液相色谱的检出限公式

液相色谱的检出限公式

在痕迹分析中，检出限是评价分析评价和经济效益的重要指标。虽然不同化学分析仪器其检出限的计算方法有所不同,但是其形式相似,这是因为它们的计算原理相同。但是液相色谱的检出限公式比其他仪器的复杂,JJG705-2002《液相色谱仪》检定规程也没有对其推导进行说明,给计量工作带来了困难;而且通过其他参考资料直接或间接得到的检出限公式也与检定规程有所区别。因此,本文从分析仪器检出限的基本公式出发,详细推导了液相色谱的检出限公式,并对存在多个计算公式的原因进行了分析,为广大计量工作者提供参考。一、仪器的稳定性“仪器检出限是指在规定的仪器条件下,当仪器处于稳定状态时,仪器本身存在着的噪音引起测量读数的漂移和波动”。它的物理含义为:在一定的置信范围内能与仪器噪音相区别的最小检测信号对应的待测物质的量。它是个定性分析的概念,而不是定量的概念,通常不能用于真实分析。分析仪器检出限的定义为式中:k——置信因子(一般取2或3);S——空白标准偏差;b——标准曲线在低浓度范围内的斜率,也可称为仪器的灵敏度。可见,仪器具有高稳定性是获得良好检出限的先决条件。其次,检出限还与仪器的灵敏度相关,因为灵敏度高低意味着仪器对元素微小含量所产生的检测信号的大小。二、液体层析成像的检测1.检出限浓度与色谱灵敏度的关系在液相色谱中k=2,S用基线噪声Nd表示;但是对于其灵敏度,存在一定疑义。如果认为在低浓度时,液相色谱的峰高H与样品浓度相关,则液相色谱的灵敏度b=H/C。所以检出限浓度在元天佑等人主编的《化学计量》中,给出的是这个公式(为了方便比较,简称为“元氏”公式)。但是,这个公式与JJG705-2002中的检出限公式不符。2.分离器所属类型要准确推导液相色谱检出限,需要先判定液相色谱检测器所属类型。参照气相色谱,检测器类型主要分为两种:质量型和浓度型。其各自特征如下:(1)检测响应值与载气流速、峰面积、载气流速比的关系检测器测量的是载气中所携带的样品组分进入检测器的速度变化,也即检测响应值与单位时间内进入检测器组分的质量(W)成正比,峰面积(A)与载气流速(FC)无关。其灵敏度b=A/W。(2)面积与流速成反比的灵敏度检测器测量的是载气中组分浓度瞬间的变化,也即检测响应值与组分的浓度成正比,峰面积与流速成反比。其灵敏度b=A/(W/FC)=AFC/W。考虑到液相色谱检测器多属于浓度型(如紫外、荧光等)检测器,具有浓度型检测器的特征,所以艾明泽等人主编的《化学计量》认为,液相色谱的灵敏度所以推导得到液相色谱的检出限为3.线性灵敏度的测定式(3)也与规程中的公式相差甚远。这是因为JJG705-2002中将流速设为固定值,从而忽略流速的影响,并用峰高代替峰面积来表示灵敏度b=H/W,用浓度(DLC)而不用质量(DLm)来表示液相色谱的检出限:式中:V——低浓度溶液的进样体积;VL——检出限对应进样体积。由于JJG705-2002中指出,在计算检出限时,按20μL进样量计算(即VL=20),代入得即JJG705-2002中的式(5)。三、限制讨论1.利用基线噪音表示k是置信因子,它一般取2或3,与置信区间有关。从多种化学分析仪器检出限计算方法统计来看,k值与S的取值有关:(1)当S用基线噪音表示时,取k=2,置信概率为95%,这多见于色谱类仪器(如气相色谱、液相色谱和离子色谱)。(2)当S用低浓度溶液(或空白)多次(常用11次)测量结果的标准偏差表示时,取k=3,置信概率为99.7%,这类仪器有原子吸收分光光度计、原子荧光光度计、四极杆电感耦合等离子体质谱仪等。