饮用水检测中检出限和测定下限的评价方法与合理性判定
本期概要
检出限和测定下限已有多种评价方法，但各种评价方法的适用性及评价结果的合理性尚无明确规定。文中提出了一种适用于饮用水检测领域的方法检出限和测定下限的评价方法，并提出了对已有评价结果合理性进行判定的依据。该评价方法以实际检测方法的测定范围为导向，将标准曲线最低点与方法检出限和测定下限相关联，进而得出适用于饮用水检测领域中基于最小二乘法拟合曲线进行目标物分析时合理的检出限和测定下限。研究发现使用该评价方法和判定依据能够简便、合理地评价方法检出限和测定下限，有效降低饮用水检测中使用不合理的方法检出限和测定下限造成的风险，提高检测结果的科学性和准确性。
研究背景
检出限（detection limit，DL）和测定下限（minimum quantitative detection limit，MQL）是水质检测方法中重要的特性指标，其对检测结果的准确度和可靠性有直接影响，进而与环境保护、污染治理、供水安全等依靠水质检测结果判断任务落实质量的工作密切相关。在饮用水检测中，样品中目标物的含量通常较低，检测结果经常处于检出限或测定下限附近。因此，在使用检测方法前，获取适用且合理的检出限和测定下限尤为重要。近年来，诸多研究人员对检出限和测定下限的概念以及评价方法进行了大量的探讨，但在评价方法的选择上仍存在一定争议。很多检测人员在方法建立或方法确认时对于计算得到的检出限和测定下限通常直接使用，没有进行合理性判定，甚至直接采用标准中给出的检出限和测定下限，容易导致检出限和测定下限与检测工作不适用、不匹配，使检测结果的准确性存在风险。
为降低检测风险，科学检测水质，保障供水安全，要求检测人员对检测方法的检出限、测定下限等方法特性指标的概念、评价方法及合理性判定有全面清晰的了解。本文将探讨各种检出限评价方法的适用性，提出一种在饮用水检测方法建立或方法确认过程中便于确定方法检出限和测定下限的评价方法，并对已获取的方法检出限和测定下限的合理性判定进行详尽的探讨。
检出限的评价方法及适用性
1、全程序空白标准差法
《生活饮用水标准检验方法 水质分析质量控制》（GB/T 5750.3—2006）规定：当空白测定次数n≥20时，
该方法仅用空白测定结果评估计算检出限，与检测方法中的目标物无关，且只能计算出一个检出限。因此，该方法仅适用于单指标检测方法，对于多指标检测方法来说并不适用。且在饮用水检测过程中，空白样品中很多情况下都不含有目标物或其浓度极低，多次测定空白时无法计算标准差或只能得到极小的标准差，很难确定合适的检出限。
2、净吸光度法
当没有前处理时，分光光度法可以用吸光度（扣除空白）为0.01相对应的浓度值为检出限。
3、信噪比法
S/N为3时对应的浓度为检出限，S/N为10时对应的浓度为测定下限。
实际工作中，某些方法如质谱法在检测低浓度样品时，平行测定多次的S/N差别非常大，要获得S/N为3和S/N为10左右的浓度作为检出限和测定下限较为困难，需要进行多次平行测定并结合实际情况综合考虑，以确定适用于检测方法和标准限值的检出限和测定下限。
4、统计学方法
统计学方法是基于t分布获得方法检出限的评价方法，是目前饮用水检测领域中一种较为通用的获取方法检出限的评价方法，参照《环境监测分析方法标准制订技术导则》（HJ 168—2020）一般分为空白样品中检出和未检出目标物两种情况。
一种便于确定方法检出限的评价方法
方法检出限和测定下限的确定与标准曲线最低点的确定密不可分，在建立饮用水检测方法时，可将这三者结合考虑。
以《城镇供水水质标准检验方法》（CJ/T 141—2018）中的7.1液相色谱-串联质谱法检测12种农药为例，一种便于确定方法检出限、测定下限和标准曲线最低点的操作步骤如下：
（1）配制相同浓度的12种农药混标，进样优化仪器参数，优化完成后可大致确定各农药的响应情况，可配制一个较低浓度进样观察色谱峰形和响应情况。若混标中各农药响应差别不大，可按照相同浓度配制，若发现溴氰菊酯等农药的响应与其他农药差别很大，可以在配制混合标准样品时适当加大浓度。
（2）使用步骤（1）确定后的混标配制多个低质量浓度的样品（0.05、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 μg/L），可根据自身仪器灵敏度进行浓度调整。以农药乐果为例，如下图所示，当配制质量浓度为2.00 μg/L时，其定量离子对的色谱峰形较好，响应较强，进一步配制更低质量浓度，如1.00、0.50、0.20、0.10、0.05 μg/L，可发现浓度越低，响应越低，同时峰形越差。当配制质量浓度为0.05 μg/L时，色谱峰形难以维持，可停止降低浓度。
图 质量浓度为0.05、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 μg/L的乐果的色谱图
