Top-down控制圖法評定石墨爐原子吸收光譜法測定血中鉛含量的不確定度

丁建東，寧攀良

（1.廣西壯族自治區藥品檢驗研究院，南寧 530021； 2.廣西壯族自治區職業病研究院，南寧 530021）

重金屬元素鉛廣泛存在于食物鏈和生活環境中，其主要通過呼吸道和消化道進入人體并蓄積于人體組織中。當蓄積于人體組織的鉛積累到一定程度后會對機體的神經、血液、消化系統產生損害。血鉛含量可以直接反映人體內鉛水平的高低，從而被用于人群鉛暴露水平的生物監測和慢/急性鉛中毒病人的診斷[1-4]。

血鉛是國家職業衛生標準GBZ 37—2015《職業性慢性鉛中毒的診斷》的實驗室檢測指標，準確可靠的分析結果對職業病的診斷非常重要。不確定度的大小直接關系到測定結果的可信程度，因此需要對檢測方法進行不確定評定。不確定度評定方法有GUM法和Top-down法兩種。GUM法是一種“自下而上”的方法，通過考察所有可能影響測量結果準確性的不確定分量，并計算得到合成不確定度，計算過程復雜，適合于短期樣品或復檢樣品，對評定人員要求較高。目前血鉛含量的不確定度評定都采用該方法[5-9]。Top-down 法是一種“自上而下”的方法，通過對一段時期內質控樣品的檢測數據進行離群值、正態性、獨立性統計驗證分析，證實實驗室測量系統統計可控的假設，并直接進行測量不確定的評定，非常適合于日常監測項目。近年來，Top-down方法已廣泛應用于環境、食品、藥品等領域檢測方法測定不確定度的評估[10-15]。

筆者參照國家衛生行業標準GBZ/T 316.1—2018《血中鉛的測定 第1部分：石墨爐原子吸收光譜法》對血中的鉛進行檢測，采用Top-down 控制圖法對血鉛檢測結果進行不確定度評定，旨在加強實驗室內部質量控制，監控實驗室檢驗結果有效性，觀察和分析異常趨勢，及時發現問題并進行改進，為實驗室進行不確定度評定提供借鑒。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

原子吸收分光光度計：ⅠCE3500型，美國賽默飛世爾科技有限公司。

鉛單元素標準溶液：100 μg/mL，標準物質編號為GBW 08619 (17113)，中國計量科學研究院。

硝酸：分析純，西隴化工股份有限公司。

曲拉通(TritonX-100)：化學純，國藥集團化學試劑有限公司。

凍干牛血鉛、鎘成分分析標準物質：鉛的質量濃度標準值為(104±15) μg/L，標準物質編號為GBW 09139，批號為2020001，中國疾病預防控制中心。

1.2 儀器工作條件

光源：鉛燈，塞曼扣除背景；分析波長：283.3 nm；狹縫：0.7 nm；進樣體積：10 μL；定量方法：吸光光譜峰高法。石墨爐的測定條件見表1。

表1 石墨爐測定條件Tab.1 Determination conditions of graphite furnace

1.3 實驗步驟

1.3.1 樣品及樣品空白預處理

樣品預處理方法：將冷凍血樣取出，恢復到室溫，充分振搖混勻。于1.5 mL石墨爐樣品杯中加入1 000 μL 稀釋液，取出50 μL 搖勻后的血樣加入稀釋液中充分混勻，作為樣品溶液。

樣品空白預處理方法：用采血針抽取2.0 mL水置于采血管中，振蕩，其余處理步驟同上。

1.3.2 定量方法

血鉛系列標準工作溶液的測定：將鉛單元素標準溶液用0.4%(體積分數，下同)曲拉通溶液釋成50.0 μg/L 標準使用液，以0.4%曲拉通溶液作為標準空白，利用石墨爐原子吸收儀的自動進樣器，將正常人血匹配基體自動稀釋成質量濃度分別為0.0、5.0、10.0、20.0、40.0 μg/L 的系列標準工作溶液，按1.2 儀器工作條件分別測定，以吸光度峰高為縱坐標，溶液質量濃度為橫坐標計算回歸方程(儀器自動將標準加入法轉換成外標法)。

樣品及空白樣品的測定：按1.2儀器工作條件測定樣品及空白樣品，空白測定結果應小于檢出限。

2 結果與討論

2.1 質控樣品鉛含量測定結果

凍干牛血質控樣品(GBW 09139)使用時加2.00 mL純水，放置60 min后，加蓋搖勻。與日常采集的檢測血樣一樣放置，按照1.3實驗方法，在1.2儀器工作條件下進行檢測。每周進行一次質控樣中鉛含量的檢測，連續測定35周，測定結果見表2。

表2 血質控樣中鉛質量濃度測定結果Tab.2 Determination results of lead mass concentration in blood quality control samples

在期間精密度條件下，指數加權移動平均值(E)按式(1)、式(2)計算，移動極差(R)、期間精密度標準差(sR')分別按式(3)、(4)計算。

式中：Ei——指數加權移動平均值，μg/L；

i——時序，i=1，2，3，…，n（n為測量次數）；

λ——權值，λ=0.4；

ρi——質控樣中鉛質量濃度，μg/L；

Ri——移動極差，μg/L；

Rˉ——Ri的均值；

sR'——期間精密度標準差，μg/L。

采用Excel 平均值函數和標準偏差函數計算得凍干牛血質控樣品中鉛平均質量濃度ρˉ=105.97 μg/L，標準偏差s=6.20 μg/L。按式(3)和(4)分別計算，平均移動極差Rˉ=6.79 μg/L，期間精密度標準差sR'=6.02 μg/L。

