分析方法的專屬性和靈敏度是方法能夠使用的前提,而精密度和準(zhǔn)確度則是研發(fā)人員不斷追求的目標(biāo)。為什么這么說(shuō)呢?接下來(lái)我們就來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)方法的精密度(Precision)和準(zhǔn)確度(Accuracy),看完之后可能你就會(huì)理解我的說(shuō)法了。
首先為什么要把這兩個(gè)放到一起來(lái)說(shuō)?
就像方法驗(yàn)證中的定量限和檢測(cè)限,精密度和準(zhǔn)確度也是緊密相關(guān)的兩個(gè)項(xiàng)目。良好的精密度是方法具有較好準(zhǔn)確度的必要條件,但是良好的準(zhǔn)確度還與其他因素(如基質(zhì)干擾、溶液配制、結(jié)果計(jì)算等)有關(guān)。
接下來(lái)咱們來(lái)看它們具體的定義:
精密度:系指在規(guī)定的測(cè)定條件下,同一份均勻供試品,經(jīng)多次取樣測(cè)定所得結(jié)果之間的接近程度。精密度一般用偏差(Deviation)、標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)或相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)表示。
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在相同條件下,由同一個(gè)分析人員測(cè)定所得結(jié)果的精密度稱為重復(fù)性;
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在同一實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的條件改變,如不同時(shí)間、不同分析人員、不同設(shè)備等測(cè)定結(jié)果之間的精密度,稱為中間精密度;
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不同實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果之間的精密度,稱為重現(xiàn)性。
準(zhǔn)確度:準(zhǔn)確度系指用所建立方法測(cè)定的結(jié)果與真實(shí)值或參比值接近的程度。一般用回收率(Recovery)表示。
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準(zhǔn)確度應(yīng)在規(guī)定的線性范圍內(nèi)試驗(yàn)。
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準(zhǔn)確度可由所測(cè)定的精密度、線性和專屬性推算出來(lái)。
那為什么說(shuō)精密度和準(zhǔn)確度是研發(fā)人員一個(gè)追求的目標(biāo)呢?
首先:不是所有的方法都需要精密度和準(zhǔn)確度的,比如定性方法。
其次:定義中可以看出來(lái)它們代表的都是一種接近程度。對(duì)于程度的探尋,它是永無(wú)止境的。
最后:我們需要了解方法驗(yàn)證的目的,除了證明方法滿足預(yù)期用途之外,更重要的一點(diǎn)就是確認(rèn)方法誤差的來(lái)源和大小。方法的精密度和準(zhǔn)確度取決于方法開(kāi)發(fā)過(guò)程,因此它是一個(gè)研發(fā)人員追求的目標(biāo)。
既然提到了誤差,接下來(lái)咱們就說(shuō)說(shuō)方法的誤差。
誤差這個(gè)詞相信大家都不陌生了。我們將分析結(jié)果與真實(shí)結(jié)果之間的差值稱為誤差。它是方法固有的,無(wú)法避免的。按照類(lèi)型主要分為兩類(lèi):
一)系統(tǒng)誤差:它是由某種確定的原因引起的,一般有固定的方向(正或負(fù))和大小,重復(fù)測(cè)定可重復(fù)出現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)誤差的來(lái)源,又可區(qū)分為方法誤差、儀器誤差、試劑誤差及操作誤差等。