（3）以步骤（2）中的低浓度点作为标准曲线的低浓度点，同时配制标准曲线中高浓度点（5.00、10.00、20.00、50.00、100.00、200.00 μg/L）进样测定，对每种农药进行线性拟合，按照响应情况初步确定各农药标准曲线的最低点和最高点。最低点和最高点由数据处理时的线性拟合情况确定，将无响应信号、S/N低的低浓度点和偏差太大导致线性不良的高浓度点删去，保留中段作为初定标准曲线。
（4）对配制的所有低浓度点进行7次平行测定，按照浓度从低到高的顺序依次进样，不同浓度之间插入空白，避免干扰。
（5）以步骤（3）中初步确定的各农药的标准曲线为基准，对步骤（4）中各农药的低浓度点进行定量，同时观察色谱图，S/N太低时舍弃该浓度点。
（6）对定量后的结果进行数据分析，计算各农药不同浓度点标准偏差S。方法检出限=3.14×S（置信度为99%时，测定7次的单侧t分布值为3.14），测定下限为4倍方法检出限。此时各农药有响应值的每个浓度点均能计算出对应的方法检出限和测定下限。
（7）对计算出的方法检出限和测定下限进行判定，确定合理的方法检出限和测定下限。根据确定后的测定下限来确定标准曲线的最低点和线性范围。
本方法以一种直接进样的高通量液相色谱-串联质谱法作为实际案例展开研究，多个不同低浓度点的样品可直接通过空白基质配制获得。当检测方法存在液液萃取、固相萃取等前处理过程时，若前处理过程影响不大（回收率稳定在80%~120%），可利用空白基质配制多个不同低浓度的平行样，按照本方法确定检出限，再除以浓缩倍数得到最终的方法检出限；若影响较大，应按照样品全程序获得多个不同低浓度的平行样上机测定，再按照本方法确定检出限。
方法检出限和测定下限的合理性判定依据
方法检出限和测定下限不是独立的方法特性指标，它们与分析方法的线性范围及标准曲线的绘制紧密相关。如下图所示，理论上分析方法的线性范围应为方法检出限到浓度b，为了工作方便，通常取略大于测定下限的浓度a作为线性范围的起点，即标准曲线的最低点。计算得出方法检出限和测定下限必须要经过判定，合理的方法检出限和测定下限才能作为方法特性指标使用，否则将大大提高检测风险。
图 方法检出限、测定下限与线性范围和标准曲线的关系
依据1——测定下限≤浓度a且尽量接近
依据2——方法检出限附近浓度具有稳定可识别信号
所谓“检出”是指定性检出，即判定样品中存有浓度高于空白的待测物质，因此，方法检出限附近浓度应具有稳定可识别的信号（S/N≥3），若某一浓度条件下计算得到的测定下限满足判定依据1，但其方法检出限附近无稳定可识别信号，那么此时获得的测定下限依然不合理。例如配制0.40 μg/L的某目标物平行测定7次，计算得到的方法检出限为0.09 μg/L，测定下限为0.36 μg/L，测定下限略小于浓度a，但观察色谱图发现方法检出限附近浓度无任何响应，说明计算得到的方法检出限和测定下限不合理，检测时存在假阳性风险。此时需选择更高的浓度点计算后重新判定，直到找到合理的方法检出限和测定下限，进而确定标准曲线的最低点。
若多个浓度点计算出的方法检出限和测定下限均符合上述两点判定依据，考虑到不确定度的原因，可根据标准限值要求情况选择稍大的方法检出限和测定下限作为最终的方法特性指标。
研究结论
（1）本文在研究各种检出限和测定下限评价方法适用性的基础上，提出了一种适用于饮用水检测领域的方法检出限和测定下限的评价方法，该评价方法以实际检测方法的测定范围为导向，将标准曲线最低点与方法的检出限和测定下限相关联，进而得出适用于饮用水检测领域中基于最小二乘法拟合曲线进行目标物分析时合理的检出限和测定下限。
（2）本文提出了判定方法检出限和测定下限合理性的两条依据，即通过测定下限与标准曲线最低质量浓度的关系判定测定下限是否合理，通过检出限附近浓度的响应信号判定检出限是否合理。
（3）对于饮用水中待测物的含量通常较低，特别是有机物项目通常处于痕量分析范围的工况，使用本文提出的检出限和测定下限评价方法，并对其结果进行合理性判定，能够有效降低饮用水检测中有机物项目等痕量分析检测结果的风险，从而达到降低检测风险、科学检测水质、保障饮用水安全的目标。
（4）该评价方法的应用符合我国饮用水水质标准和相关的检测技术不断更新、未来持续更新的新兴污染物的痕量检测要求更高的行业发展趋势，也符合未来随着质谱技术的应用普及，高通量检测方法成为主流的检测技术发展趋势，具有广泛的应用前景。
推荐阅读
以上内容节选自《净水技术》2022年第六期“城镇水系统全流程水质监测技术”专栏文章《饮用水检测中检出限和测定下限的评价方法与合理性判定》（扫码下方二维码查看原文），欢迎引用此文：
邬晶晶, 宋陆阳, 朱良琪. 饮用水检测中检出限和测定下限的评价方法与合理性判定[J]. 净水技术, 2022, 41(6):
WU J J, SONG L Y, ZHU L Q. Evaluation Methods and Reasonability Judgment of Detection Limit and Minimum Quantitative Detection Limit in Drinking Water Detection[J]. Water Purification Technology, 2022, 41(6):
