液相色譜的檢出限公式

液相色譜的檢出限公式

在痕跡分析中，檢出限是評價分析評價和經(jīng)濟效益的重要指標。雖然不同化學(xué)分析儀器其檢出限的計算方法有所不同,但是其形式相似,這是因為它們的計算原理相同。但是液相色譜的檢出限公式比其他儀器的復(fù)雜,JJG705-2002《液相色譜儀》檢定規(guī)程也沒有對其推導(dǎo)進行說明,給計量工作帶來了困難;而且通過其他參考資料直接或間接得到的檢出限公式也與檢定規(guī)程有所區(qū)別。因此,本文從分析儀器檢出限的基本公式出發(fā),詳細推導(dǎo)了液相色譜的檢出限公式,并對存在多個計算公式的原因進行了分析,為廣大計量工作者提供參考。一、儀器的穩(wěn)定性“儀器檢出限是指在規(guī)定的儀器條件下,當(dāng)儀器處于穩(wěn)定狀態(tài)時,儀器本身存在著的噪音引起測量讀數(shù)的漂移和波動”。它的物理含義為:在一定的置信范圍內(nèi)能與儀器噪音相區(qū)別的最小檢測信號對應(yīng)的待測物質(zhì)的量。它是個定性分析的概念,而不是定量的概念,通常不能用于真實分析。分析儀器檢出限的定義為式中:k——置信因子(一般取2或3);S——空白標準偏差;b——標準曲線在低濃度范圍內(nèi)的斜率,也可稱為儀器的靈敏度?？梢?儀器具有高穩(wěn)定性是獲得良好檢出限的先決條件。其次,檢出限還與儀器的靈敏度相關(guān),因為靈敏度高低意味著儀器對元素微小含量所產(chǎn)生的檢測信號的大小。二、液體層析成像的檢測1.檢出限濃度與色譜靈敏度的關(guān)系在液相色譜中k=2,S用基線噪聲Nd表示;但是對于其靈敏度,存在一定疑義。如果認為在低濃度時,液相色譜的峰高H與樣品濃度相關(guān),則液相色譜的靈敏度b=H/C。所以檢出限濃度在元天佑等人主編的《化學(xué)計量》中,給出的是這個公式(為了方便比較,簡稱為“元氏”公式)。但是,這個公式與JJG705-2002中的檢出限公式不符。2.分離器所屬類型要準確推導(dǎo)液相色譜檢出限,需要先判定液相色譜檢測器所屬類型。參照氣相色譜,檢測器類型主要分為兩種:質(zhì)量型和濃度型。其各自特征如下:(1)檢測響應(yīng)值與載氣流速、峰面積、載氣流速比的關(guān)系檢測器測量的是載氣中所攜帶的樣品組分進入檢測器的速度變化,也即檢測響應(yīng)值與單位時間內(nèi)進入檢測器組分的質(zhì)量(W)成正比,峰面積(A)與載氣流速(FC)無關(guān)。其靈敏度b=A/W。(2)面積與流速成反比的靈敏度檢測器測量的是載氣中組分濃度瞬間的變化,也即檢測響應(yīng)值與組分的濃度成正比,峰面積與流速成反比。其靈敏度b=A/(W/FC)=AFC/W?？紤]到液相色譜檢測器多屬于濃度型(如紫外、熒光等)檢測器,具有濃度型檢測器的特征,所以艾明澤等人主編的《化學(xué)計量》認為,液相色譜的靈敏度所以推導(dǎo)得到液相色譜的檢出限為3.線性靈敏度的測定式(3)也與規(guī)程中的公式相差甚遠。這是因為JJG705-2002中將流速設(shè)為固定值,從而忽略流速的影響,并用峰高代替峰面積來表示靈敏度b=H/W,用濃度(DLC)而不用質(zhì)量(DLm)來表示液相色譜的檢出限:式中:V——低濃度溶液的進樣體積;VL——檢出限對應(yīng)進樣體積。由于JJG705-2002中指出,在計算檢出限時,按20μL進樣量計算(即VL=20),代入得即JJG705-2002中的式(5)。三、限制討論1.利用基線噪音表示k是置信因子,它一般取2或3,與置信區(qū)間有關(guān)。從多種化學(xué)分析儀器檢出限計算方法統(tǒng)計來看,k值與S的取值有關(guān):(1)當(dāng)S用基線噪音表示時,取k=2,置信概率為95%,這多見于色譜類儀器(如氣相色譜、液相色譜和離子色譜)。(2)當(dāng)S用低濃度溶液(或空白)多次(常用11次)測量結(jié)果的標準偏差表示時,取k=3,置信概率為99.7%,這類儀器有原子吸收分光光度計、原子熒光光度計、四極桿電感耦合等離子體質(zhì)譜儀等。