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方法誤差:由于分析方法本身的缺陷或不夠完善所引起的誤差。例如,在滴定分析法中,由于滴定反應(yīng)進(jìn)行不完全,或干擾離子的影響,導(dǎo)致終點(diǎn)判斷不準(zhǔn)確。
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儀器誤差:由于所用儀器本身不夠準(zhǔn)確或未經(jīng)校正所引起的誤差。例如,砝碼、滴定管刻度不夠準(zhǔn)確等。
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試劑誤差:由于試劑不純或含有雜質(zhì)引入的誤差。
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操作誤差:由于操作人員的習(xí)慣而引起的誤差。例如,讀取滴定管的讀數(shù)時(shí)偏高或偏低。
這類(lèi)系統(tǒng)性誤差(Systematic error)實(shí)際影響的是結(jié)果的真實(shí)性(Affect Trueness),即與真實(shí)值的偏離程度。
二)偶然誤差:或稱隨機(jī)誤差,它是由不確定的原因引起的,可能由于實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)境的溫度、濕度和氣壓的微小變化以及其他操作條件的微小波動(dòng)所造成,其方向(正或負(fù))和大小都不固定。
這類(lèi)隨機(jī)性誤差(Random error)實(shí)際影響的是結(jié)果的精密度(Affect Precision),即數(shù)據(jù)間的離散程度。
因此,我們用一個(gè)等式來(lái)描述那就是:
注:偶然誤差可以通過(guò)增加平行試驗(yàn)來(lái)減小;系統(tǒng)誤差可以通過(guò)空白、對(duì)照和回收試驗(yàn)來(lái)校正。
講到這,相信大家對(duì)準(zhǔn)確度和精密度已經(jīng)有了一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)了。準(zhǔn)確度,它是一個(gè)綜合的結(jié)果,它是所有誤差相互作用后的最終體現(xiàn)。而精密度,它是通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)工具呈現(xiàn)出來(lái)的數(shù)據(jù)結(jié)果的偏差大小,主要是反映隨機(jī)誤差的影響。
這里為了便于大家理解,我們將準(zhǔn)確度稱為總體準(zhǔn)確度(Overall Accuracy),它的含義是將測(cè)試樣品制備的誤差、基質(zhì)的干擾以及結(jié)果計(jì)算的誤差都考慮進(jìn)去。即
基質(zhì)的干擾指的是測(cè)試溶液中除目標(biāo)物以外的所有成分(對(duì)于有關(guān)物質(zhì)而言,其主成分、溶劑、其他雜質(zhì)都是干擾基質(zhì)),對(duì)目標(biāo)物檢測(cè)產(chǎn)生的干擾(如增強(qiáng)或抑制)。因此,這也是為什么在進(jìn)行準(zhǔn)確度驗(yàn)證的時(shí)候,法規(guī)指南推薦的方法是加標(biāo)回收率,主要目的就是評(píng)估基質(zhì)的干擾。
如下圖所示,若線性溶液和準(zhǔn)確度溶液配制的基質(zhì)不同,往往會(huì)導(dǎo)致實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)曲線不同。我們?cè)隍?yàn)證過(guò)程中需要注意不同溶液中的基質(zhì)差異。
精密度和準(zhǔn)確度還受到樣品取樣、稱量、定量稀釋等溶液配制過(guò)程中的誤差影響。換句話說(shuō),方法的精密度和準(zhǔn)確度不會(huì)好于測(cè)試溶液制備的精密度和準(zhǔn)確度。
舉兩個(gè)例子說(shuō)明下這個(gè)問(wèn)題:
1)我們準(zhǔn)備將儲(chǔ)備液稀釋100倍,實(shí)驗(yàn)室使用的是A級(jí)的移液管和容量瓶,你覺(jué)得以下哪種方式是最準(zhǔn)確的?
