三重四级杆气相色谱-质谱联用仪检出限评定方法*

赵迎晨梁晶毛森冯帅博/ .河南省计量科学研究院；.河南省环境监测中心

三重四级杆气相色谱-质谱联用仪检出限评定方法*

赵迎晨1梁晶2毛森1冯帅博1/ 1.河南省计量科学研究院；2.河南省环境监测中心

介绍了一种三重四级杆气相色谱-质谱联用仪检出限的评定方法。建立了检出限的数学计算模型，对检出限的评定方法进行了实验验证。实验结果表明，该方法评定的检出限可以作为评估三重四级杆气相色谱-质谱联用仪灵敏度的性能指标。

气相色谱-质谱联用仪；三重四级杆；检出限； 灵敏度

0　引言

随着食品安全和环境监测领域中涉及的有机物和污染有机物越来越多，国家制订并颁布了许多以质谱仪为检测手段的国家标准或行业标准。对于基质复杂的样品，单四极的气相色谱-质谱联用仪已无法满足实际检测的需要，而三重四级杆气相色谱-质谱联用仪（以下简称GC-MS/MS）具有很高的基质选择性，能够满足在极其复杂的基质中进行低浓度水平定量的要求，逐渐成为复杂基质样品的分析仪器。由于相关标准的滞后，现在还没有一种合适的评定方法对GC-MS/MS的检出限进行有效评价。国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）1997年通过的《分析术语纲要》中规定：“检出限以浓度（或质量）表示，是指由特定的分析步骤能够合理地检测出的最小分析信号xL求得的最低浓度cL（或质量qL）”。“检出”是指定性检出，即判定样品中存在浓度高于空白的待测物质。检出限仅仅是一种定性判断依据，而不是可以定量检出待测物质的浓度。但目前，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）、美国环境保护署（EPA）、国际标准化组织（ISO）等由于各自的实际情况，对检出限并不能给出统一的定义。我国不同的国家标准对检出限的定义也不统一，所以检出限在定义、使用方面存在一定的差异［1-3］。

有研究人员提出，将检出限分为仪器检出限、方法检出限、样品检出限三类［4］。仪器检出限就是仪器能够检测到区别于背景噪声的最小信号，其实是为了考察仪器的灵敏度，对仪器的性能进行比较。方法检出限即某分析方法可检测待测元素的最小浓度或含量。这一参数反映了该方法对于适用类型样品的平均检出限。样品检出限即单个样品的检出限，相对于空白可检测的最小样品含量，定义样品检出限为3倍空白标准偏差。

1　检出限的计算

检出限是一个统计概念。长期以来，不同领域的分析测试人员针对检出限的概念、估算方法及其在各自领域的应用等进行了很多探讨，但在实际应用中还存在许多争议，目前还没有一种为大家普遍接受的计算方法。

1.1IUPAC方法

依据IUPAC定义，该方法属于单浓度校正法，通过考察空白的统计特性来计算检出限。检出限的计算公式如下：

式中：XL——样品的响应信号；

K —— 置信因子，一般取3；

Sb—— 多次测得的空白响应信号的标准偏差；

1.2 EPA方法

EPA方法是美国环境保护署建立的一套检出限计算方法，它定义为能够测量以99%置信度报告的某物质被检出的最低浓度。

式中：t（n-1），1-α）—— 自由度为n-1、置信度为1-α（一般取显著性水平α = 0.01）时t-分布的单边临界值（单边t值），可查有关的单边t-分布表获得，当n = 8、α = 0.01时，t（7，0.99）= 2.998；

RSD —— 多次测得的样品响应信号的相对标准偏差；

m —— 样品的进样量；

n —— 进样次数

1.3信噪比（SNR）方法

信噪比方法多用于色谱分析。信噪比是某一特定样品的分析信号与仪器背景噪声的相对强度。信号是指信号峰到基线的距离，噪声是基线上最大噪声和最小噪声之间的距离。当N≥3S时（N——仪器待检物质信号，S——仪器噪声信号），检出的待测物质浓度被定义为仪器的检出限。

1.4标准曲线方法

此方法直接利用分析方法校正曲线的偏差特性来估算检出限。接近0含量的目标分析物的响应很小，测量十分困难，IUPAC认为可用校正曲线的截距来估算检出限。校正曲线法在理论上较为严谨，但实验和计算工作量都相对较大、较繁。但现在已有相应的估算软件可供使用，实验工作者只要弄清基本概念，按规定设计好实验，将得到的结果输入软件即可获得估算的方法检出限［5］。

2　GC-MS/MS性能指标的评定

2.1GC-MS/MS的工作原理

GC-MS/MS是将气相色谱仪与质谱仪联用，用于样品的定性定量分析。样品通过气相色谱分离后的各个组分依次进入离子源被电离，产生带电的碎片离子后进入质量检测器。MS/MS是三重四级杆质量分析器，由两个单四级杆质量分析器中间加一个碰撞池组成。可以在第一个四级杆选择性地通过某些离子，然后在碰撞池打碎，再经过第二个四级杆分离。

