總有機碳精密度偏性試驗數(shù)據(jù)分析

謝衛(wèi)民 盧云黎 馬碧文

(長江委水文局長江中游水環(huán)境監(jiān)測中心，湖北 武漢 430012)

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總有機碳精密度偏性試驗數(shù)據(jù)分析

謝衛(wèi)民 盧云黎 馬碧文

(長江委水文局長江中游水環(huán)境監(jiān)測中心，湖北 武漢 430012)

依靠精密度偏性試驗對實驗室總有機碳(TOC)分析進行控制檢查，利用實驗室空白檢驗、標(biāo)準(zhǔn)偏差檢驗、加標(biāo)回收率檢驗等方法全面評價總有機碳試驗數(shù)據(jù)的精密度和準(zhǔn)確度；并根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制質(zhì)量控制圖，檢查試驗受控狀態(tài)。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)得知，實驗室實際檢測限低于分析方法檢測限，批內(nèi)、批間變異結(jié)果為“不顯著”，加標(biāo)回收率也在可接受范圍內(nèi)，質(zhì)控圖中質(zhì)控點偏離均在可控范圍內(nèi)。依據(jù)分析方法檢測時，實驗室人員、儀器設(shè)備及試驗環(huán)境均可以保證TOC的檢測精準(zhǔn)度，檢測結(jié)果可靠。

污染；檢測限；精密度偏性試驗；總有機碳 ；質(zhì)控

總有機碳(TOC)是指溶解或懸浮在水中有機物的含碳量，是以含碳量表示水體中有機物總量的綜合指標(biāo)，它直接反映了水體被有機物污染的程度。

實驗室依靠精密度偏性試驗和質(zhì)量控制圖技術(shù)，確定實驗室總有機碳測定的精密度和準(zhǔn)確度，使用質(zhì)量控制圖、加標(biāo)回收率控制、空白試驗、標(biāo)準(zhǔn)偏差檢驗等方法，對影響分析測定的各種因素，包括試驗人員、試驗試劑、試驗儀器、試驗環(huán)境等各種可能影響測定結(jié)果的因素進行了分析，為保證實驗室檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠提供了科學(xué)依據(jù)，為燃燒氧化-非分散紅外吸收法測定總有機碳的研究提供了參考。

1 儀器及試劑

試驗儀器包括：multi N/C 2100非分散紅外吸收TOC分析儀、UPH-Ⅱ-20T優(yōu)普超純水制造儀、純度大于 99.99%氧氣。

試劑包括：鄰苯二甲酸氫鉀、碳酸氫鈉、硫酸，試劑配制所用水為高純水(無二氧化碳水)。

2 方法與結(jié)果

分析方法采用《水質(zhì)-總有機碳的測定 燃燒氧化-非分散紅外吸收氧化法》(HJ501—2009)中的直接法測定。在900℃～950℃下，以鉑和三氧化鈷或三氧化二鉻為催化劑，水樣中的有機物在石英管中裂解轉(zhuǎn)化為CO2，使用紅外線氣體分析儀測定轉(zhuǎn)化的CO2含量，從而計算出水樣中碳的含量。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液

有機碳標(biāo)準(zhǔn)溶液(濃度500 mg/L)：準(zhǔn)確稱取鄰苯二甲酸氫鉀(預(yù)先在110℃～120℃下干燥至恒重)0.265 6 g，置于燒杯中，加高純水(或無二氧化碳水)溶解后，轉(zhuǎn)移此溶液至250 mL容量瓶中，稀釋至標(biāo)線，混勻。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線

在一組6個50 mL容量瓶中，分別加入0.0，1.0，2.5，5.0，7.5mL和10.0 mL有機碳標(biāo)準(zhǔn)溶液，用水稀釋至標(biāo)線，混勻，配制成有機碳濃度0.0，10.0，25.0，50.0，75.0 mg/L和100.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列濃度。將酸化至pH值小于2后的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液注入TOC分析儀，經(jīng)曝氣除去無機碳后導(dǎo)入高溫氧化爐，記錄相應(yīng)的儀器響應(yīng)值，測定結(jié)果見表1。

