淺析環境監測實驗室內加標回收和質控樣的適用情況

張 聰，周 翊，羅錠宏，李自紅

（云南省生態環境廳駐普洱市生態環境監測站，云南 普洱 665000）

1 加標回收的用途

加標回收率的結果反映了檢測項目測定值的準確度。加標回收率在日常的實驗室質量控制中起著重要的作用，利用平行加標樣既可以判定其精密度，又可以判定其準確度。

1.1 空白加標回收

在無目標物質的空白樣品基質中加入定量的標準物質，按樣品的處理步驟分析，得到的結果與理論值的比值即為空白加標回收率[1]。測得結果為濃度值得，直接用測定值比加標濃度，乘以100%可得空白加標回收率。

1.2 樣品加標回收

實驗步驟為，取兩份同樣的試管或者樣品管加入相同體積的樣品，分別編號為1-1，1-2，其中1-1中加入少量高濃度的待測成分標準物質，1-2中不加標準位置，接著按相同的前處理及分析步驟分析。1-1測得結果減去1-2測得的結果之差除以加入量，用百分率表示即為樣品加標回收。

加標回收率的測定，是實驗室內經常用以自控的一種質量控制技術，對于它的計算方法，給定了一個理論公式：

2 現有公式的運用和缺點

2.1 現有公式的運用

根據原理：“在測定樣品的同時，在同一樣品的平行樣中加入一定量的標準物質進行測定，將其測定結果扣除樣品的測定值，以計算回收率?！痹谖覀冞\用公式時需要注意兩點：（1）兩份樣品的取樣體積、取樣試管規格必須一致；（2）兩者的分析步驟必須相同；

2.2 理論公式使用的約束條件

由經驗得出：加標物的濃度宜較高，加標物的體積應很小，最好小于原始試樣體積的1%。加標后的總物質含量應小于超過方法的檢出限4倍左右；

2.3 公式的缺點

公式為：

分子測定值一般為濃度單位，分母加標量一般是質量單位，計算時需換算統一。通常分光光度法測定的項目如氨氮、總磷、總氮、硝酸鹽氮等加標時，公式中分子的測定值需將濃度換算成質量單位，同分子一致。

3 測定回收率的注意事項

3.1 加標物質的樣品均勻程度應和目標待測物相同

加標量應盡量與樣品中待測物含量相等或相近，并應注意對樣品容積的影響；當樣品中待測物含量接近方法檢出限時，加標量應控制在校準曲線的低濃度范圍。

3.2 影響加標回收率的因素

3.2.1 分析方法及實驗條件

有的項目由于分析方法有局限，而造成加標回收率值較低；由于實驗條件（裝置、儀器等）差異較大、穩定性較差的，對加標回收值的影響也較大，例如：水中硫化物的測定，硫化物的分析方法為“HJ 1226-2021水質 硫化物的測定 亞甲基藍分光光度法”[2]。實驗前需采樣固定，固定劑為乙酸鋅溶液、氫氧化鈉溶液及抗氧劑溶液；實驗中需“酸化-吹氣-吸收”。影響加標回收的因素較多，因此該方法的質量保證和質量控制中要求加標回收率在60%～120%即可。

3.2.2 樣品中的濃度高低

以環境監測為例，低濃度區的項目本底值為ppb級甚至更低，加標量過少會影響加標回收率計算值；加標量過高，容易影響待測物質的檢測背景。如加標樣中待測物質本底偏高，回收率將偏高，反之則偏低。

3.2.3 加標量的水平對結果的影響

當樣品中待目標檢測項目本底值很低，如加入標準物質太少，測得回收率值不太理想。在環境分析中，由于待測物質都是在一定的濃度范圍內才具有某個特定的準確度，超出該范圍，可能會產生較大的誤差。加入標準物質過多則會改變待測物質在加標樣品和樣品中的測定背景；如在做土壤中重金屬時，在采用無機酸消解樣品時，過多加入水溶液后則使樣品中酸濃度太低，會影響測定結果。

