土壤中石油烴（C10~C40）方法檢出限和測定下限的氣相色譜法驗證

張會

（河北中天環(huán)保技術有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引 言

方法檢出限是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，需要按照特定分析方法的全部步驟處理和測定樣品，是在給定置信度內(nèi)區(qū)別于空白試樣的被檢出的最低濃度或最小量。測定下限是在限定誤差能滿足預定要求的前提下，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。方法檢出限隨實驗室環(huán)境條件、試驗人員技術水平、前處理方法、儀器設備條件等變化而變化。儀器檢出限是基于待測物質(zhì)最小分析信號所獲得的最低濃度或最低量，僅與儀器性能有關，不受其他條件影響，故一般情況下測定的儀器檢出限小于方法檢出限。每個實驗室環(huán)境條件、人員技術能力、儀器設備等均不相同，故不同實驗室針對同一檢測標準測定的方法檢出限不同，所以方法驗證應對方法檢出限和測定下限進行驗證，儀器檢出限不能代替方法檢出限。當實驗室確定的方法檢出限小于或等于標準方法所規(guī)定的檢出限時，說明本實驗室驗證的方法檢出限滿足標準方法要求，有能力使用標準方法進行樣品分析。國際上將石油烴分為揮發(fā)性、半揮發(fā)性、可萃取性石油烴（C10~C40）3類。石油烴進入土壤后會對微生物、動植物構成危害，并隨著食物鏈進入人體，損害人體健康?？奢腿⌒允蜔N（C10~C40）含量是土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查的重要參數(shù)，有能力使用氣相色譜法測定土壤中可萃取性石油烴（C10~C40）含量是決定測定結果是否可靠的關鍵，而方法檢出限、測定下限驗證結果是判斷機構是否具有相關檢測能力的重要指標。目前環(huán)境檢測機構針對單一目標物質(zhì)進行方法檢出限驗證較多，很少有針對總量進行驗證；相對于單一目標物質(zhì)，總量方法檢出限和測定常常感覺無從下手。雖然單一物質(zhì)方法檢出限的估計和測定都比較成熟，但當結果需要以某類物質(zhì)總量評價且檢測參數(shù)較多時，檢測分析及數(shù)據(jù)處理過程引入的不確定因素較多，往往會影響到檢測結果的準確性；而總量方法檢出限和測定下限將此類物質(zhì)看做一個單一物質(zhì)，從而可避免過多的參數(shù)檢測及數(shù)據(jù)處理引入的不確定性，使結果表達更具科學性和適用性。本文將石油烴（C10~C40共31種烷烴）看做一種物質(zhì)，進行了方法檢出限和測定下限的測定，提供了某類物質(zhì)總量方法檢出限和測定下限驗證的思路。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

1.1.1 儀 器

FA2004N電子天平（上海菁海儀器有限公司）；BSXT-02索氏提取器（上海爭巧科學儀器有限公司）；1 000 mg 60 mm×15 mm硅酸鎂凈化柱（泰州康之達實驗器材有限公司）；LC-DCY-12G氮吹濃縮儀（上海力辰邦西儀器有限公司）；UPB-10型高純水機（石家莊泰斯特儀器設備有限公司）。

1.1.2 試 劑

正己烷（C6H14），GCS級，天津市科密歐化學試劑（批號，20200310）；二氯甲烷（CH2Cl2）,GCS級，安徽時聯(lián)特種溶劑股份有限公司；丙酮（CH3COCH3），GCS級，歐普森（批號：D9002）；正己烷中31種正構烷烴類混標（石油烴C10~C40 31 000 mg/L，每種組分均為1 000 mg/L），北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司（批號：2322003）；正己烷中正癸烷-正四十烷混標（50/150μg/mL），北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司（批號：80939B）；無水硫酸鈉（Na2SO4），天津市科密歐化學試劑（批號：20191203）。

1.2 GC測定條件

9790PLUS氣相色譜儀，F(xiàn)L97plus-石油烴專用版工作站（浙江福立分析儀器股份有限公司）；氫火焰離子化檢測器；KB-5HT色譜柱(30 m×0.32 mm×0.10 μm)；柱溫設置：初始溫度50℃保持2 min，以40℃/min速率升溫至230℃，以20℃/min升溫至320℃保持9 min。

GC測定條件見表1。

表1 GC測定條件一覽表Table 1 Determination conditions of GC analysis

1.3 標準曲線繪制

用微量注射器移取適量的石油烴標準溶液，用正己烷稀釋，混勻。配制成質(zhì)量濃度為0、248、775、1 550、4 030、9 300 mg/L的標準系列，按照上述1.2色譜條件，從低濃度到高濃度依次測定，以濃度為橫坐標，確定的保留時間窗內(nèi)總峰面積（減去柱流失有效峰面積）為縱坐標，建立標準曲線。

