李昌厚：保證分析檢測數據可靠性的一些關鍵問題（一）

摘要

　　本文討論了為了保證分析檢測數據的可靠性，分析檢測人員必須重視的以下7個問題：影響分析測試誤差的5大因素、對分析誤差的表述、排除疑問數據的方法、判斷分析檢測數據可靠性的具體方法、理解儀器的性能技術指標對分析誤差的影響及有關問題、處理好日常分析檢測報告中常見的一些錯誤、儀器條件對檢測結果的影響、開展方法學研究等。

前言

　　分析檢測從業者工作的目的就是得到準確可靠的數據。如何得到準確、可靠的分析檢測數據，對所有人來說是一個值得深入探討的問題，絕非像有些人所說，“只要儀器好，分析檢測數據就可靠”這樣簡單。在本文中，作者將自己幾十年來研發、使用分析儀器的經驗，以及總結研究生、長期從事分析檢測工作員工在工作過程中的經驗、教訓，提出了一些保證分析檢測數據可靠性的關鍵因素，這些因素可供分析儀器研發、生產、使用工作者們參考。

　　作者認為，這些因素，特別對專業從事分析檢測工作的科技工作者（包括國家質檢部門的專業檢測人員、科研院所的有關分析測試人員、第三方檢測機構的有關人員等等）有較好的參考意義，這些部門的相關科技工作者們都應該高度重視分析檢測數據可靠性。

重視消除分析檢測誤差產生的五大因素

　　一般來講，傳統的誤差理論將誤差區分為隨機誤差和系統誤差。在測量過程中，某些影響分析測量誤差的因素不可能得到全部控制，所以不可避免會產生各種誤差。原子吸收分光光度計（AAS）、紫外可見分光光度計（UVS）等各類光譜儀器，高效液相色譜（HPLC）、氣相色譜（GC）等色譜儀器和質譜（MS）、色質聯用等儀器都是如此。據統計，樣品前處理過程可占到整個樣品分析的60%時間，分析測試的誤差大多由儀器本身或樣品前處理過程中產生。

　　由于誤差不可避免，所有分析檢測工作者必須重視影響儀器測量結果可靠性的因素，特別是要重視隨機誤差和系統誤差對分析檢測結果可靠性的影響。分析檢測工作者必須理解自己的任務和目標，然后沿著任務和目標去努力。

　　分析測試工作者的基本要求和主要目標就是得到準確、可靠的分析測試數據。那么如何才能得到準確可靠的數據呢？要得到準確可靠的數據應注意哪些方面呢？作者認為，關鍵是要重視影響分析檢測誤差的來源和分析誤差相關因素，并且努力消除之。目前，全世界的科學家一致公認，分析誤差的來源，最主要的是五個方面：

　　樣品前處理

　　樣品前處理占分析誤差比重很大（約占總誤差的30%），前處理過程不但產生很大的分析檢測誤差，而且所占時間很多（占總時長的61%）。

樣品檢測環節所占時間比重

　　儀器的主要性能指標

　　儀器的技術指標非常重要，能直接影響或限制分析誤差（約占總誤差的30%）。例如：光譜儀器的波長準確度、波長重復性、雜散光（熒光背景）、噪聲（N）、積分時間、檢測限、分辨率、穩定性等等，都是直接影響分析檢測數據可靠性的關鍵指。

　　儀器條件的選擇和操作水平

　　SBW、積分時間、進樣方式、清潔衛生等，這些因素產生的誤差約占總誤差的35%。

　　分析方法產生的誤差

　　各類分析儀器本身普遍存在理論誤差，例如：吸收光譜是研究物質對光的吸收的分析設備，它是根據比耳定律設計的。但比耳定律理論上是指平行光照射物質上，物質對這束平行光產生吸收。由于市面上99%的吸收光譜類儀器不是平行光，所以會產生理論誤差^[1]。此外還有數據處理算法、回歸方程不完善等因素，造成分析誤差（約占總誤差的2%）。

