浅析环境监测实验室内加标回收和质控样的适用情况

张 聪，周 翊，罗锭宏，李自红

（云南省生态环境厅驻普洱市生态环境监测站，云南 普洱 665000）

1 加标回收的用途

加标回收率的结果反映了检测项目测定值的准确度。加标回收率在日常的实验室质量控制中起着重要的作用，利用平行加标样既可以判定其精密度，又可以判定其准确度。

1.1 空白加标回收

在无目标物质的空白样品基质中加入定量的标准物质，按样品的处理步骤分析，得到的结果与理论值的比值即为空白加标回收率[1]。测得结果为浓度值得，直接用测定值比加标浓度，乘以100%可得空白加标回收率。

1.2 样品加标回收

实验步骤为，取两份同样的试管或者样品管加入相同体积的样品，分别编号为1-1，1-2，其中1-1中加入少量高浓度的待测成分标准物质，1-2中不加标准位置，接着按相同的前处理及分析步骤分析。1-1测得结果减去1-2测得的结果之差除以加入量，用百分率表示即为样品加标回收。

加标回收率的测定，是实验室内经常用以自控的一种质量控制技术，对于它的计算方法，给定了一个理论公式：

2 现有公式的运用和缺点

2.1 现有公式的运用

根据原理：“在测定样品的同时，在同一样品的平行样中加入一定量的标准物质进行测定，将其测定结果扣除样品的测定值，以计算回收率。”在我们运用公式时需要注意两点：（1）两份样品的取样体积、取样试管规格必须一致；（2）两者的分析步骤必须相同；

2.2 理论公式使用的约束条件

由经验得出：加标物的浓度宜较高，加标物的体积应很小，最好小于原始试样体积的1%。加标后的总物质含量应小于超过方法的检出限4倍左右；

2.3 公式的缺点

公式为：

分子测定值一般为浓度单位，分母加标量一般是质量单位，计算时需换算统一。通常分光光度法测定的项目如氨氮、总磷、总氮、硝酸盐氮等加标时，公式中分子的测定值需将浓度换算成质量单位，同分子一致。

3 测定回收率的注意事项

3.1 加标物质的样品均匀程度应和目标待测物相同

加标量应尽量与样品中待测物含量相等或相近，并应注意对样品容积的影响；当样品中待测物含量接近方法检出限时，加标量应控制在校准曲线的低浓度范围。

3.2 影响加标回收率的因素

3.2.1 分析方法及实验条件

有的项目由于分析方法有局限，而造成加标回收率值较低；由于实验条件（装置、仪器等）差异较大、稳定性较差的，对加标回收值的影响也较大，例如：水中硫化物的测定，硫化物的分析方法为“HJ 1226-2021水质 硫化物的测定 亚甲基蓝分光光度法”[2]。实验前需采样固定，固定剂为乙酸锌溶液、氢氧化钠溶液及抗氧剂溶液；实验中需“酸化-吹气-吸收”。影响加标回收的因素较多，因此该方法的质量保证和质量控制中要求加标回收率在60%～120%即可。

3.2.2 样品中的浓度高低

以环境监测为例，低浓度区的项目本底值为ppb级甚至更低，加标量过少会影响加标回收率计算值；加标量过高，容易影响待测物质的检测背景。如加标样中待测物质本底偏高，回收率将偏高，反之则偏低。

3.2.3 加标量的水平对结果的影响

当样品中待目标检测项目本底值很低，如加入标准物质太少，测得回收率值不太理想。在环境分析中，由于待测物质都是在一定的浓度范围内才具有某个特定的准确度，超出该范围，可能会产生较大的误差。加入标准物质过多则会改变待测物质在加标样品和样品中的测定背景；如在做土壤中重金属时，在采用无机酸消解样品时，过多加入水溶液后则使样品中酸浓度太低，会影响测定结果。

3.2.4 水质检测中加标回收的建议

若有些检测指标的浓度在微量甚至痕量的范围，以及清洁地表水中未检出的指标，如六价铬、氰化物和挥发酚等，若用标准样品进行加标回收，会有数量级的差异，出现加标回收率偏差较大的情况。

4 质控样

4.1 含义

质控样，通常也叫已知样。一般是实验室用来检验曲线做的是否标准用的，他是一个已知浓度的样品且浓度有正负误差。

4.2 作用

质控样在检测活动中具有重要的作用。质控样起到了监视着整个检测过程的质量的作用，也为我们找寻和分析质量问题提供线索和依据。

质控样的种类主要有三种：空白样、标准溶液（物质）、重复样。

4.2.1 空白样

空白样一般要求做两个。空白样品可以检验整个样品处理过程是否受到污染。

4.2.2 标准物质所谓标准物质，是根据标准物的精准度及其所确定的某种物理或化学的特性值，或是某一时间跨度后的组分含量值，并且在其样本的组成和特性上接近于环境样本的一种物质[3]。

4.2.3 重复样

也就是我们通常所说的平行样，前处理步骤相同。

5 存在的问题

目前分光光度法大多使用已知浓度的质控样做样品的质量控制实验。对于一般样品，使用加标回收率更能有效地达到质控要求。已知浓度的质控样若不和样品的浓度在一个数量级，那么样品的浓度和质控样的浓度之间没有必然的联系和正相关，无法在质控样准确的情况下去判断样品浓度的准确度。