以濃度值為橫坐標(biāo)，儀器響應(yīng)值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。計算線性回歸方程為：A=272C+46.2，r=0.999 8

結(jié)果表明，使用燃燒氧化-非分散紅外吸收氧

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線測定結(jié)果

化法和TOC分析儀時，在0.0～100 mg/L的測定范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)一般都能達到0.999以上。另外，對截距進行t檢驗，根據(jù)公式計算t=0.297，小于t0.05(n=4)=2.776，說明截距與零無顯著性差異。

表2 精密度偏性試驗結(jié)果

2.3 精密度試驗及結(jié)果

依據(jù)《水質(zhì)-總有機碳的測定 燃燒氧化-非分散紅外吸收氧化法》(HJ501—2009)，以隨機次序測定以下6種溶液，每天測定一批，每批平行測定2份，共測定10批，測定結(jié)果見表2。

(1) 空白溶液。使用高純水(無二氧化碳水)按樣品相同方法處置。

(2) 0.1C標(biāo)準(zhǔn)溶液。10 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

(3) 0.9C標(biāo)準(zhǔn)溶液。90 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

(4) 天然水樣。含有一定濃度待測物的天然水樣(本次使用武漢長江干流水樣)。

(5) 加標(biāo)天然水樣。用吸管取1.0 mL有機碳標(biāo)準(zhǔn)溶液于50 mL容量瓶中，用天然水樣稀釋至標(biāo)線，混勻。

(6) 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品。濃度u=40.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，誤差范圍±5%。

3 結(jié)果評價分析

3.1 實驗室條件下方法檢出限

根據(jù)空白試驗所得的測定結(jié)果，按下表中的公式計算出批內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差及本次精密度偏性試驗下的實際檢出限，計算結(jié)果見表3。

表3 批內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)偏差及實際檢出限

注：x為每批中單個測定值，X為每批總和，m為批數(shù)，n為每批測定次數(shù)。

由上表可知，實驗室實際檢出限為0.000 0mg/L?！端|(zhì)-總有機碳的測定 燃燒氧化-非分散紅外吸收氧化法》(HJ501—2009)中的規(guī)定檢出限為0.1 mg/L，因此，實驗室實際檢出限小于方法檢出限，說明在實驗室的儀器和環(huán)境下測定TOC時空白試驗符合方法標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 變異因素分析

根據(jù)0.1C樣品、0.9C樣品、天然水樣、天然加標(biāo)水樣和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品的測定結(jié)果，按表中的公式計算出批內(nèi)變異系數(shù)和批間變異系數(shù)，同時進行變異顯著性檢驗(即F檢驗)。

表4 批內(nèi)變異、批間變異計算

可查表得知，說明變異結(jié)果為“無顯著性差異”，表明實驗室分析人員的操作技能穩(wěn)定熟練，檢測結(jié)果未受試驗環(huán)境、儀器設(shè)備、試劑用水等各因素影響，試驗檢測結(jié)果精密度良好。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)偏差與干擾因素分析

對0.1C樣品、0.9C樣品、天然水樣、天然加標(biāo)水樣、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品的總變異系數(shù)和總標(biāo)準(zhǔn)差進行計算，計算結(jié)果見表5。

表5 總變異系數(shù)和總標(biāo)準(zhǔn)差計算結(jié)果

注：*表明兩者的檢出限最大值為w;**表明總標(biāo)準(zhǔn)差合格Stw(否)

根據(jù)表5計算結(jié)果，總標(biāo)準(zhǔn)差均小于指標(biāo)檢出限，表明實驗室分析環(huán)境條件和儀器設(shè)備穩(wěn)定性均良好。另外,根據(jù)0.1C樣品、0.9C樣品、天然水樣、天然加標(biāo)水樣的總標(biāo)準(zhǔn)差，可以確定水樣中無影響檢測精密度的干擾因素。