1.4 樣品制備

1.4.1 空白樣品制備

稱取無水硫酸鈉10 g（代替土壤，精確到0.01 g）研磨均化成流沙狀，放入玻璃纖維濾筒，將濾筒放入索氏提取器中，加入100 mL正己烷-丙酮混合試劑（1+1），提取16~18 h，回流速率控制在8~10次/h，收集提取液；將提取液轉移至氮吹濃縮儀，濃縮至1.0 mL；硅酸鎂凈化柱依次用10 mL正己烷-二氯甲烷混合溶劑（1+1）、10 mL正己烷活化；將濃縮液轉移至活化好的硅酸鎂凈化柱，收集流出液；用約2 mL正己烷洗滌濃縮液收集裝置，轉移至凈化柱；再用12 mL正己烷淋洗凈化柱，收集淋洗液，與流出液合并，濃縮至1.0 ml；待測。

1.4.2 空白加標樣品制備

稱取無水硫酸鈉10 g（代替土壤，精確到0.01 g）共7份，放入研磨器中，每份加入4 μL石油烴標準溶液（根據(jù)預估出的方法檢出限，使空白加標樣品理論濃度為3.1倍預估的檢出限）。按照上述空白樣品處理方法對空白加標樣品進行處理，得到凈化液1.0 mL共7份，待測。

2 結果與討論

2.1 定性保留時間窗口的確定結果

保留時間窗口直接決定著石油烴積分時間的長短和峰面積的大小，對方法檢出限和檢出下限影響很大。所以本實驗考查了可萃取性石油烴中C10~C40共31種正構烷烴的出峰順序，結果表明石油烴中C10~C40共31種正構烷烴出峰順序按照碳原子個數(shù)C10~C40依次出峰，故保留時間窗確定以C10（正癸烷）開始出峰和C40（正四十烷）結束出峰時間確定。取1.0μL正己烷中正癸烷-正四十烷混標溶液，在選定的色譜條件下進行保留時間窗的確定如圖1所示。

圖1 保留時間窗口確定Fig.1 The selection of retention time range

由圖1可見，確定正癸烷的出峰時間為4.452 min，正四十烷出峰結束時間為15.667 min，故將4.4~15.7作為測定石油烴（C10~C40）的積分時間。

2.2 柱流失的測定

分析石油烴（C10~C40）的氣相色譜條件會引起顯著的柱流失，使基線上升，導致空白背景值增加，影響測試結果，故測定石油烴（C10~C40）應測定柱流失，結果計算時石油烴（C10~C40）的總峰面積應扣除柱流失的面積。石油烴（C10~C40）柱流失測定圖譜如圖2所示。

圖2 石油烴（C10~C40）柱流失測定圖譜Fig.2 The column loss chromatogram of petroleum hydrocarbon(C10~C40)

2.3 線性范圍

在1.2色譜條件下，31種石油烴（C10~C40）可以得到完全分離，這是后續(xù)石油烴（C10~C40）總量準確定性和總面積積分的前提。

在此基礎上，進一步考察了石油烴（C10~C40）總濃度0~9 300 mg/L的線性情況，結果顯示，在選定的保留時間窗內(nèi)，石油烴總峰面積與總濃度線性良好。

C10~C40色譜分離圖如圖3所示。

圖3 C10~C40色譜分離圖Fig.3 The separation chromatogram of C10~C40

校準曲線方程w=-220.080+1.718×10-4A（w為石油烴濃度，A為峰面積），相關系數(shù)R=0.999 5。

石油烴（C10~C40）標準曲線如圖4所示。

圖4 石油烴（C10~C40）標準曲線Fig.4 The standard curve of petroleum hydrocarbon(C10~C40)

2.4 方法檢出限及測定下限驗證方法選擇

氣相色譜法方法檢出限獲得基于統(tǒng)計學方法，即對獲得的數(shù)據(jù)按照《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制定技術導則》HJ168-2020，用多次空白樣品測定結果或空白加標樣品測定結果來計算。

（1）使用空白樣品測定結果進行計算。

當空白試驗中能檢出目標物質(zhì)時，至少重復測定7份空白樣品，每份空白樣品測定1次。計算空白樣品測定結果平均值、標準偏差，并按公式（1）計算方法檢出限：

式中：MDL為方法檢出限；S為n次測定的標準偏差；t為當自由度為n-1時，置信度為99%時的t分布（單側），當n為7時，t值為3.143。

以空白試驗測定結果計算的方法檢出限結果有效前提為：任意空白樣品測定值之間可允許的差異范圍為“空白試驗測定值的均值±計算出的檢出限的1/2”以內(nèi)。

測定下限為方法檢出限的4倍。

（2）使用空白加標樣品測定結果進行計算。

當空白試驗中不能檢出目標物質(zhì)時，則對濃度值為估計方法檢出限的3~5倍的相同濃度的空白加標樣品（≥7份）進行測定，每份樣品測定1次。計算空白加標樣品測定結果平均值，計算標準偏差，并按公式1計算方法檢出限。

