原子荧光光度法进行水中硒检测时的精密度偏性试验及质量控制

薛炜骏

(安徽省六安水文水资源局,安徽 六安 237000)

水作为生命的起源,人类的各项活动都与水密切相关,水质的好坏对人类的生命健康以及工农业都有重要影响[1]。硒(Se),VIA族元素,主要分布在岩石、土壤、大气、水和生物圈中[2]。环境中的硒主要分为无机硒和有机硒,两者在生物活性和化学毒性方面有着显著差异[3]。硒在水质分析中主要采用原子荧光光度法进行检测,原子荧光法操作简单,稳定性强,可以广泛地应用于水中微量硒的检测中[4]。精密度偏性试验是水质检测中常用的一种质量控制方法,是针对一种仪器和分析方法,通过对同一检测物质进行多次测试,评估检测结果的精密性和准确性,来确定水质检测的质量控制是否符合要求,在行业内普遍使用该方法对各种仪器及标准方法在进行水质检测的质量控制进行检验。本文通过精密度偏性试验对吉天麒麟S13三通道原子荧光光度计对水中硒的检测进行了质量控制,从检测限、准确度、变异显著性、总标准差、精密度等方面对检测结果进行分析检验,并对如何提高使用该仪器进行水质检测时的质量控制水平进行探讨。

1 试验设计

1.1 方法选择

精密度偏性分析方法应优选标准方法,并按ISO国际标准、国家标准、行业标准、地方标准顺序优选方法[5]。根据本实验室的实际工作需要,本次精密度偏性试验采用的标准为水利行业标准《水质 硒的测定 原子荧光光度法 SL 327.3-2005》。

1.2 仪器设备

精密度偏性试验使用的仪器设备应当使用符合标准方法要求且计量检定校准合格的设备。本次精密度偏性试验使用的检测设备为北京吉天KylinS13三通道原子荧光光度计,辅助设备为电热板、比色管等。

1.3 试剂配制

本次试验采用的纯水均为符合实验室二级水要求的UP超纯水。使用的硝酸、盐酸、硼氢化钾、氢氧化钠均为优级纯。根据仪器使用条件,本次试验使用的硼氢化钾-氢氧化钠溶液中硼氢化钾的质量浓度为10 mg/L。

1.4 试样制备

精密度偏性试验检测的试样设计为空白加标溶液、0.1C溶液、0.9C溶液、天然水样、天然水样加标溶液及统一标样溶液6种。本次试验采用市售硒标准溶液,将其配置成质量浓度为1 000 μg/L的硒标准储备液后,稀释成质量浓度为50 μg/L的硒标准曲线使用液。空白加标溶液配置方法为在适量纯水中加入2 mL硒标准储备液后定容至100 mL。天然水样配置方法为取天然水样50 mL,加入纯水定容至100 mL。加标水样溶液配置方法为取天然水样50 mL,加入15 mL质量浓度为1 000 μg/L的硒标准储备液后定容至100 mL。统一标样溶液使用水中硒有证标准物质,根据证书要求稀释,硒质量浓度标准值范围为13.8±1.1 μg/L。标准方法中硒质量浓度的检测上限为300 μg/L,故0.1C溶液为配置硒质量浓度为30 μg/L的样品溶液,0.9C溶液为配置硒质量浓度为270 μg/L的样品溶液。

1.5 测试方法

根据仪器设备条件,配置质量浓度梯度为0.0 μg/L、5.0μg/L、10.0μg/L、20.0μg/L、30.0 μg/L、40.0 μg/L、50.0 μg/L的硒标准曲线系列,按照标准方法进行检测,得到线性回归方程和相关系数,并将6种待测试样在稳定环境中进行多日连续分析。

2 试验数据

将空白加标、天然水样、加标水样、0.1C溶液、0.9C溶液5种样品连续测定6批,每批测定2份平行样品,得到连续的12组数据,如表1所列。

表1 精密度偏性试验测定数据表 μg/L

将统一标样(硒质量浓度标准值范围为13.8±1.1 μg/L的有证标准物质)连续测定10批,每批测定2份平行样品,得到连续的20组数据,如表2所列。

表2 统一标样测定数据表 μg/L

3 数据分析

3.1 空白批内标准差及检测限分析

空白试验是用来判断检测限的方法,在进行空白试验过程中,应严格依照水质样品监测的规定,将空白试验测量值相对差保持在50%以下[6]。通过空白批内标准差来计算方法检测限[7],其中空白批内标准差(Swb) 的计算方法见式(1),检测限(MDL)的计算方式见式(2)。

(1)

其中,Swb为空白批内标准差,Xij为各批所包含的各个测定值,i代表批,j代表同一批内各个测定值;m为批数;n为每批测定次数。

(2)

其中,MDL为检测限,m为总批数;n为每批测定次数,tf为自由度f=m(n-1)及显著性水平=0.05时t值(单侧)[8],f为批内自由度。本次试验中空白试验总批数m为6,每批测定次数n为2,查表可得tf=1.943。

根据空白批内标准差计算检测限的结果如表3所列。

表3 空白批内标准差及检测限分析表 μg/L

检测限为0.23 μg/L,小于方法检出限0.30 μg/L[9],检测限合格。

3.2 准确度检验

准确度通常使用加标回收来进行检验。对6批天然水样及其平行样品进行加标回收率检测,加标方法为取天然水样50 mL,加入15 mL质量浓度为1 000 μg/L硒标准储备液后定容至100 mL,在此方法内加标回收率P的计算方式见式(3),加标回收率计算结果如表4所列。