3.4 準(zhǔn)確度分析

本次試驗共測定了10批標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品和天然水樣、天然加標(biāo)水樣，分別計算標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品的相對誤差和天然水樣加標(biāo)回收率，并進行檢驗評價，結(jié)果見表6,7。

表6 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢測相對誤差計算

根據(jù)表6計算結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)真值為40.0 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定均值為40.1 mg/L，其相對誤差RE=0.23% ，小于一般要求的5%，表明TOC標(biāo)準(zhǔn)樣品檢測結(jié)果合格，檢測過程中不存在系統(tǒng)誤差，偶然誤差在可接受的范圍內(nèi)。根據(jù)表7計算結(jié)果，平均加標(biāo)回收率為98.4%，且所有批次加標(biāo)回收率均在95%～105%，表明實驗室檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度是可靠的。

表7 天然水樣加標(biāo)回收率計算

3.5 質(zhì)量控制圖的繪制與分析

根據(jù)以上檢驗計算，證明實驗室檢測結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度均符合質(zhì)量控制要求，在此基礎(chǔ)上將檢測結(jié)果繪制成質(zhì)量控制圖，見圖1。

圖1 質(zhì)量控制

由圖2中可以看出，檢測結(jié)果隨機排列在中心線兩側(cè)，落入上下輔助線內(nèi)的檢測結(jié)果超過50%；沒有連續(xù)7次檢測結(jié)果出現(xiàn)在中心線的同一側(cè)；也沒有連續(xù)7次檢測結(jié)果呈遞升或遞降趨勢；檢測結(jié)果100%均落入控制限內(nèi)；沒有3次檢測結(jié)果中的兩次連續(xù)接近控制限；無離群檢測數(shù)據(jù)。以上情況說明誤差呈隨機狀態(tài)分布在均值的兩側(cè)，檢測結(jié)果沒有發(fā)生系統(tǒng)性偏離，均在控制范圍之內(nèi)，是可信的。

4 結(jié) 論

通過精密度偏性試驗，分析計算了實驗室開展TOC參數(shù)檢測時的實際檢出限、檢測數(shù)據(jù)的精密度、檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度等指標(biāo)，檢測結(jié)果表明該參數(shù)實驗室實際檢出限小于分析方法規(guī)定的檢出限，空白檢測達到質(zhì)量控制要求，實驗室化學(xué)試劑、分析用水、檢測環(huán)境、儀器設(shè)備均能達到方法規(guī)定要求。對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品、平行樣品、加標(biāo)回收樣品的檢測結(jié)果分別進行總體方差檢驗(即F檢驗)和總標(biāo)準(zhǔn)差檢驗均合格，說明檢測人員的操作技能熟練，實驗室環(huán)境條件和儀器設(shè)備穩(wěn)定可靠，檢測結(jié)果的精密度良好；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢測和加標(biāo)回收樣品檢測，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的實際測定誤差小于允許誤差，加標(biāo)回收率計算結(jié)果均在95%～105%的可接受范圍之內(nèi)，表明檢測過程中的系統(tǒng)誤差在可控范圍之內(nèi)，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。通過繪制質(zhì)量控制圖，進一步直觀描述了檢測數(shù)據(jù)的受控狀態(tài)，誤差呈隨機狀態(tài)分布在均值的兩側(cè)，檢測結(jié)果沒有發(fā)生系統(tǒng)性偏離。

本次精密度偏性試驗系統(tǒng)地檢查了檢測人員技能熟練度、儀器設(shè)備穩(wěn)定性、試驗環(huán)境和條件的控制能力，證明了該實驗室檢測TOC結(jié)果的精密性和準(zhǔn)確性，說明實驗室具備同水質(zhì)監(jiān)測工作要求相適應(yīng)的質(zhì)量控制能力和檢測能力。

(編輯：李 慧)

2016-09-15

謝衛(wèi)民，男，長江委水文局長江中游水環(huán)境監(jiān)測中心，高級工程師.

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