化學分析的偵測極限(二)

2020.03.03

究竟什麼是偵測極限?等於精度?等於儀器最小刻度?

例如:天秤精度0.0001g;尺規最小刻度0.1cm。那麼化學分析的儀器應該也有吧!

化學分析仍基於偵測、辨識和定量之先後次序而達成,因此偵測極限是任一化學分析方法最重要的屬性。化學分析結果的可靠性,尤其是在分析低濃度樣品時,更是最取決於偵測、辨識和定量的定義是否明確?是否可行?因此如何在化學分析領域裡建立共識,一直是化學分析界持續努力的目標,不單單是建立一具備完整統計學理論基礎的定義,相關的估算方法和實際應用時可能遭遇的問題,也都是研究的範疇,因為利用這些定義所建立的管制標準,對於社會大眾影響非常大。舉例而言,新聞上常見的所謂的"零污染"從科學角度來看,多屬夢想和口號,實際上是不可行的,因為要先有"零"偵測極限,才能確定分析樣品(小至人們生存所需空氣、水、食物,到週遭經濟活動的產物,和我們生活的大環境)是否真的不含任何污染物。直到目前從分析的角度來看,並沒有"零"偵測極限,有的只是量測時不確定度的大小區間而已。 本文將跳過較複雜難懂的統計學計算,直接就國際上各個不同的化學研究組織所提出的定義和解釋條列比較。
準備好了嗎?喝杯咖啡醒醒腦我們開始囉!
傳統方法是比較空白和標準樣品的標準偏差來決定偵測極限值。使用的名稱、出處和定義依實際需要,分三個階段分列於下:

1.依量測結果定義,以空白值為基準,為一實驗室所能觀測到的最小真實訊號,只考量型I的誤差。

名稱
出處
定義
臨界度(或決定極限)
Critical level (or decision limit)
Currie
XB + 1.64 * σB
5% α error
偵測標準
Criterion of detection
ASTM
同上
偵測極限
Limit of detection
IUPAC
XB + 3 * σB
方法偵測極限
Method of detection limit (MDL)
USEPA
重覆分析濃度幾近空白值的樣品取
2.36 * σB - 3.143 * σB

2.依執行量測的能力定義,同時考慮型I和型Ⅱ誤差。

名稱
出處
定義
偵測極限
Limit of detection
ASTM
α = β, 2倍臨界度或 3.29 * σB
假設 β error < 5%
偵測極限
Limit of detection
Currie
同上
辨識極限
Limit of identification
IUPAC
XL + 3 * σB
XB + 6 * σB
可靠偵測度
Reliable detection level (RDL)
ACS
XB + 6 * σB

3.依實際應用的能力定義,即量測值需能滿足接近真實值且相對標準偏差很小。

名稱
出處
定義
定量極限
Limit of quantification (LOQ)
ACS
XB + 10 * σB
99%信賴度
確定極限
Determination limit
Currie
XB + 6 * σB
實際定量度
Practical quantitation level (PQL)
USEPA
5~10倍 MDL
不是賣弄,只是想讓大家認識,極限也有很多種,記得喔!下次想要挑戰實驗室的極限時,要先說你想要挑戰的是那一個定義。
下一期,更好玩的偵測極限的計算方法,即時登場。
摘錄自科儀新知 81期 化學分析的偵測極限(上) 凌永健/陳秋雲/黃依萍
更多消息