6 解决办法

6.1 根据具体项目辨析使用相应的内部质控方式

为更好地解决上述问题，需根据具体项目辨析使用相应的内部质控方式。

6.2 加入外部质量控制手段

为进一步保证数据质量，需加入外部质量控制手段。如实验室间比对和能力验证。

6.3 绘制质量控制图

6.3.1 准确度的质量控制图

根据项目的不同，可以绘制加标回收率质控图和质控样（标准已知样）质控图。在常规监测中有的监测项目分析条件较难控制，测得加标回收率结果波动范围较大且实验室间的测定结果相差也较大，难以判断加标回收率的测定结果水平[4]；对于生态环境监测样品中本底值较为复杂的样品如废水，样品的浓度较高，同时还存在干扰物。仅用标准质控样无法全面反映水样项目的干扰物质，由于废水的浓度和质控样的浓度往往有数量级的偏差，较难用质控样去同比类比。这种情况下可用加标回收率控制图来分析准确度。

休哈特质量控制图是实验室常用的质量控制方法，可以根据多次测量的结果发现数据的异常情况，从而根据判定结果溯源查找产生偏差的原因。根据分析人员重复测定同一保证值标准样品的浓度数据，绘制质量控制图，既可以比较不同分析人员的技术水平，也可以对同一断面不同时期项目数据进行预测预报，分析变化趋势[5]。

6.3.2 绘制加标回收率控制图

在没有已知浓度的标准样品的情况下，可用加标回收率作准确度控制图。

通常，实验人员需对同一浓度或者相近浓度的质控样或者水样分析至少20个数据，计算每次的加标回收率。则按公式（1），公式（2）分别计算：平均回收率和多次回收率的标准偏差：

再按照平均值加1倍到3倍的数值，求出上、下辅助限，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；

上辅助限UAL=P+Sp；下辅助限LAL=P-Sp.

由于不同项目的本底值不同，对于本底值不同类型的样品，可以根据样品浓度的不同绘制相应浓度的加标回收率曲线，从而实现更精准的质量控制。

6.3.3 三氯甲烷加标回收率实例分析

本文加标回收率控制图以2021～2022年的水中有机物三氯甲烷检测数据分析为例，使用均数控制图法绘制质控图。

水质种的三氯甲烷项目的检出限为0.4 ug/L，为超痕量级分析项目，三氯甲烷在生态环境监测领域，一般要求加标回收率在80.0%～120%.统计显示近20次质量控制的结果均在该范围内，符合质量控制要求。

计算：平均加标回收率P=101.8%；

加标回收率标准偏差：Sp=7.58；

三氯甲烷加标回收率质控图见图1.

图1 三氯甲烷加标回收质控图

经质控图检验，三氯甲烷20次测定，均在上警告线和下警告线之间

从图1分析得知，没有连续7个点在同一侧，属于数据有效可控，质量自控手段有效。

6.3.4 总磷质控样加标回收实例分析

在水质监测实验中，总磷作为关键项目，分析过程中不仅要求做质量加标回收，同时需结合质控样样品进行验证。两种不同的自控手段同时检测，可以达到实验室自控要求。

本文加标回收率控制图以2021～2022年的水中有机物三氯甲烷检测数据分析为例，统计分析加标回收率。

水中总磷项目的检出限为0.01 mg/L，作为痕量分析级别检测项目。三氯甲烷在生态环境监测领域，一般要求加标回收率在95.0%～105%.统计显示近20次质量控制的结果均在该范围内，符合质量控制要求，要进一步了解控制的效果和数据波动，运用20次的结果，使用均数控制图法绘制质控图（见图2）。

图2 总磷加标回收质控图

计算：平均加标回收率P=99.8%；

加标回收率标准偏差：Sp=6.14；

总磷做加标回收的同时进行质控样标准验证。采用生态环境部标准样品研究所总磷标准物质编号“203976”，质控样浓度范围为：“1.02±0.05”，测得20次的值均在质控样浓度范围要求内。

通过图2、图3均可以看到，总磷同时通过质控样检验和加标回收的实验，均可以保证数据在上控制线和下控制线之间。其中加标回收率的20次结果均在上警告线和下警告线之间，数据波动范围较小，质控图数据在上控制线和下控制线之间，数据波动较大。

图3 总磷质控样质量控制图

6.3.5 质量控制图的判断

通过质控图进行质量的判断，当分析质控图上的样本点的排列没有出现异常的情况时，就可以认为这个过程是处于统计控制状态。反之，可认为过程失控。就统计而言只要是小概率事件都能判定为异常，也就是说质控图中出现了以下的现象时判定为异常，即统计失控。

6.3.6 加标回收率数据来源的注意事项

加标回收率质控图的数据不能选择单次样品多个数据的平均值，需在不同日期有间隔的时间段进行实验分析，将每次测得的结果记录统计绘制成图，质量控制图才能反映出一定的代表性和适用性。受气压和气温影响，试剂和实验环境会发生变化，所以根据实验室情况，需经常更新质量控制图。

7 结语

加标回收率会受到仪器、操作误差等影响，与分析样品损失过程的误差过程中会有所抵消，这是加标回收不能被直观反映的地方。

加标回收率与样品浓度水平关系不呈现正相关，在较低浓度的区间加标回收率受样品中本底值的影响较大。在环境监测中对分析条件较难控制的项目及基体较为复杂需前处理的项目，可优先选用加标回收率的自控手段。质控样须选用与水样浓度相近的浓度，并且基体不复杂的水样具有更好的参考作用。对于水中未检出的指标，绘制质控样质控图是较好的质控手段。

检测人员可根据分析的项目及实验室经验，灵活地选用质控自控手段，可结合绘制加标回收率质控图、质控样质控图等多种途经和方法，避免过度依赖标准样品的准确性来提高准确度。