
在環(huán)境監(jiān)測分析方法標準的制訂與驗證中,《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ168-2020)明確了一系列關(guān)鍵指標,這些指標是判斷方法是否科學(xué)、可靠、適用的核心依據(jù)。方法驗證是標準落地前的 “關(guān)鍵考核環(huán)節(jié)”,直接影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的可信度。
本文聚焦方法驗證中的核心指標 ——檢出限、測定下限、精密度、正確度、不確定度、精密度、正確度等指標,結(jié)合標準原文展開詳細解讀。

HJ168-2020是環(huán)境監(jiān)測方法的 “設(shè)計手冊”,所有用于水質(zhì)、大氣、土壤等監(jiān)測的分析方法(如氣相色譜法、分光光度法),都必須通過這些指標的 “考核” 才能成為標準方法。簡單說:
• 檢出限:決定方法 “能不能看見” 污染物(定性);
• 測定下限:決定方法 “能不能準確量出” 污染物(定量);
• 精密度:決定方法測出來的結(jié)果 “穩(wěn)不穩(wěn)定”(重復(fù)性);
• 正確度:決定方法測出來的結(jié)果 “偏不偏離真相”(準確性);
• 不確定度:決定方法測出來的結(jié)果 “可信范圍有多大”(結(jié)果分散性量化)
這些指標共同構(gòu)成了監(jiān)測數(shù)據(jù)的 “可靠性防線”。


定義
用特定分析方法在給定的置信度內(nèi)可從樣品中定性檢出待測物質(zhì)的最低濃度或最小量。
通俗理解:檢出限就像顯微鏡的“最小放大倍數(shù)”—— 只有污染物濃度達到這個“倍數(shù)”,你才能確定“哦,這里有污染物”;如果低于這個濃度,就只能說“沒看見”,沒法確定有沒有。
• 定性屬性:只判斷“有/無”,不保證“量準”;
• 置信度要求:默認99%置信度(即“有99%的把握不是誤判”);
• 與儀器檢出限的區(qū)別:方法檢出限包含樣品前處理(如萃取、濃縮)的損失,比儀器檢出限(僅儀器本身)更高,更貼近實際監(jiān)測場景。

確定方法和計算公式
1)空白試驗中檢測出目標物
按照樣品分析的全部步驟,重復(fù)n(n≥7)次空白試驗(以各類便攜式、集成式儀器為基礎(chǔ)建立的方法標準應(yīng)根據(jù)儀器的性能盡可能增加重復(fù)測定次數(shù)),將各測定結(jié)果換算為樣 品中的濃度或含量,計算n次平行測定的標準偏差。用多次測定的波動范圍(標準偏差),乘以統(tǒng)計系數(shù)(t值),確保 99%置信度下能檢出。
MDL=t(n−1,0.99)×S
t(n−1,0.99):自由度為n−1(n為平行測定次數(shù))、置信度 99% 的單側(cè) t 分布值(查表 A.1,如n=7時,t=3.143)

S:n次平行測定結(jié)果的標準偏差(反映數(shù)據(jù)波動)
2)空白試驗中未檢測出目標物
按照樣品分析的全部步驟,對濃度值或含量為估計方法檢出限值3~5倍的樣品進行n(n≥7)次平行測定。計算n次平行測定的標準偏差,按上述公式計算方法檢出限。MDL值計算出來后,應(yīng)判斷其合理性。

意義
用于判斷“樣品中是否含有目標物”(如某污染物標準限值為0.05 mg/L,若方法 MDL=0.03 mg/L,則能檢出接近限值的污染物;若MDL=0.1mg/L,則無法檢出限值附近的污染物,方法不適用。)


定義
在限定誤差能滿足預(yù)定要求的前提下,用特定分析方法能夠準確定量測定待測物質(zhì)的最低濃度或最小量。
與檢出限的核心區(qū)別
| 指標 | 精度 | 誤差要求 | 應(yīng)用場景 |
| 檢出限 | 定性 | 無嚴格誤差要求 | 篩查、應(yīng)急監(jiān)測(如判斷是否超標) |
| 測定下限 | 定量 | 誤差≤20%(通常) | 常規(guī)監(jiān)測(如報具體濃度值) |
計算公式
通用規(guī)則:測定下限=4×檢出限
(因4倍MDL時,相對標準偏差通常≤20%,滿足定量誤差要求)
意義
決定方法“能不能用于常規(guī)監(jiān)測”:若某污染物排放標準限值為0.1 mg/L,而方法測定下限=0.12mg/L,則無法準確測定限值附近的濃度,方法不適用。
一圖總結(jié)