2.2GC-MS/MS系统性能评价的难点

20年前甚至10年前，信噪比都是衡量GC/MS性能的有效标准。随着质谱仪设计的不断发展，仪器噪声已经越来越低，并且极不稳定，不能准确说明系统性能。当使用超低噪声仪器如高分辨力质谱仪或串联质谱仪时尤其如此。此时背景中通常不含离子，噪声基本为零。采用传统的信噪比方法对不同的GC-MS/MS进行性能比较变得越来越困难，甚至在某些情况下根本无法比较。所以，需要建立一种新的评价方法对GC-MS/MS性能进行评估。

3　GC-MS/MS检出限模型的建立及方法验证

考虑到GC-MS/MS的噪声特性，对GC-MS/MS性能评价首先要避开噪声的影响。检出限是由一系列特殊数据得到的统计评估，分析文献中已有大量文章，利用统计学来估算仪器检出限。安捷伦公司推出了基于峰面积相对标准偏差（以下简称RSD）的灵敏度性能指标。以质谱为例，它可以直接反映离子化效率的程度。首先，峰面积RSD是对一个色谱峰下离子数测量准确度的反映。其次，进样量越低，那么峰面积RSD越大。第三，在被分析物量相同的情况下，RSD越小表示仪器的灵敏度越高。GC-MS/ MS检出限模型也采用EPA的方法对GC-MS/MS的性能进行评估。检出限与重复进样所测得峰面积响应的标准偏差STD以及置信因子有关［6］，如果采用RSD，检出限可以用进样量的单位（ng、pg、fg）表示。

下面采用公式DL = t（n-1），1-α）·（RSD）·m/100%来评价GC-MS/MS的检出限。采用Thermo公司TSQ Quantum XLS Ultra GC-MS/MS进行验证。以常见的EI离子源为例，选择272（m/z）作为母离子，242（m/z）作为子离子，采用不分流模式，进样量1 μL，1 pg/μL 和100 fg/μL的八氟萘-异辛烷样品分别连续分析8次，峰面积结果见表1。测量次数n较小时（n ＜ 30），可使用一侧的t-分布确定置信因子t（n-1），1-α）。8次重复进样（自由度n = 7）并在置信水平99%（1-α = 0.99）下，从t-表查得的t（7，0.99）= 2.998。采用峰面积的重复性对GC-MS/MS的仪器性能进行评估，分析物含量高于或等于检出限值即为该仪器有99%的机率检出并区别于背景。根据表1数据可计算峰面积的重复性，采用公式DL = t（n-1），1-α）×（RSD）×m/100%计算GC-MS/MS的检出限，结果见表2。

表1　八氟萘-异辛烷样品峰面积结果

表2　GC-MS/MS的检出限

4　结语

目前评价单四级的气质系统和液质联用系统性能的主要指标是信噪比（SNR）。但对于超低噪声质谱仪GC-MS/MS，基于信噪比来准确比较质谱仪的性能已变得越来越困难。随着技术的进步， GC-MS/ MS的应用已非常普遍。目前生产GC-MS/MS的厂家主要有赛默飞世尔科技、安捷伦、Bruker、Shimadzu等公司。面对这种复杂的情况，一些实验室采购和使用该类仪器的人员往往很迷惑。本文采用EPA方法，基于RSD评定GC-MS/MS的检出限。通过验证，该方法可以作为评估GC-MS/MS灵敏度的性能指标。该评定方法为建立一套完整的GC-MS/MS性能测试标准方法提供了依据，为实验室使用人员进行仪器期间核查提供了相关的测试方法。

［1］ 王艳洁，那广水，王震，等.检出限的涵义和计算方法［J］.化学分析计量，2012，21（5）：85-88.

［2］ 高若梅，刘鸿皋.检出限概念问题讨论—IUPAC及其他检出限定义的综合探讨和实验论证［J］.分析化学，1993，21（10）：1232-1236.

［3］ 田强兵.分析化学中检出限和测定下限的探讨［J］.化学分析计量，2007，16（3）：72-73.

［4］ 冉敬，杜谷，杨乐山，等.关于检出限的定义及分类的探讨［J］.岩矿测试，2008，27（2）：155-157.

［5］ 蔡潞莎，胡奇，芮三亚.蔬菜中有机磷农药多残留分析：方法检出限的对比研究［J］.食品科学，2006，27（11）：449-454.

［6］ Daniel MacDougall，Warren B.Crummett.Guidelines for data acquisition and data quality evaluation in environmental chemistry［J］. Anal.Chem， 1980， 52（14）：2242-2249.

An evaluation method for the detection limit of triple quadrupole gas chromatographymass spectrometrys

Zhao Yingchen1，Liang Jing2，Mao Sen1，Feng Shuaibo1
（1. Henan Province Institute of Metrology； 2. Henan Province Environmental Monitoring Center）

An evaluation method for the detection limit of triple quadrupole gas chromatography-mass spectrometrys is introduced in the paper. The mathematical model of the detection limit is established， and the evaluation method is verifed by experiments. The experimental results show that the detection limit evaluated with the method can be used as a performance index to evaluate the sensitivity of triple quadrupole gas chromatography-mass spectrometrys.

gas chromatography-mass spectrometry； triple quadrupole；detection limit； sensitivity

河南省质量技术监督局科技计划项目（2015zj22）