(3)

表4 加标回收率检验表

其中,P为加标回收率,C2为加标后的浓度,V2为加标后的样品体积,C1为加标前的浓度,V1为加标前的样品体积,C为加标使用的标准储备液的浓度,Vc为加标使用的标准储备液的体积。

根据表4的计算结果,6批12组天然水样的加标回收率在100.9%～103.4%之间,平均回收率为102.1%,均在方法要求95.2%～105.0%之间[9],回收率检验合格。

3.3 变异显著性检验

通常使用F检验来判断来检测变异显著性,用来分析各数据不同来源的变异对总变异的贡献大小。在本次试验中使用批间变异与批内变异的比值进行F检验。批内变异的计算方法见式(4),批间变异的计算方法见式(5),F检验值的计算方法见式(6),计算结果如表5所列。

(4)

表5 F检验结果表

(5)

F=b/a

(6)

其中,a为批内变异,b为批间变异,xij表示第j组的第i个数据,m为总批数,n为每批测定次数,F为F检验值。

在本次试验中所有试样的总批数m为6,每批测定次数n为2,自由度为m-1=5,查表可知F0.05=4.39,F0.01=8.75。当FF0.01时,有显著性差异[10]。由表5可知所有试样均无显著性差异,变异显著性检验合格。

3.4 总标准差检验

总标准差是用来确定试验是否有干扰的方式,假如计算出的总标准差值小于被测浓度的5% ,则证明总标准差合格;否则将总标准差视为不合格。这种评价方法可以应用于对方法的适用性以及对试验操作人员的技能水平的评价之中[6]。总标准差的计算方法见式(7),检验结果如表6所列。

(7)

其中,σ为总标准差,a为批内变异,b为批间变异,n为每批测定次数,本次试验中n=2。

根据表6的计算结果,所有试样检测数据的总标准差均小于指标检出限,总标准差检验合格。

3.5 精密度检验及质控分析

图1 统一标样质控分析图

所有数据和平均值均在质量浓度标准值允许误差范围13.8±1.1 μg/L内,相对标准偏差为1.25%,符合方法中的0.21%～4.43%[9],精密度检验合格。

由图1可知:有18个点落在上、下辅助限以内,占比为90%,超过70%,且所有的点都在上、下警告限以内;不存在相邻三点中的两点屡屡接近控制限;没有7个及以上的点连续分布在中心线同一侧,质控点随机分布在平均值两侧;没有7个及以上的点递升或递降。质控点全部在允许误差范围内,没有出现系统性偏离。质控点分布有明显随机性,质控图分布合理,保证实验室未出现影响分析结果的因素,分析结果较为准确。分析方法的随机误差也在允许范围之内,分析中没有出现明显的系统误差,统一标样质控分析合格。

4 结果与讨论

精密度偏性试验不仅能够在最大程度上确保试验监测数据的准确性和可靠性,同时也是检验试验人员操作技能、试验环境设施条件的一种有效手段[6]。本次试验结果表明检测限为0.23 μg/L,小于方法要求的0.30 μg/L[9];精密度为1.25%,在方法要求的0.21%～4.43%范围内[9];加标回收率在100.9%～103.4%之间,在方法要求的95.2%～105.0%范围内[9];所有样品批内批间变异均不显著、总标准差均小于指标检出限,质控分析结果分布合理,分析结果较为准确,以上结果表明本次检测的质量控制符合《水质 硒的测定 原子荧光光度法 SL 327.3-2005》中的要求。

针对本次试验提出几条建议:① 实验环境对实验结果有一定影响,标准方法中要求水样在采样后需加入硝酸酸化至1%进行保存一个月,在实际检测中发现对于较清洁水样而言,使用硝酸进行酸化至5%效果最佳,在7日内检测无明显波动;② 实验室温度对检测结果有一定影响,主要原因是硒空心阴极灯对温度有一定要求,如果环境温度较低,会造成信号值降低,对于低浓度样品有一定影响,对高浓度样品影响有限,建议开机后点火预热半小时再开始检测;③ 在水环境实验室中,砷、汞、硒作为原子荧光常规检测项目,在同一批检测任务中对同一样品时常需要同时进行检测,在检测中需避免交叉污染,尤其是砷项目中使用的金属屏蔽剂硫脲,对硒有一定的屏蔽作用,在实验中发现加入了测定砷项目使用的硫脲-抗坏血酸溶液后,硒的荧光值、检测浓度和加标回收率均有明显下降,多个有证标准物质和加标回收率数据会超出允许误差范围下限,造成系统性误差。各元素水样前处理方法不同,虽然新款多通道原子荧光光度计支持同一样品多通道同时检测,但也不可由同一样品经过多次前处理同时进行检测,同时在取样及前处理过程中也应避免试剂交叉污染。

5 结束语

在进行水质监测时,保证检测结果的准确性尤为重要,为了保证水质检测结果的质量,可以选择使用精密度偏性试验的方式来对检测进行质量控制。本次试验对使用吉天麒麟S13原子荧光光度计进行水中硒的检测进行了有效的质量控制,为今后的实际检测提供了有益的参考,同时在试验中发现的一些问题仍有进一步研究、探讨和优化的空间,希望日后可以进一步提高水质监测的质量控制水平。