2.3儀器應(yīng)用的影響c質(zhì)量型和濃度型檢測器的區(qū)別,在于其響應(yīng)值是否與濃度或質(zhì)量相關(guān)(特征I),峰面積是否與載體流速相關(guān)(特征II),體現(xiàn)在檢出限上,在于靈敏度計算公式和檢出限單位的不同。很多人對特征I有一定誤解,以為濃度型檢測器就是響應(yīng)值,只與進樣濃度相關(guān)(b=H/C),而液相色譜檢測器多屬于濃度型檢測器,所以推導(dǎo)出其檢出限為式(2),即“元氏”公式。實際上,特征I的濃度應(yīng)該是指經(jīng)過檢測器時的濃度,或者說用A/FC表示的濃度,而非進樣濃度C。因為樣品進入液相色譜系統(tǒng)后,經(jīng)過不斷的吸附和解吸附過程,可以認為被色譜柱進行濃縮和流動相的再稀釋,其經(jīng)過檢測器時的濃度(=A/FC)與樣品質(zhì)量相關(guān)(m=C×V)?？梢?儀器的響應(yīng)值與進樣濃度和進樣體積均相關(guān)。同時,根據(jù)特征II,液相色譜峰面積與流動相流速成反比,而峰高也受流速影響,但非比例變化。所以能夠準確全面反映液相色譜檢出限特征,而不受實驗條件限制的是式(3),即“艾氏”公式。但是在實際操作中,“艾氏”公式的應(yīng)用受到影響。因為測量檢出限時用的是低濃度溶液,此時樣品峰面積小,峰形不規(guī)則,干擾峰影響很大,積分得到的峰面積重復(fù)性差,所以不利于用峰面積來表示靈敏度。相比之下,峰高受這些因素影響小。但是,由于峰高受流動相流速影響,且非比例變化,所以為了排除流速影響,只能將流速設(shè)定為某一特定值,這樣得到的峰高就能與進樣質(zhì)量成正比,從而用H/W來表示靈敏度;同時,流速的影響也從檢出限公式中抹去。當(dāng)流速設(shè)定為某一特定值后,由規(guī)程公式計算得到的檢出限比“艾氏”公式更為準確。所以“艾氏”公式更適于高濃度樣品的檢測。規(guī)程公式的不足,在于它忽略了流動相流速的影響,很容易讓人誤會液相色譜檢測器是質(zhì)量型檢測器;同時,不同流速得到的檢出限是不同的。所以建議在儀器使用和檢定過程中,應(yīng)注明儀器檢出限所對應(yīng)的流速。如果在規(guī)程公式的基礎(chǔ)上,再將進樣體積抹除,則可以得到“元氏”公式,即“元氏”公式是將流動相流速和進樣體積設(shè)定為某一特定值得到的結(jié)果。3.儀器靈敏度檢測有人質(zhì)疑,如果用高濃度的溶液來測量檢出限,就可避免前面所提到的問題,則“艾氏”公式的準確性更高。但是,液相色譜對高低兩種不同溶液的靈敏度是不同的。下面以濃度分別為1×10-7g/mL(國家標準物質(zhì)編號GBW(E)130168)和1×10-4g/mL(國家標準物質(zhì)編號GBW(E)130167)的萘-甲醇溶液為研究對象,通過島津SPD-20A紫外檢測器的液相色譜儀研究不同濃度范圍儀器靈敏度的差別,流動相為純甲醇,流速為1.0mL/min,檢測波長為254nm。實驗結(jié)果如表1所示。由表1可知,不管是低濃度溶液還是高濃度溶液,峰高與進樣質(zhì)量W都存在很好的線性關(guān)系,但由低濃度溶液測得的靈敏度明顯高于高溶液時測得的靈敏度。而根據(jù)分析儀器檢出限的要求,b為低濃度時的儀器靈敏度。所以不能用高濃度溶液來測量分析儀器的檢出限,否則得到的檢出限將偏高。4.檢出限和色譜檢出限離子色譜作為一種特殊的液相色譜,具有與液相色譜相似的特征,所以其檢出限也應(yīng)該和液相色譜相同。但是,離子色譜檢定規(guī)程給出的檢出限卻與“元氏”公式類似,即簡單地用H/C來表示靈敏度,存在的問題前面已分析,所以建議離子色譜也采用式(5)作為其檢出限計算公式。四、流動相流速的影響本文從儀器檢出限的基本公式入手,推導(dǎo)了液相色譜檢出限。由于對儀器靈敏度看法的不同,存在3種液相色譜檢出限公式。由于液相色譜檢測器多為濃度型檢測器,“艾氏”公