LC-MS校準(zhǔn)測(cè)量不確定度分析

孫銀合，郭知明，李紅亮，姚 堯，白玉潔

（天津市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)科學(xué)研究院，天津 300192）

目前，LC-MS（液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀）分析技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)藥、化學(xué)、化工和環(huán)境等學(xué)科領(lǐng)域。液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的原理是：液相色譜通過色譜柱將樣品各個(gè)組分分離開來，進(jìn)入質(zhì)譜，在質(zhì)譜中各組分在離子源中發(fā)生電離，生成不同荷質(zhì)比的帶電荷的離子，經(jīng)加速電場(chǎng)的作用形成離子束，進(jìn)入質(zhì)量分析器，并按離子質(zhì)荷比的不同而分離，在質(zhì)量分析器中，再利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)使其發(fā)生相反的速度色散，將它們分別聚焦而得到質(zhì)譜圖，從而確定其質(zhì)量。在LC-MS（液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀）中，常見的質(zhì)譜類型有單四級(jí)桿、三重四級(jí)桿、離子阱。

LC-MS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)明顯，即分析范圍廣，普適性強(qiáng)，可以有效解決熱不穩(wěn)定性化合物分析檢測(cè)的難題；分離能力強(qiáng)，有些時(shí)候由于化合物極性非常接近，很容易出現(xiàn)在色譜柱上不能完全分離的情況，采用液質(zhì)聯(lián)用的方法可以有效解決這個(gè)問題，質(zhì)譜分析不僅可以檢測(cè)出所有化合物的分子量，還可以給出不同化合物各自的結(jié)構(gòu)信息；高靈敏度，一般在＜10-12g水平的樣品都可以通過質(zhì)譜法來檢測(cè)。與此同時(shí)，對(duì)于沒有紫外吸收的復(fù)雜化合物，液質(zhì)聯(lián)用儀也能有不錯(cuò)的效果。

在檢測(cè)領(lǐng)域，準(zhǔn)確度高的檢測(cè)結(jié)果與檢測(cè)儀器的高計(jì)量性能是分不開的，只有明確了所用檢測(cè)儀器的計(jì)量性能，才能給出相對(duì)可靠的參數(shù)，所以，評(píng)定校準(zhǔn)過程中LC-MS信噪比測(cè)量不確定度，為該儀器提供準(zhǔn)確、可靠的計(jì)量參數(shù)，顯得十分重要。

1 數(shù)學(xué)模型的建立

信噪比，英文名稱為SNR，或S/N（SIGNAL-NOISE RATIO），是電子系統(tǒng)信號(hào)與噪聲的比例。由JJF 1317—2011《液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀》校準(zhǔn)規(guī)范可知，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的信噪比（S/N）由式（1）計(jì)算，為了使用方便，信噪比（S/N）用z表示，即：

式（1）中：z為信噪比；Hs為提取離子的色譜峰峰高；Hn為提取離子的色譜峰峰高；K為單位質(zhì)量響應(yīng)值，為常數(shù)，pg-1；c為所用溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的質(zhì)量濃度，ng/μL；V1為稀釋溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)時(shí)，移液器或移液管的取液體積，mL；V2為稀釋溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)時(shí)，所用容量瓶的體積，mL；V為進(jìn)樣體積，μL。

根據(jù)不確定度合成法則，由于式（1）中各分量彼此獨(dú)立，所以，靈敏系數(shù)分別為1，1，1，－1，－1，則不確定度傳播律簡(jiǎn)化為：

因此，相對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

通過分析建立數(shù)學(xué)模型可知，信噪比（S/N）測(cè)量不確定度來源分為A類（可以根據(jù)一系列測(cè)得值的統(tǒng)計(jì)分布，按統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行評(píng)定，用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差表征）和B類（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或其他信息假設(shè)的概率分布，按非統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行評(píng)定，也用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示）。所以，信噪比B類不確定度來源有：溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度的相對(duì)不確定度urel（c），移液器取液體體積的相對(duì)不確定度urel（V1），容量瓶體積的相對(duì)不確定度urel（V2），此項(xiàng)含環(huán)境溫度變化引起體積變化引入的不確定度，進(jìn)樣體積的相對(duì)不確定度urel（V），噪聲強(qiáng)度測(cè)量不確定度urel（Hn）；A類不確定度來源有：測(cè)量重復(fù)性不確定度urel（A），對(duì)它們分別評(píng)定如下。