3.2.4 水質檢測中加標回收的建議

若有些檢測指標的濃度在微量甚至痕量的范圍，以及清潔地表水中未檢出的指標，如六價鉻、氰化物和揮發酚等，若用標準樣品進行加標回收，會有數量級的差異，出現加標回收率偏差較大的情況。

4 質控樣

4.1 含義

質控樣，通常也叫已知樣。一般是實驗室用來檢驗曲線做的是否標準用的，他是一個已知濃度的樣品且濃度有正負誤差。

4.2 作用

質控樣在檢測活動中具有重要的作用。質控樣起到了監視著整個檢測過程的質量的作用，也為我們找尋和分析質量問題提供線索和依據。

質控樣的種類主要有三種：空白樣、標準溶液（物質）、重復樣。

4.2.1 空白樣

空白樣一般要求做兩個。空白樣品可以檢驗整個樣品處理過程是否受到污染。

4.2.2 標準物質所謂標準物質，是根據標準物的精準度及其所確定的某種物理或化學的特性值，或是某一時間跨度后的組分含量值，并且在其樣本的組成和特性上接近于環境樣本的一種物質[3]。

4.2.3 重復樣

也就是我們通常所說的平行樣，前處理步驟相同。

5 存在的問題

目前分光光度法大多使用已知濃度的質控樣做樣品的質量控制實驗。對于一般樣品，使用加標回收率更能有效地達到質控要求。已知濃度的質控樣若不和樣品的濃度在一個數量級，那么樣品的濃度和質控樣的濃度之間沒有必然的聯系和正相關，無法在質控樣準確的情況下去判斷樣品濃度的準確度。

6 解決辦法

6.1 根據具體項目辨析使用相應的內部質控方式

為更好地解決上述問題，需根據具體項目辨析使用相應的內部質控方式。

6.2 加入外部質量控制手段

為進一步保證數據質量，需加入外部質量控制手段。如實驗室間比對和能力驗證。

6.3 繪制質量控制圖

6.3.1 準確度的質量控制圖

根據項目的不同，可以繪制加標回收率質控圖和質控樣（標準已知樣）質控圖。在常規監測中有的監測項目分析條件較難控制，測得加標回收率結果波動范圍較大且實驗室間的測定結果相差也較大，難以判斷加標回收率的測定結果水平[4]；對于生態環境監測樣品中本底值較為復雜的樣品如廢水，樣品的濃度較高，同時還存在干擾物。僅用標準質控樣無法全面反映水樣項目的干擾物質，由于廢水的濃度和質控樣的濃度往往有數量級的偏差，較難用質控樣去同比類比。這種情況下可用加標回收率控制圖來分析準確度。

休哈特質量控制圖是實驗室常用的質量控制方法，可以根據多次測量的結果發現數據的異常情況，從而根據判定結果溯源查找產生偏差的原因。根據分析人員重復測定同一保證值標準樣品的濃度數據，繪制質量控制圖，既可以比較不同分析人員的技術水平，也可以對同一斷面不同時期項目數據進行預測預報，分析變化趨勢[5]。

6.3.2 繪制加標回收率控制圖

在沒有已知濃度的標準樣品的情況下，可用加標回收率作準確度控制圖。

通常，實驗人員需對同一濃度或者相近濃度的質控樣或者水樣分析至少20個數據，計算每次的加標回收率。則按公式（1），公式（2）分別計算：平均回收率和多次回收率的標準偏差：

再按照平均值加1倍到3倍的數值，求出上、下輔助限，上、下警告限，上、下控制限:

上控制限UCL=P+3Sp；下控制限ICL=P-3Sp；

上警告限UWL=P+2Sp；下警告限LWL=P-2Sp；

上輔助限UAL=P+Sp；下輔助限LAL=P-Sp.

