三、分析测试过程的质量控制
质量控制是为保证实验室中得到的数据的准确度和精密度落在已知的置信概率下所采取的措施。分析测试过程质量控制的目的是把分析误差控制在允许限度内,保证测定结果有与要求相应的精密度和准确度。为此,在分析测试过程中,可以采取下面这些措施来控制分析测试结果的质量。
1.空白试验
由试剂和器皿带进杂质所造成的系统误差,一般可作空白试验来扣除。
（1）空白对测定结果的影响 空白试验值的大小及其分散程度,对分析结果的精密度和分析方法的检测限都有很大的影响。空白试验值的数值和重复性可以反映一个实验室水平,如实验室用水和化学试剂的纯度、玻璃容器的洁净度、分析仪器的精度和仪器的状况、实验室的环境污染情况以及检验人员的水平和经验等。在痕量或超痕量分析工作中必须全过程（取样、样品传递、贮存、处理及测定）控制样品不被玷污,全过程的玷污产生的误差通过空白测定来校正。
（2）空白试验和检测限 空白试验是以溶剂（一般是水）代替实际样品,按测定实际样品相同的方法和步骤对其进行分析测定。每天测定两个空白样品,共测5～6天,计算测定结果的标准偏差（sB）,由此计算出测定方法的检测限（L）。如果检测限高于标准分析方法中的规定值,说明由试剂、蒸馏水及实验器皿等引起的系统误差较大,应采取措施降低空白值,直至检测限合格为止。
检测限（limit of determination）是指对某一特定的分析方法,在给定的置信水平内,可以从样品中定量检测出待测物质的最小浓度或最小量。检测限由空白试验的多次测量结果的标准偏差计算得到,计算公式如下。
L=
（1-19）
式中 S——测定方法的灵敏度,亦即工作曲线的斜率,其实际意义为待测物质单位浓度或量所产生的分析信号值；
sB——空白实验多次测量结果的标准偏差,它反映了测量方法或仪器噪声水平的高低；
K——根据一定置信水平确定的系数。
由式（1-19）可以知道,测定方法的检测限与仪器的信噪比（信号与噪声之比）有关,信噪比越高,检测限越低。
对于系数K,IUPAC （国际纯粹与应用化学联合会）建议：光谱分析法取K=3,相应的置信度为90%。直接电位法通过作图法求得检测限；气相色谱法以产生2倍噪声信号时的待测物质浓度或量为检测限,即取K=2。
（3）空白值的控制 对于痕量和超痕量组分的测定,高和不稳定的空白试验值,对测定结果影响很大。可靠的方法是把空白值降至可以忽略不计的程度。控制空白值可从以下方面入手。
① 控制环境对样品的污染。普通实验室空气中的尘埃含有多种元素,对被测的含量组分有明显的玷污。必要时应采取局部或整个实验室的防尘与空气净化措施,如使用超净室。
② 提纯化学试剂,降低试剂空白值。对于痕量和超痕量组分的测定应采用高纯试剂、高纯水可以降低试剂导致的空白值。
③ 防止器皿对样品的污染。材质不当或不洁净的器皿会玷污样品。痕量分析应采用高纯惰性材料制成的器皿 , 如聚四氟乙烯、透明石英制成的器皿。
2.校准曲线（calibration curve）
（1）校准曲线的绘制 校准曲线是用于描述待测物质的浓度或量与测量仪器的响应量或其他指标量之间定量关系的曲线。校准曲线包括工作曲线（working curve）和标准曲线（standard curve）。绘制校准曲线时,一般可配制4～6个不同浓度的待测物质标准溶液,采用与样品分析完全相同的分析步骤操作,最后以标准溶液中待测物质的浓度或量为横坐标,以测量信号值为纵坐标绘制的曲线为工作曲线。若标准溶液的分析步骤与样品分析步骤不完全相同,得到的校准曲线为标准曲线。校准曲线一般可以直接测定,但如果样品前处理较复杂导致被测组分损失,并不可忽略时,则应和样品同样处理后再测定。
为使分析结果的误差限定在要求的范围内,样品含量的测定范围应限制在校准曲线的线性范围内,而且最好是取适量的样品使被测样品的含量落在校准曲线的中部,这样测定的误差最小。校准曲线的线性范围一般为校准曲线的最高含量值与检测下限值之间。校准曲线不可延长使用,因为校准曲线的斜率常因温度、试剂批号、仪器等条件的变化而改变。在测定未知样品的同时绘制校准曲线是最佳的。否则,应在测定样品的同时,同时测定线性范围内中等含量标准溶液和空白溶液各两份,取均值相减后,与已绘制的校准曲线上相同点进行核对。两者的相对差值不得大于 5%～10%,否则应重新绘制校准曲线。
（2）校准曲线的线性 线性检验相关系数体现校准曲线两个变量的线性关系,决定校准曲线的质量和样品测定结果的准确度。
对于以4～6个浓度单位所获得的测量信号值绘制的校准曲线,一般要求其相关系数r≥0.9990,否则应查找原因加以纠正,重新绘制校准曲线。
影响校准曲线线性关系的因素有：
① 分析方法本身的精密度；
② 仪器设备的精密度（ 包括量取标准溶液所用量器的准确度）；
③ 溶剂挥发造成浓度的变化；
④ 检验人员的操作水平等。
（3）校准曲线的回归 用作图的方法绘制的校准曲线存在较大的误差,并容易受到操作者的主观因素的影响。因此,对于线性关系不好的校准曲线,应在消除可纠正因素的影响后,对标准溶液的测量信号值及其浓度数据进行回归分析,建立回归方程（regression equation）y=a+bx,再绘制校准曲线。