2.1 溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度的相對(duì)不確定度urel（c）

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度由國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書給出，Urel＝2.0%（k＝2），則相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2 移液器移取液體體積的相對(duì)不確定度urel（V1）

對(duì)于移液器，通過計(jì)量部門出具的檢定證書，查得檢定點(diǎn)所用的取液體積（V1）100 μL對(duì)應(yīng)的容量允許誤差為2 μL。假設(shè)均勻分布，即k＝，則該項(xiàng)不確定度為：urel（V1）=

2.3 容量瓶體積的相對(duì)不確定度urel（V2）

通過容量瓶的檢定證書，查得A級(jí)10 mL容量瓶標(biāo)稱容量（V2）對(duì)應(yīng)的允差為0.02 mL，按均勻分布計(jì)算，即k

另外，稀釋過程中環(huán)境、溫度的變化也會(huì)引起體積變化的不確定度。在20℃±2℃條件下，由于溫度波動(dòng)，引起溶液和容量瓶體積發(fā)生變化，對(duì)濃度造成影響。該影響引起的不確定度可以通過估算該溫度范圍和體積膨脹系數(shù)來計(jì)算，因?yàn)橐后w的體積膨脹系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于容量瓶的體積膨脹系數(shù)，因此，后者可以忽略，只需考慮前者即可。甲醇的體積膨脹系數(shù)為 1.2×10-3℃-1，因此，產(chǎn)生的體積變化為±（V×2×1.2×10-3）。假設(shè)為均勻分布，包含因子 k＝，則稀釋過程中環(huán)境、溫度變化引起體積變化的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.4 進(jìn)樣體積的相對(duì)不確定度urel（V）

LC-MS儀器通常采用自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)樣，對(duì)采用自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)樣的儀器，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（V）是由自動(dòng)進(jìn)樣器的重復(fù)性引入的，通過實(shí)驗(yàn)重復(fù)6次的重復(fù)性相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為1.0%，

2.5 噪聲強(qiáng)度測(cè)量不確定度urel（Hn）

噪聲強(qiáng)度的A類不確定度已經(jīng)在“測(cè)量重復(fù)性”中計(jì)算，該項(xiàng)為噪聲強(qiáng)度的B類不確定度。在實(shí)際計(jì)算中，將譜圖放大后從工作站上讀取噪聲強(qiáng)度，該項(xiàng)不確定度極小，可以忽略，認(rèn)為其值為0.

2.6 測(cè)量重復(fù)性不確定度urel（A）

對(duì)同一臺(tái)LC-MS儀器連續(xù)測(cè)量11次信噪比（S/N），結(jié)果如表1所示，得到的相對(duì)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差s＝0.086，因?yàn)闄z定時(shí)以 6次平均值作為結(jié)果，所以有

表1 信噪比重復(fù)性測(cè)量表

2.7 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量如表2所示。

表2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

其中，urel（c）、urel（V1）、urel（V2）、urel（V）、urel（Hn）合成后為B類不確定度urel（B）。與A類不確定度urel（A）合成后，得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2.8 相對(duì)擴(kuò)展不確定度

取包含因子k＝2，則擴(kuò)展不確定度為：Urel＝k×ucrel＝3.9%×2＝7.8%≈8%，即LC-MS計(jì)量校準(zhǔn)裝置的信噪比測(cè)量不確定度為：Urel＝8%，k＝2.

3 結(jié)論

由評(píng)定結(jié)果可知，LC-MS計(jì)量校準(zhǔn)裝置的信噪比相對(duì)測(cè)量不確定度為Urel＝8%，k＝2.此數(shù)值可以為LC-MS儀器校準(zhǔn)用戶提供有效的參考。

參考文獻(xiàn)：

［1］關(guān)天野，梁艷，李春竹，等.液相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的新進(jìn)展和中藥研究的相關(guān)熱點(diǎn)問題［J］.中國天然藥物，2011（05）：385-400.

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