定義
在規(guī)定條件下,獨立測試結(jié)果間的一致程度。
通俗理解:精密度就像做蛋糕:如果同一個人用同一套配方,每次做出來的口感、重量都差不多,說明“精密度好”;如果這次甜、下次淡,這次重 200g、下次重 150g,就是“精密度差”。
• 定量表征:相對標準偏差RSD
• 重復(fù)性:同一實驗室、同一操作者、相同儀器、相同條件,僅時間不同;
• 再現(xiàn)性:不同實驗室、不同操作者、相同儀器、相同條件,實驗室、人員不同(如全國驗證)。

確定方法和計算公式
1)確定方法
• 濃度選擇:高(校準曲線上限 90%)、中(曲線中點)、低(測定下限附近)3 個濃度;
• 測定要求:每個濃度平行測 6 次,全流程操作(含前處理);
• 數(shù)據(jù)匯總:計算各實驗室的 RSD,以及實驗室間的 RSD、重復(fù)性限r(nóng)、再現(xiàn)性限R。
若使用統(tǒng)一樣品,需計算 “實驗室間相對標準偏差”“重復(fù)性限(r)”“再現(xiàn)性限(R)”(重復(fù)性限指同一實驗室兩次結(jié)果差值≤r 的概率為 95%,再現(xiàn)性限同理);
若使用非統(tǒng)一樣品,需給出各實驗室的 RSD 范圍。
2)實驗室內(nèi)相對標準偏差(重復(fù)性的核心指標)
對某一水平濃度的樣品在第i個實驗室內(nèi)進行n次平行測定,實驗室內(nèi)相對標準偏差按如下公式進行計算。

xi:某實驗室對某濃度樣品的n次平行測定均值;
Si:該實驗室測定結(jié)果的標準偏差。
3)實驗室間相對標準偏差
對某一水平濃度的樣品在l個實驗室內(nèi)進行測定,實驗室間相對標準偏差按如下公式進行計算。

x:l個實驗室對某一濃度水平樣品測試的平均值;
S’:實驗室間標準偏差。
4)重復(fù)性限(r)與再現(xiàn)性限(R):“允許的最大差值”
對某一水平濃度的樣品進行l(wèi) 個實驗室的驗證實驗,每個實驗室平行測定n 次,按如下公式進行重復(fù)性限r(nóng) 和再現(xiàn)性限R 的計算:


定義
多次重復(fù)測量所測得的量值的平均值與一個參考量值的一致程度。
很多人會混淆 “正確度” 和 “準確度”,HJ 168 明確了兩者的關(guān)系:
• 準確度:測得值與真值的一致程度。(準確度由正確度和精密度兩個指標進行表征。既看均值偏倚,也看數(shù)據(jù)分散。)
• 正確度:只看均值與參考值的偏差,不看數(shù)據(jù)分散。

• 正確度高:子彈都打在靶心附近(均值準);
• 精密度高:子彈都打在同一區(qū)域(分散小);
• 準確度高:子彈既集中(精密度高)又靠近靶心(正確度高)。
計算公式
正確度用“相對誤差”(對標樣)和“加標回收率”(對實際樣品)衡量,這是最常用的兩個指標。
有證標準物質(zhì)/標準樣品的測定:各驗證實驗室采用高、中、低3個不同濃度或含量(與精密度驗證相同)的統(tǒng)一樣品,按全程序每個樣品至少平行測定6次,分別計算各濃度或含量樣品的相對誤差。
• 相對誤差:


實際樣品的測定:各驗證實驗室應(yīng)對適用范圍內(nèi)每個樣品類型的1~3個濃度或含量的樣品中分別加入一定量的有證標準物質(zhì)/標準樣品進行測定(樣品有檢出時,加標濃度應(yīng)為樣品濃度的0.5~3倍;樣品未檢出時, 加標濃度應(yīng)盡可能包含適用的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量標準、生態(tài)環(huán)境風(fēng)險管控標準、污染物排放標準限值的濃度),按全程序每個加標樣品至少平行測定6次,分別計算各類型樣品中各濃度或含量樣品的加標回收率。
• 加標回收率:

xi:實際樣品的本底濃度均值(未加標);
yi:加標后樣品的濃度均值;
μ:加標量(要求:加標后濃度≤校準曲線上限,且加標量為原濃度的 0.5~3 倍)



通常回收率在 80%~120% 之間。