　　環境干擾產生的誤差

　　儀器放置處的電場、磁場、振動等等的干擾等均會產生分析誤差（約占總誤差的3%）。

　　上述5個方面的問題都是直接影響分析誤差的主要因素，是廣大分析檢測工作者需要高度重視的問題。認真努力解決或處理好這5個問題，是廣大分析檢測工作者的基本要求和目標。

重視對分析檢測數據誤差的準確表述

　　在正式討論前，先簡單介紹國際上幾個主要表述分析檢測誤差的定義和術語

　　精密度有關的定義和術語

　　按ISO 5725、GB/T 6379 和GB/T 3358.1等標準，對《統計學術語》、精密度、正確度等的有關定義與術語表述于下：

　　接受參照值（accepted reference）：用作比較的、經協商同意的標準值，它來源于：

　　1）基于科學原理的理論值或確定值；

　　2）基于一些國家或國際組織的實驗工作的指定值或認證值；

　　3）基于科學或工程組織贊助下，合作實驗室工作中的同意值或認證值；

　　當 1）、2）、3）不能獲得時，則用可測量的期望值，即規定測量總體的均值。

　　準確度（accuracy）：測試結果與接受參照值間的一致程度；或測量值與標準值之差為準確度。注意：準確度是當用于一組測試數據時，由隨機誤差分量和系統誤差（即偏倚）分量組成的值。

　　正確度（trueness）：由大量測試結果得到的平均數與接受參照值間的一致程度。注意：正確度的量度通常用術語偏倚表示。

　　重復性（repertability）：在重復性條件下的精密度或離散性。

　　重復性條件（repertability conditions）：在同一實驗室，由同一操作員使用相同的設備，按相同的測量方法，在短時間內對同一被測對象相互獨立的測量條件。

　　重復性標準差（repertability standard deviation）：在重復性條件下所得測試結果的標準差。

　　重復性限：一個數值，在重復性條件下，兩個測試結果的絕對差小于或等于此數的概率為95％，用r表示。

　　再現性（reproducibility）：在再現性條件下的精密度。

　　再現性條件（reproducibility conditions）：在不同實驗室、由不同操作員使用不同的設備，按相同的測試方法，對同一被測對象相互獨立進行的測試條件。

　　再現性標準差（reproducibility standard deviation）：測試結果的絕對差小于或等于在再現性條件下所得測試結果的標準差。

　　再現性限：一個數值，在再現性條件下，兩個于此數的概率為95％，用R表示。

　　精密度的表示方法：

　　目前，一般按ISO 5725和GB 6379的規定，用測量重復性和再現性（復現性）來表示精密度。

　　過去，分析方法的精密度大都以“允許差”表達；但是，用允許差來表達精密度的方式在理論上和實踐上都會遇到不少矛盾，可操作性差。例如：

　　1）對允許差的具體應用條件無明確規定。

　　2）不同的分析方法產生的誤差因素不同，幾個不同的分析方法采用同一允許差數值，顯然是不合理的。

　　3）一個測量范圍使用同一允許差數值，在一個較寬的范圍內使用同一允許差數值來判斷是不等權的。例如：我國上世紀五十年代鋼鐵及合金分析方法的允許差是套用前蘇聯ГОСТ方法的允許差，后來分析方法標準修訂時大都經協商確定。這種“協商”或“估計”雖然有一定的實驗基礎或“實踐經驗”，但缺乏定量依據，因此是不妥的。

重視對分析檢測數據有疑問時的解決方法

　　我們在日常的分析測試工作中，許多分析工作者往往不會分析、判斷自己分析測試的數據是否正確、是否可靠，甚至有時對自己分析測試的數據有點半信半疑。特別是當有人問及分析測試數據的可靠性時，不敢直捷了當的回答。這樣的情況，如果在質檢部門出現將嚴重影響執法，有時會產生嚴重后果。即使是在一般的科研工作中，這種情況也是不允許的。因此，如何判斷分析測試數據的可靠性，是分析測試工作者要解決的重要問題之一。

　　 當分析測試工作者完成自己的分析測試任務后，如果發現數據有疑問，或發現數據不可靠，怎么辦？積作者之經驗，應該首先分析、考慮以下個問題：

　　1.首先要查看自己的樣品是否正確（名稱、等級），樣品、溶劑是否過期、量具是否符合要求、稱量是否準確。特別是出現懷疑測試數據有問題時，首先要考慮試樣的前處理過程，詳細檢查試樣前處理過程中的每一步是否嚴格按照要求處理，不能有半點疏忽。

　　2. 查儀器條件的選擇是否恰當。例如：光譜儀器的波長設置、掃描速度選擇、量程選擇等是否合理；色譜儀器的流動相流速、柱子的壽命、檢測器是否進行了調零，是否作了基線校正、是否作了暗電流校正、空白調0的溶液是否符合要求等。