（4）截距检验 截距检验是检验校准曲线的准确度。将截距a与0作t检验,当取95%置信概率时,经检验无显著性差异时,可将a视为0,方程简化为y=bx。当a与0有显著性差异时,表示回归方程代表的校准曲线的准确度不高,应查找原因予以纠正后重新绘制校准曲线,线性和截距检验合格后投入使用。
（5）斜率检验 斜率的大小可以反映方法的灵敏度。方法的灵敏度是随实验条件的变化而改变的。实验条件相同时,随机误差导致斜率变化的允许范围因分析方法的精度不同而异。如一般情况下,分子吸收分光光度法允许斜率的相对差值为5%,原子吸收分光光度法允许的斜率相对差值为10%。
3.平行试验
进行平行样测定是对测定进行最低限度的精密度检查。平行双样（也称双联样）的测定,有助于减小随机误差,有助于估计测定的精密度。
一般标准方法规定,检验人员对同一样品同时分取两份（称量取样时,称样量尽可能相近）进行平行样品的测定,平行双样测定的结果应小于方法规定的允许差（重复性限r）,也即两个平行测定结果之差的绝对值不应大于标准方法所规定室内相对标准差的2.8倍。若两结果之差大于重复性限r,必须再做2次测试。若要进行4次平行测定（如标定标准滴定溶液）,则4个结果的极差 （Xmax-Xmin）等于或小于n=4的临界极差CrR95（4）,则取4个结果的平均值作为最终结果,若极差大于临界极差CrR95（4）,则取4个结果的中位数作为最终结果。如果测试费用较高,可再做 1 次测试,同上判断。
两个实验室间测定的结果之差的绝对值应小于再现性限R,也即应小于室间相对标准差的2.8倍。
例如测定试样中某一含量为12mg/L 的杂质组分,实验室内相对标准偏差为3.1%,实验室间相对标准偏差为4.2%, 则室内平行测定绝对差值应小于1.0mg/L,两个实验室测定值之差应小于 1.4mg/L。
对于标定标准滴定溶液浓度时的规定参见GB/T 601—2002《化学试剂标准滴定溶液的制备》。
测定结果极差不能满足标准方法规定,需重新测定。必要时应审查方法和（或）测试的精密度。
4.测定回收率
若要获得高准确度的测量结果,不可忽视样品处理产生的误差。在取样和样品处理过程中,被测组分发生分解、挥发或分离、富集不完全导致产生负的系统误差,检验过程中使用的器皿、化学试剂和环境可能导致正的系统误差,而且也不可避免地引入随机误差。所以对样品处理过程应加以重视。在样品处理过程中最佳的回收率是100%。实验室中通常可以用下面的方法测定回收率。
在测试样品时,同时另取一份试样,加入适量的标样,根据标样含量的已知值和实际测定值,可以计算出加标回收率。加标量不能太大,一般为试样含量的0.5～2倍,且加标后的总含量不应超过测定的上限；加入的标样浓度应较高,加入标样的体积应较小,一般不要超过原试样体积的1%, 否则试样的基体背景将会改变。加标回收率在一定程度上可以反映测定结果的准确度。不过,加标回收法测出的回收率有时不一定能反映样品的实际回收率,因为加入的标准是一种简单的离子或化合物,样品中被测组分的存在形态往往比较复杂,而且受其他组分的影响。
采用与被测样品组成相似的标准物质（要求标准物质的基体尽可能与样品基体相同）,用与样品测定相同的方法（包括样品处理步骤）测定标准物质,测定值与标准物质的保证值之比即为回收率。
回收率与样品类型、处理方法、被测组分及含量水平有关,在有关的质量保证手册中,对例行分析回收率控制指标做了原则性的规定,如果分析方法中未规定范围值时,可以将加标回收率目标值规定为 95%～105%,也可参照表1-5。
表1-5 加标回收率与含量的关系
5.检出限（detection limit）
测定方法的检出限是在一定置信概率（通常取置信度为99.7%）下,能产生一个确保在试样中存在被测组分的分析信号所需要的该组分的最小含量（或浓度）。此最小含量产生的信号在一定置信概率下能与空白值或仪器噪声区分开。
国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）对分析方法的检出限的规定是：在与实际样品测定相同条件下,对不加入被测组分的溶剂进行重复测定,测定次数一般为20次,算出测定值的平均值
和标准偏差sB。在一定置信概率下。被检出的最小测量值为
xL=+3sB （1-20）
xL=时,即3sB对应的被测组分的含量QL或浓度cL就是方法的检出限,即
QL（或cL）=
=
（1-21）
式中 b——方法的灵敏度（即低浓度区校正曲线的斜率,它表示被测组分含量或浓度改变一个单位时分析信号的变化量）。
检出限是表征分析方法检测能力的一个参数,评价分析方法的一个指标。
6.对照试验
对照试验是用已知结果的试样与被测试样一起进行试验,在进行样品分析的同时,分析含量相近的有证标准物质,在确认两者没有基体效应或基体效应可忽略时,通过标准物质的实际测定值是否符合证书给定值的不确定度要求,可以确定试样分析结果的准确度是否可以接受。
对照试验也可用其他可靠的分析方法进行对照试验,也可由不同人员、不同实验进行对照试验。对照试验可以检查所用试剂是否失效或反应条件等控制是否正确,它是检验分析过程系统误差的有效方法。