
      以上是检出限的基本概念。在实际应用中, 检出限通常采用三种表示方法, 即仪器检出限、方法检出限和方法定量限。
1. 仪器检出限 ( Instrument detection limit, IDL)
      ICP - MS 中, 仪器检出限通常是采用纯水溶液连续 10 次测定值的 3 倍标准偏差所相当的分析物浓度 ( 常用 ng /L 表示) 。仪器检出限在比较不同仪器的分析性能时是有用的,但不能代表实际样品分析可测量的最低下限。值得注意的是, 由于背景噪音与数据采集总时间有关, 所以比较不同仪器 ( 或方法) 的检出限时, 应采用相同的采集时间。
2. 方法检出限 ( Method detection limit, MDL)
        尽管在“ICP - MS 手册”中将方法检出限和方法定量限归为同一类。但在实际应用中, 经常把方法检出限和方法定量限区别使用。
      方法检出限应该是指特定分析方法中, 分析物能够被识别和检测的最低浓度。目前方法检出限一般是采用样品全流程空白连续 10 次测定值的 3 倍标准偏差所相当的分析物浓度 ( 常用 ng /L 表示) , 它和仪器检出限的不同之处在于测定溶液不一样, 前者是分析方法流程空白, 而后者是纯溶液的校准空白。对于流程空白值不高的情况来讲, 方法检出限应该和仪器检出限差别不大。
3. 方法定量限 ( Limit of quantitation, LOQ)
      定量限是指特定分析方法中, 分析物能够被识别、检测并报出数据的最低浓度, 也就是说其置信度要比方法检出限更高。10 倍的 SD 已被提议 ( 美国化学协会环境改善委员会, 1980) 作为一个适宜的定量分析下限的估计值, 并被命名为“ 定量限” ( LOQ) 。目前文献中一般是采用实验室全流程试剂空白连续 10 次测定值的 10 倍标准偏差所相当的分析物浓度 ( 计算时考虑其方法稀释因数 DF, 常用 μg( ng) /g 表示) 。在 99% 置信区间内分析物浓度高于零。在此水平下, 测量的理想重现性是 10% 相对标准偏差 ( 1SD) , 但实际测量中一般均介于 15% ～35 % 。
      关于方法检出限和定量限, 有两个问题值得讨论: 一个是用来测定方法检出限的溶液应该是流程空白还是与样品基体接近的空白溶液? 另一个问题是一个空白溶液连续测定
10 次, 还是 10 个不同批次的空白溶液共测定 10 次?
      首先来看第一个问题。在 ICP - MS 中, 方法检出限实际上与样品基体成分有很大的关系。目前这种采用流程空白测定检出限的方法是否合理的确值得商榷。大概每位从事实际检测的 ICP - MS 工作者都可能遇到过这样的问题, 尽管元素的方法检出限很低, 但实际样品测定中, 即使采用 10SD 的方法定量限来衡量, 也往往达不到预期的水准。这是因为流程空白只包含了所用的试剂、器皿以及实验环境等因素, 而样品的基体成分 ( 会产生质谱干扰、基体抑制效应等问题) 这一很重要的部分并未考虑在内。对于基体比较特殊的样品, 比如海水、血液、尿液等, 样品处理流程实际上比较简单 ( 比如简单的稀释即可) , 所以方法流程空白实际上很低, 但样品中的钠、氯等基体离子却对某些分析元素造成严重干扰, 致使实际测定下限远远高于用流程空白测定的方法检出限。比如，Leon-hard等（2002）在采用八级杆碰撞/反应池ICP-MS测定海水样品中痕量多元素时，对超纯水、0.3%NaCl以及10倍稀释的海水（用1%的HNO3酸化）中的检出限进行过比较。有些元素, 比如 U、Pb、Cd、Cr 等, 不同基体以及测定模式对检出限影响并不大, 但对于有些元素的检出限影响极大。比如, 在标准模式中, 超纯水中测定的As 的检出限是10ng /L, 而 0. 3% NaCl 基体中测定的检出限是 190 ng /L;Zn 超纯水中测定的是 25 ng /L,稀释后海水中测定的是 140ng/L;Se 超纯水测定的是 35ng /L, 0. 3 % NaCl 基体和稀释后海水中测定的是 80 ng /L。再比如, 应用 ICP - MS 技术进行中药和食品等动植物样品中多元素同时分析中, Se 用流程空白测定的固体方法检出限是 34ng / g, 但测定茶叶、茶树叶、小麦粉、大米粉、猪肝等标准参考物质时, 凡样品中 Se 含量低于 100 ng /g 时 ( 检出限以上水平) , 测定值与标准值相差特别大。比如, 大米粉标准值为 45 ±8, 测定值为 13. 6;茶树叶标准值为 40 ±6, 测定值为 90. 6。这种情况也证明了样品基体对实际检出限的严重影响。由于存在着这些问题, 在实际分析中, 也有人采用同类基体 ( 比如选择待分析元素含量极低的样品溶液) 或配制接近基体成分的基体溶液 ( 比如用 0. 3 % 的高纯 NaCl 溶液模拟海水基体) 进行方法检出限的测定。
      第二个问题在实际应用中也值得注意。对于样品处理流程比较简单、试剂空白值不高而且比较稳定, 重现性较好的情况下, 用一个空白溶液连续测定 10 次和 10 个空白溶液分别共测定 10 次的检出限结果应该不会有显著性差别。但对于流程长且复杂, 试剂空白和污染情况波动比较大的情况下, 二者就有显著差别。比如, 火试金法或其他一些分离富集方法, 最好采用多份流程空白来测定方法检出限。
      在实际应用中, 还存在这样的问题尽管流程空白溶液测定的背景等效浓度 ( BEC)值很高, 但如果仪器测定的精密度很好, 用上述检出限公式计算得到的检出限就会远远低
于 BEC 值。所以, 也有人采用检出限加 BEC 值作为方法定量限, 其目的是尽可能接近实际检测水平。