2.2 離群值檢驗

用格拉布斯檢驗(G檢驗)法對35組檢測數據進行離群值檢驗，格拉布斯統計量G按式(5)計算：

其中，ρmin=94.80 μg/L，ρmax=117.88 μg/L，經計算：Gmin=1.80，Gmax=1.92。查閱格拉布斯(G)臨界表，G0.05，35=2.811，Gmin＜G0.05，35，Gmax＜G0.05，35，表明檢驗顯著水平α=0.05時，35組數據無離群值。

2.3 正態性和獨立性檢驗

參照GB/T 141—2018《化學檢測領域測量不確定度評定 利用質量控制和方法確認數據評定不確定度》，用Anderson-Darling檢驗(AD檢驗)對表2中的數值進行正態分布和獨立性檢驗。結果見表3。

表3 血質控樣中鉛含量AD統計結果Tab.3 AD test data of lead content in blood quality control samples

非離群測量結果ρi按升序排列后，其標準化值ωi按式(6)計算[16]。ωi(s)、pi(s)、Ai(s)、ωi(R)、pi(R)、Ai(R)的計算結果見表3。然后按式(7)～式(9)，給出按貝塞爾公式(s式)或移動極差公式(R式)計算正態性檢驗統計量A2(s)、A2*(s)和獨立性檢驗統計量A2(R)、A2*(R)，得到：A2(s)=0.457，A2*(s)=0.467，A2(R)=0.530，A2*(R)=0.543。A2*(s)＜0.752，A2*(R)＜0.752，表明35 組測量結果在95%置信概率下的正態性和獨立性假設是可接受的。

式中：ωi——ρi的標準化值；

ρˉ——ρi的平均值；

sρi——分別按貝塞爾公式(s式)或移動極差公式(R式)計算的ρi標準差，其中Ri按照公式(3)計算；

A2*——A2的修正值；

pi——正態概率值。

2.4 建立質量控制圖

2.4.1 測量結果ρi的控制圖

根據2.1 結果，測量結果ρi的中心線ρˉ=105.97 μg/L、上行動限Uρ=ρˉ+2.66Rˉ=124.03 μg/L、下行動限Lρ=ρˉ-2.66R=87.91 μg/L。以測定次序為橫坐標，測量結果ρi為縱坐標，繪制測量結果控制圖，見圖1。

圖1 測試結果平均值圖與Ei疊加圖Fig.1 Test results average figure and EWMA overlay figure

2.4.2 指數加權平均移動值控制圖

根據2.1 結果，測量結果ρi的中心線ρˉ=105.91 μg/L，指數加權移動平均值Ei的上行動限UE=ρˉ+3sR'(λ/2-λ)1/2=114.94 μg/L和下行動限LE=ρˉ-3sR'(λ/2-λ)1/2=96.88 μg/L，以指數加權移動平均值Ei為縱坐標，測定次數為橫坐標，繪制指數加權平均移動值控制圖，見圖1。

2.4.3 移動極差R圖

根 據2.1 結 果，測 量 結 果ρi的 中 心 線Rˉ=6.79 μg/L、移動極差的(R)的上行動限UR=3.27Rˉ=22.20 μg/L。以移動極差(R)為縱坐標，測定時序為橫坐標，繪制移動極差控制圖，見圖2。

圖2 移動極差圖Fig.2 Moving range diagram

2.4.4 控制圖分析

將ρi、Ei、Ri數據按照GB/T 27411—2012 進行統計分析，結果表明，各控制數據均處于各自行動限內，且未發現趨勢現象，說明測量系統誤差來源于隨機誤差。

2.5 偏倚估計的t檢驗

使用鉛質量濃度定值為104 μg/L 凍干牛血作為檢測質控樣。按照公式(10)、(11)用t檢驗對整個測量系統進行偏倚估計：

式中：t——標準方程檢驗統計量；

μ0——質控樣中鉛理論質量濃度，μ0=104 μg/L；

tR——期間精密度標準差檢驗統計量。

通過計算，t=1.880，tR=1.936。查GB/T 4882—2001中t檢驗臨界表，在95%置信概率下，t分布雙側情形下，t0.05，34=2.032。t、tR都小于t0.05，34，表明測量過程的偏倚可以忽略。

2.6 不確定度的評定

綜上，凍干牛血質控樣品中鉛含量測定結果在偏倚受控的期間精密度條件下進行。根據GB/T 27411—2012，實驗室根據實際情況，以期間精密度標準差作為合成不確定度uc，選擇擴展因子k=2 合成擴展不確定度U。即：石墨爐原子吸收光度法檢測凍干牛血質控樣品中鉛含量的擴展不確定度U=k×uc=2×uc=2×sR'=12.04 μg/L (包含因子k=2)，因此凍干牛血質控樣品中鉛的質量濃度為93.93～118.01 μg/L (k=2)，而凍干牛血質控樣品中鉛質量濃度標稱值為(104±15) μg/L，即凍干牛血質控樣品中鉛質量濃度標稱值為89～119 μg/L?？烧J為用Top-down控制圖法計算得到的不確定度與定值所賦予的不確定度結果基本一致，表明用該方法評定不確定度所得到的結果是準確可靠。

3 結語

利用一段時間內的日常質控數據，結合Topdown控制圖法，可以完成對血中鉛含量測定的不確定度進行評定。與GUM 法相比，該方法評定不確定度，簡單、易操作，可以作為血鉛含量檢測的質量控制手段，對實驗室檢測的結果質量進行趨勢性分析，規避實驗室風險。