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先1.0ml/10ml,再1.0ml/10ml
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先5.0ml/50ml,再5.0ml/50ml
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先10.0ml/100ml,再10.0ml/100ml
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1.0ml/100ml
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2.0ml/200ml
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5.0ml/500ml
要回答這個(gè)問(wèn)題,我們首先得知道A級(jí)移液管和容量瓶對(duì)應(yīng)的允許誤差(參考JJG196-2006),
儀器規(guī)格
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容量允許誤差
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相對(duì)誤差
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1ml移液管
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0.007ml
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0.7%
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2ml移液管
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0.01ml
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0.5%
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5ml移液管
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0.015ml
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0.3%
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10ml移液管
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0.02ml
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0.2%
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10ml容量瓶
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0.02ml
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0.2%
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50ml容量瓶
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0.05ml
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0.1%
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100ml容量瓶
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0.1ml
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0.1%
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200ml容量瓶
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0.15ml
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0.075%
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500ml容量瓶
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0.25ml
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0.05%
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因此,各步誤差的總和(以最大誤差來(lái)統(tǒng)計(jì)):
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0.7%+0.2%+0.7%+0.2%=1.8%
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0.3%+0.1%+0.3%+0.1%=0.8%
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0.2%+0.1%+0.2%+0.1%=0.6%
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0.7%+0.1%=0.8%
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0.5%+0.075%=0.575%
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0.3%+0.05%=0.35%
答案:f(從最準(zhǔn)確的角度分析)
2)在滴定分析中,一般滴定管讀數(shù)有±0.01ml 的絕對(duì)誤差,同時(shí)一次滴定需要讀數(shù)兩次,因此可能造成的最大誤差是±0.02ml。為使滴定讀數(shù)的相對(duì)誤差≤0.1%,那么消耗滴定劑的體積就需要≥20ml。
最后,我們?cè)倥e個(gè)例子來(lái)說(shuō)下計(jì)算方法對(duì)于準(zhǔn)確度的影響。
如下圖所示,當(dāng)有關(guān)物質(zhì)方法中雜質(zhì)的相對(duì)響應(yīng)因子(RRF)遠(yuǎn)小于1時(shí),若我們計(jì)算結(jié)果不進(jìn)行校正,直接采用主峰的線性來(lái)計(jì)算(如面積百分比計(jì)算),那么雜質(zhì)的檢測(cè)結(jié)果就會(huì)比實(shí)際含量低,導(dǎo)致雜質(zhì)被低估。
關(guān)于計(jì)算方式的選擇,這里我們簡(jiǎn)單地補(bǔ)充兩點(diǎn):