　　特別是分析儀器的調0問題，一般來講，分析儀器的調0分為儀器調0和空白調0兩種。從儀器學理論來看，儀器調0是消除由于儀器噪聲、漂移、外界干擾等因素造成的儀器0點不在原位的情況。主要方法是通過儀器的光學、機械、電子學、計算機等來實現儀器歸0。如果儀器的調0不好，整個分析過程中儀器都不可能穩定，不能得到穩定、可靠的分析測試數據。空白調0是利用空白溶液校正儀器測試樣品前的綜合0點，這是分析工作者用好儀器、保證分析結果的可靠性最重要的一步。有些分析工作者為了省事，不管對什么樣品的分析，一律用蒸餾水作為空白來調0，這是很不妥的。因為有些儀器分析（如原子吸收）的試樣越稀，誤差越大，不能不分具體情況盲目用蒸餾水調 0。要根據儀器特性，如生化儀器、PCR等可以用蒸餾水調0，有些則不能用蒸餾水（如AAS、UVS等），某些儀器則需要參比液調0（如雙光路UVS）。所以，分析測試工作者一定要注意調0的問題。據作者的經驗，一般來講，AAS使用3倍最小檢測限的溶夜或0.5％的硝酸水溶液調0為最佳。同時，還要特別注意試樣的PH值，要保證試樣與空白的PH值接近，否則會出現負峰。

　　除了調0影響，對嚴重影響分析結果的光度準確度（檢測的最終結果）相關性能技術指標更要嚴加檢查。例如對AAS要檢查儀器的噪聲、檢測限、邊緣能量、特征濃度、特征量等，UVS要檢測噪聲（N）、光譜帶寬（SBW）、雜散光（SL）等是否符合要求。對使用了若干年的舊儀器，長期使用導致儀器光學元件受潮或污染，使光學性能變壞、信噪比降低，進而影響測試數據的可靠性。從儀器學理論講：一般在試樣濃度較稀時更要注意檢查噪聲。因為噪聲是限制被測試樣檢測限的性能技術指標，是主要分析誤差的來源，反之則要認真檢查SL。因為SL是限制被測試試樣濃度上限的性能技術指標，也是主要分析誤差的來源之一。特別是由于長期使用，光柵傳動機構受到磨損，會產生波長準確度誤差，導致分析測試數據不準，這個問題也應該引起高度重視。

　　對于長期不用的儀器，同時懷疑數據有問題時，首先應對儀器的主要性能技術指標作全面測試，一定要保證儀器的主要技術指標符合國家有關計量檢定規程的要求（與檢定證書一致）。

　　3.認真查看儀器周圍有無干擾存在，特別是電、磁場的干擾更要重視，哪怕是幾十米或近百米以外飛機的起降，都應作為考慮的因素。震動干擾也應注意排除，否則得不到可靠的分析測試結果。

　　如果是發現分析測試結果與文獻值或標準或與其它儀器分析測試的結果不一致時，首先要查看儀器條件（波長、光譜帶寬、掃描速度；液相色譜儀的流動相流速、色譜柱等）設置是否一致、儀器的檔次（型號、噪聲、檢測限等）是否符合要求，儀器的條件選擇是否一致和合理等。

　　文已至此，大家已經知道了3個保證分析檢測數據可靠性的重要問題。在第二篇文章中，李昌厚老師帶您了解如何通過數據處理和數據可靠性判斷相關方法、如何理解儀器性能指標對分析誤差的影響、如何破解日常分析檢測工作中數據處理的常見錯誤？請您繼續關注由李昌厚老師撰寫的“保證分析檢測數據可靠性的一些關鍵問題（二）”

　　作者簡介

　　李昌厚，男，中國科學院上海生物工程研究中心原儀器分析室主任、兼生命科學儀器及其應用研究室主任、教授、博士生導師、華東理工大學兼職教授，終身享受國務院政府特殊津貼。

　　主要研究方向：長期從事分析儀器研究開發和分析儀器應用研究。主要從事光譜儀器（紫外吸收光譜、原子吸收光譜、旋光光譜、分子熒光光譜、原子熒光、拉曼光譜等）、色譜儀器（液相色譜、氣相色譜等）及其應用研究；特別對《儀器學理論》和分析儀器指標檢測等方面有精深研究；以第一完成者身份，完成科研成果15項。由中科院組織專家鑒定，其中13項達到鑒定時國際上同類儀器的先進水平，2項填補國內空白；以第一完成者身份獲得國家級和省部級科技成果獎5項（含國家發明獎1項）；發表論文183篇，出版專著5本；曾經任中國儀器儀表學會理事、中國儀器儀表學會分析儀器分會第五屆、第六屆付理事長、國家認監委計量認證/審查認可國家級常任評審員、國家科技部“十五”、“十一五”、“十二五”和“十三五”重大儀器及其應用專項的技術專家組成員或組長、上海市科學儀器專家組成員、《光學儀器》副主編、《生命科學儀器》付主編、《光譜儀器與分析》副主編、上海化工研究院院士專家工作站成員等十多個學術團體和專家委員會成員等職。