以空白加標樣品測定結果計算的方法檢出限有效前提為：任意空白加標樣品測定濃度應在計算出的方法檢出限的3~5倍內(nèi)。當空白加標樣品濃度不在計算出的方法檢出限3~5倍內(nèi)時，根據(jù)計算結果調(diào)整空白加標樣品濃度并按照公式2計算方法檢出限。此時方法檢出限有效前提為：任意空白加標樣品濃度應在計算出的方法檢出限的3~5倍內(nèi)，且

式中：SA為方差較大空白加標樣品平行測定標準偏差；SB為方差較小空白加標樣品平行測定標準偏差；Sp為組合標準偏差；t為自由度為nA+nB-2，置信度為99%時的t分布（單側）；nA為方差較大的空白加標樣品測定次數(shù)；nB為方差較小的空白加標樣品測定次數(shù)。

一般情況下，只有在證明空白樣品確實不能檢出目標物質(zhì)時，才能采用空白加標樣品測定結果計算方法檢出限。

相對于液態(tài)物質(zhì)，土壤成分復雜，通常情況下，無法找到適宜作為空白樣品的均質(zhì)化土壤，通常會按照檢測標準選用相應物質(zhì)代替土壤進行空白試驗。本實驗按照《土壤和沉積物石油烴（C10~C40）的測定氣相色譜法》（HJ1021-2019）規(guī)定選用石英砂代替土壤制作空白樣品和空白加標樣品。然后將1.3制備的空白樣品按照1.2色譜條件進行測定，從正癸烷出峰開始到正四十烷出峰結束連接一條水平基線進行積分，計算總峰面積（減去柱流失有效峰面積），外標法定量，按下述公式3計算樣品中石油烴（C10~C40）含量：

式中：C為樣品中石油烴（C10~C40）含量，mg/kg；W為由校準曲線計算所得石油烴（C10~C40）的濃度，mg/L；V為提取液濃縮后的定容體積，mL；10為無水硫酸鈉（代替土壤）質(zhì)量，g。

結果顯示，空白試驗中未檢出目標物石油烴（C10~C40）。故石油烴方法檢出限的測定采用空白加標樣品測定結果進行計算。

測定下限為方法檢出限的4倍。

2.5 土壤樣品方法檢出限、測定下限測定

在保留時間窗內(nèi)，以3倍噪音值為儀器檢出限，將儀器檢出限折算為取樣10.0 g，定容體積1.0 mL，進樣體積1.0μL時的土壤中石油烴的檢出限，結果為1.5 mg/kg；由于《土壤和沉積物石油烴（C10~C40）的測定氣相色譜法》（HJ1021-2019）“方法檢出限為6 mg/kg”，所以本實驗室氣相色譜法測定土壤中石油烴方法檢出限應在1.5~6 mg/kg之間，綜合本實驗室環(huán)境條件、人員技術水平及儀器設備性能等預估本實驗室土壤石油烴（C10~C40）方法檢出限為4 mg/kg。

按照2.4方法二要求及預估出的方法檢出限，確定本實驗空白樣品（10.0 mg石英砂）石油烴（C10~C40）加標量為4μL，加標后石油烴總濃度為12.4 mg/kg，為預估方法檢出限的3.1倍。

對上述制作的空白加標樣品按照1.3.2進行處理并測定石油烴（C10~C40）濃度，按照公式1計算方法檢出限，檢出限的4倍作為測定下限，結果見表2。

表2 空白加標樣品測定及方法檢出限和測定下限計算結果Table 2 The results of method detection limit and determination limit for spiked blank sample

由表2可知，本實驗測定出的土壤石油烴 （C10~C40）總量的方法檢出限為2.97 mg/kg；測定下限為11.9 mg/kg。驗證結果滿足“任意空白加標樣品濃度應在計算出的方法檢出限的3~5倍內(nèi)”，同時滿足“當實驗室計算出的檢出限小于或等于方法所規(guī)定的檢出限時，說明該實驗室方法檢出限及測定下限滿足標準方法要求”。

3 結 語

選用空白加標樣品測定結果計算方法檢出限、測定下限，加標量應參考儀器檢出限及待驗證方法標準的方法檢出限，一般預估檢出限應大于儀器檢出限，小于方法檢出限；采用空白加標樣品測算方法檢出限時，空白樣品加標量為預估方法檢出限的3~5倍；土壤石油烴（C10~C40）總量的方法檢出限測定，空白加標為C10~C40共計31種石油烴的總量加標，方法檢出限計算以總量計算，不計算C10~C40中每一種烷烴檢出限。