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對(duì)于是采用面積歸一法還是自身稀釋對(duì)照法,通常是在方法開(kāi)發(fā)階段將供試品稀釋100倍來(lái)看下稀釋后的溶液與原溶液是否成線性。若是,則可以用面積歸一法;若不是,則建議使用自身對(duì)照法。
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對(duì)于是采用單點(diǎn)外標(biāo)還是標(biāo)準(zhǔn)曲線法外標(biāo),主要是計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距。若無(wú)明顯截距(通常為不大于10%),則可以使用單點(diǎn)外標(biāo);若有明顯截距,則建議使用標(biāo)準(zhǔn)曲線法。
此處需要特別說(shuō)明的一點(diǎn)就是:驗(yàn)證過(guò)程中回收率計(jì)算方法應(yīng)與檢驗(yàn)方法一致。也就是說(shuō),如果檢驗(yàn)方法中規(guī)定的是外標(biāo)法,那么回收率計(jì)算時(shí)應(yīng)采用外標(biāo)法;如果檢驗(yàn)方法中采用的是自身稀釋對(duì)照法,則回收率計(jì)算時(shí)應(yīng)采用自身稀釋對(duì)照法;如果檢驗(yàn)方法規(guī)定的是主成分外標(biāo)法(個(gè)人比較推薦的方法),那么回收率計(jì)算時(shí)就應(yīng)采用主成分外標(biāo)法。否則,一律都按照外標(biāo)法來(lái)計(jì)算回收率是沒(méi)有意義的。
最后,我們?cè)僬f(shuō)下做法和要求(參考中國(guó)藥典9101 分析方法驗(yàn)證指導(dǎo)原則):
1、精密度:
做法:
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在規(guī)定范圍內(nèi),取同一濃度(分析方法擬定的樣品測(cè)定濃度,相當(dāng)于100%濃度水平)的供試品,用至少6 份的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià);
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設(shè)計(jì)至少3 種不同濃度,每種濃度分別制備至少3 份供試品溶液進(jìn)行測(cè)定,用至少9 份樣品的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。
注意的是:采用第二種方法進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí),濃度的設(shè)定應(yīng)考慮樣品的濃度范圍。
要求:
精密度的結(jié)果應(yīng)報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)偏差、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差或置信區(qū)間。樣品中待測(cè)定成分含量和精密度RSD可接受范圍參考表3。
在基質(zhì)復(fù)雜、組分含量低于0.01%及多成分等分析中,精密度限度可適當(dāng)放寬。對(duì)于這個(gè)指導(dǎo)原則中的可接受標(biāo)準(zhǔn),本文不做過(guò)多評(píng)論。但建議的是在國(guó)內(nèi)申報(bào)時(shí),大家還是能做到就盡量去做到。
2、準(zhǔn)確度
做法:
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在規(guī)定范圍內(nèi),取同一濃度(相當(dāng)于100%濃度水平)的供試品,用至少6份樣品的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià);
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設(shè)計(jì)至少 3 種不同濃度,每種濃度分別制備至少3份供試品溶液進(jìn)行測(cè)定,用至少9份樣品的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià),且濃度的設(shè)定應(yīng)考慮樣品的濃度范圍。兩種方法的選定應(yīng)考慮分析的目的和樣品的濃度范圍。
同時(shí),由于準(zhǔn)確度一般用回收率來(lái)表示,我們以原料藥的含量和有關(guān)物質(zhì)為例來(lái)說(shuō)下回收率的做法。
1)含量測(cè)定方法的準(zhǔn)確度---直接回收率
原料藥含量測(cè)定時(shí),由于目標(biāo)物通常為純物質(zhì),可以直接用已知純度的對(duì)照品或供試品進(jìn)行測(cè)定,直接計(jì)算回收率=測(cè)得值/實(shí)際值,或用所測(cè)定結(jié)果與已知準(zhǔn)確度的另一個(gè)方法測(cè)定的結(jié)果進(jìn)行比較。當(dāng)原料藥為多組分時(shí),也可以使用加標(biāo)回收率來(lái)測(cè)定。
原料藥的含量,線性范圍一般為實(shí)際測(cè)定濃度的 80%~120%,其目的是考慮到這一范圍足夠可以滿足《藥典》中規(guī)定“約” 的定義為 90%~110%的范圍;
2)有關(guān)物質(zhì)測(cè)定方法的準(zhǔn)確度---加標(biāo)回收率
原料藥有關(guān)物質(zhì)測(cè)定時(shí),主要需考察基質(zhì)或其它物質(zhì)的相互干擾,因此可向原料藥中加入已知量的雜質(zhì)對(duì)照品進(jìn)行測(cè)定,計(jì)算回收率=(測(cè)得量-樣品中的量)/加入量。如不能得到雜質(zhì)對(duì)照品,可用所建立的方法與另一成熟方法(如藥典標(biāo)準(zhǔn)方法或經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的方法)的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行比較。
有關(guān)物質(zhì)的測(cè)定,實(shí)際操作的范圍應(yīng)該是定量限(或報(bào)告限)至質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的120%以上,同時(shí)需要進(jìn)行主成分線性范圍的測(cè)定(最高濃度為實(shí)際測(cè)定時(shí)稀釋后的濃度的120%以上,最低濃度為定量限濃度),用于校正因子的測(cè)定。
要求:
對(duì)于化學(xué)藥應(yīng)報(bào)告已知加入量的回收率(%),或測(cè)定結(jié)果平均值與真實(shí)值之差及其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差或置信區(qū)間(置信度一般為95%); 樣品中待測(cè)定成分含量和回收率限度關(guān)系可參考表2。
同樣的,在基質(zhì)復(fù)雜、組分含量低于0.01%及多成分等分析中,回收率限度可適當(dāng)放寬。