2.3仪器应用的影响c质量型和浓度型检测器的区别,在于其响应值是否与浓度或质量相关(特征I),峰面积是否与载体流速相关(特征II),体现在检出限上,在于灵敏度计算公式和检出限单位的不同。很多人对特征I有一定误解,以为浓度型检测器就是响应值,只与进样浓度相关(b=H/C),而液相色谱检测器多属于浓度型检测器,所以推导出其检出限为式(2),即“元氏”公式。实际上,特征I的浓度应该是指经过检测器时的浓度,或者说用A/FC表示的浓度,而非进样浓度C。因为样品进入液相色谱系统后,经过不断的吸附和解吸附过程,可以认为被色谱柱进行浓缩和流动相的再稀释,其经过检测器时的浓度(=A/FC)与样品质量相关(m=C×V)。可见,仪器的响应值与进样浓度和进样体积均相关。同时,根据特征II,液相色谱峰面积与流动相流速成反比,而峰高也受流速影响,但非比例变化。所以能够准确全面反映液相色谱检出限特征,而不受实验条件限制的是式(3),即“艾氏”公式。但是在实际操作中,“艾氏”公式的应用受到影响。因为测量检出限时用的是低浓度溶液,此时样品峰面积小,峰形不规则,干扰峰影响很大,积分得到的峰面积重复性差,所以不利于用峰面积来表示灵敏度。相比之下,峰高受这些因素影响小。但是,由于峰高受流动相流速影响,且非比例变化,所以为了排除流速影响,只能将流速设定为某一特定值,这样得到的峰高就能与进样质量成正比,从而用H/W来表示灵敏度;同时,流速的影响也从检出限公式中抹去。当流速设定为某一特定值后,由规程公式计算得到的检出限比“艾氏”公式更为准确。所以“艾氏”公式更适于高浓度样品的检测。规程公式的不足,在于它忽略了流动相流速的影响,很容易让人误会液相色谱检测器是质量型检测器;同时,不同流速得到的检出限是不同的。所以建议在仪器使用和检定过程中,应注明仪器检出限所对应的流速。如果在规程公式的基础上,再将进样体积抹除,则可以得到“元氏”公式,即“元氏”公式是将流动相流速和进样体积设定为某一特定值得到的结果。3.仪器灵敏度检测有人质疑,如果用高浓度的溶液来测量检出限,就可避免前面所提到的问题,则“艾氏”公式的准确性更高。但是,液相色谱对高低两种不同溶液的灵敏度是不同的。下面以浓度分别为1×10-7g/mL(国家标准物质编号GBW(E)130168)和1×10-4g/mL(国家标准物质编号GBW(E)130167)的萘-甲醇溶液为研究对象,通过岛津SPD-20A紫外检测器的液相色谱仪研究不同浓度范围仪器灵敏度的差别,流动相为纯甲醇,流速为1.0mL/min,检测波长为254nm。实验结果如表1所示。由表1可知,不管是低浓度溶液还是高浓度溶液,峰高与进样质量W都存在很好的线性关系,但由低浓度溶液测得的灵敏度明显高于高溶液时测得的灵敏度。而根据分析仪器检出限的要求,b为低浓度时的仪器灵敏度。所以不能用高浓度溶液来测量分析仪器的检出限,否则得到的检出限将偏高。4.检出限和色谱检出限离子色谱作为一种特殊的液相色谱,具有与液相色谱相似的特征,所以其检出限也应该和液相色谱相同。但是,离子色谱检定规程给出的检出限却与“元氏”公式类似,即简单地用H/C来表示灵敏度,存在的问题前面已分析,所以建议离子色谱也采用式(5)作为其检出限计算公式。四、流动相流速的影响本文从仪器检出限的基本公式入手,推导了液相色谱检出限。由于对仪器灵敏度看法的不同,存在3种液相色谱检出限公式。由于液相色谱检测器多为浓度型检测器,“艾氏”公