由于不同項目的本底值不同，對于本底值不同類型的樣品，可以根據樣品濃度的不同繪制相應濃度的加標回收率曲線，從而實現更精準的質量控制。

6.3.3 三氯甲烷加標回收率實例分析

本文加標回收率控制圖以2021～2022年的水中有機物三氯甲烷檢測數據分析為例，使用均數控制圖法繪制質控圖。

水質種的三氯甲烷項目的檢出限為0.4 ug/L，為超痕量級分析項目，三氯甲烷在生態環境監測領域，一般要求加標回收率在80.0%～120%.統計顯示近20次質量控制的結果均在該范圍內，符合質量控制要求。

計算：平均加標回收率P=101.8%；

加標回收率標準偏差：Sp=7.58；

三氯甲烷加標回收率質控圖見圖1.

圖1 三氯甲烷加標回收質控圖

經質控圖檢驗，三氯甲烷20次測定，均在上警告線和下警告線之間

從圖1分析得知，沒有連續7個點在同一側，屬于數據有效可控，質量自控手段有效。

6.3.4 總磷質控樣加標回收實例分析

在水質監測實驗中，總磷作為關鍵項目，分析過程中不僅要求做質量加標回收，同時需結合質控樣樣品進行驗證。兩種不同的自控手段同時檢測，可以達到實驗室自控要求。

本文加標回收率控制圖以2021～2022年的水中有機物三氯甲烷檢測數據分析為例，統計分析加標回收率。

水中總磷項目的檢出限為0.01 mg/L，作為痕量分析級別檢測項目。三氯甲烷在生態環境監測領域，一般要求加標回收率在95.0%～105%.統計顯示近20次質量控制的結果均在該范圍內，符合質量控制要求，要進一步了解控制的效果和數據波動，運用20次的結果，使用均數控制圖法繪制質控圖（見圖2）。

圖2 總磷加標回收質控圖

計算：平均加標回收率P=99.8%；

加標回收率標準偏差：Sp=6.14；

總磷做加標回收的同時進行質控樣標準驗證。采用生態環境部標準樣品研究所總磷標準物質編號“203976”，質控樣濃度范圍為：“1.02±0.05”，測得20次的值均在質控樣濃度范圍要求內。

通過圖2、圖3均可以看到，總磷同時通過質控樣檢驗和加標回收的實驗，均可以保證數據在上控制線和下控制線之間。其中加標回收率的20次結果均在上警告線和下警告線之間，數據波動范圍較小，質控圖數據在上控制線和下控制線之間，數據波動較大。

圖3 總磷質控樣質量控制圖

6.3.5 質量控制圖的判斷

通過質控圖進行質量的判斷，當分析質控圖上的樣本點的排列沒有出現異常的情況時，就可以認為這個過程是處于統計控制狀態。反之，可認為過程失控。就統計而言只要是小概率事件都能判定為異常，也就是說質控圖中出現了以下的現象時判定為異常，即統計失控。

6.3.6 加標回收率數據來源的注意事項

加標回收率質控圖的數據不能選擇單次樣品多個數據的平均值，需在不同日期有間隔的時間段進行實驗分析，將每次測得的結果記錄統計繪制成圖，質量控制圖才能反映出一定的代表性和適用性。受氣壓和氣溫影響，試劑和實驗環境會發生變化，所以根據實驗室情況，需經常更新質量控制圖。

7 結語

加標回收率會受到儀器、操作誤差等影響，與分析樣品損失過程的誤差過程中會有所抵消，這是加標回收不能被直觀反映的地方。

加標回收率與樣品濃度水平關系不呈現正相關，在較低濃度的區間加標回收率受樣品中本底值的影響較大。在環境監測中對分析條件較難控制的項目及基體較為復雜需前處理的項目，可優先選用加標回收率的自控手段。質控樣須選用與水樣濃度相近的濃度，并且基體不復雜的水樣具有更好的參考作用。對于水中未檢出的指標，繪制質控樣質控圖是較好的質控手段。

檢測人員可根據分析的項目及實驗室經驗，靈活地選用質控自控手段，可結合繪制加標回收率質控圖、質控樣質控圖等多種途經和方法，避免過度依賴標準樣品的準確性來提高準確度。