Alle Ergebnisse für die Nachweisgrenzen für Wassermatrices wurden zusammengefasst und sind in Abbildung 1 dargestellt, d. h. ein Fehlerbalkendiagramm für den Mittelwert der einzelnen Komponenten.
Nachweisgrenze (ng/L) Fehlerbalken für die Wassermatrix.
Detektionsgrenzen auf der Grundlage des Signal-Rausch-Verhältnisses (SN)
Die Signal- und Rauschhöhen werden zur Berechnung des Signal-Rausch-Verhältnisses verwendet. Es liegt auf der Hand, dass niedrigere Werte für die Rauschhöhe und höhere Werte für die Signalhöhe zu niedrigeren Werten für die Nachweisgrenzen führen. Dieser Ansatz wird vor allem dann empfohlen, wenn das Gerät in Abwesenheit eines Analyten ein Rauschen aufweist. In den Leitlinien für das Validierungsverfahren der Harmonisierung wird für das Signal-Rausch-Verhältnis vorgeschlagen, Analyseverfahren anzuwenden, die ein Grundlinienrauschen aufweisen. In der instrumentellen Analytik wird dies als Nachweisgrenze betrachtet, da in der instrumentellen Analytik, z. B. in der Chromatographie, die Reaktion des Instruments stark von allen Eigenschaften der Instrumententeile zusammengenommen abhängt, z. B. Injektionsanschluss, Säule, Ofen, Detektor, Benutzer usw. Das Signal-Rausch-Verhältnis (S/N) wird durch 2H/h berechnet, wobei: H die Höhe des Peaks, der der betreffenden Komponente entspricht, in dem mit der vorgeschriebenen Referenzlösung erhaltenen Chromatogramm ist, gemessen vom Maximum des Peaks bis zur extrapolierten Basislinie des Signals, das aus einer Entfernung beobachtet wird, die gleich dem 20-fachen der Breite in halber Höhe ist; h der Bereich des Hintergrundrauschens in einem Chromatogramm ist, das nach der Injektion oder dem Auftragen eines Leerwerts erhalten wird, der aus einer Entfernung beobachtet wird, die gleich dem 20-fachen der Breite in halber Höhe des Peaks in dem mit der vorgeschriebenen Referenzlösung erhaltenen Chromatogramm ist, und der möglichst gleichmäßig um die Stelle liegt, an der dieser Peak gefunden wird. Nach dieser Formel führt der Nachweis eines Signals, das von einem Analyten in seiner Standardform erzeugt wird, zur instrumentellen Nachweisgrenze, ohne dass irgendwelche Schritte der Probenbehandlung berücksichtigt werden. Daher zeigt bei einer Multireststoffbestimmung wie der vorliegenden Studie jeder Analyt seine Reaktion frei von jeglichen Störfaktoren, da es sich nur um eine Standardlösung handelt, und dies wird allgemein als instrumentelle Nachweisgrenze (IDL) bezeichnet.
Tabelle 3 zeigt den maximalen Rauschwert für 4,4`-DDT (520) als höchsten Wert der Nachweisgrenze (0,563 μg/L in Wasser). Die Nachweisgrenzen reichten von 0,066 bis 0,563 μg/L in Wasser (Mittelwert von 0,202±0,141μg/L); das Rauschen und die Signalhöhe reichten von 86 bis 520 (Mittelwert von 205±126) bzw. von 1526 bis 5116 (Mittelwert von 3411±997) für 2 μg/L des angereicherten Matrixwasserleerwertes. Es zeigte sich ein zunehmender Trend bei den Nachweisgrenzenwerten in der Reihenfolge: Heptachlorepoxid< β-HCH< δ-HCH< α-HCH< Heptachlor< Aldrin< Endosulfan II< 4,4′-DDE< Dieldrin< Endrin< Methoxychlor< Endrin-Aldehyd< γ-HCH < 4,4′-DDD< Endosulfan I< Endosulfansulfat< Endrinketon< 4,4′-DDT. In der Tat zeigt SN die Leistung des Instruments bei den gewünschten Analyten an. Die wichtigsten Merkmale für die Leistung der Chromatographie sind also der ausgewählte Detektor (ECD), die stationäre Phase (Säule, HP-5ms), die mobile Phase (Trägergas, N2), der Injektionsmodus (splitless) und die Temperaturen von Injektionsöffnung, Ofen und Detektor.
Nachweisgrenzen auf der Grundlage der Steigung der Kalibrierkurve (CCS)
Die Steigung einer Kalibrierkurve ist ein weiteres Verfahren zur Annahme einer Nachweisgrenze in der analytischen Chemie. Rajaković und Marković klassifizierten die Nachweisgrenzen von Kalibrierkurven in drei Gruppen: gewöhnliche kleinste Quadrate, gewichtete kleinste Quadrate und nichtlineare Kalibrierkurven. Die Ergebnisse in Tabelle 4 beruhen auf der linearen kleinsten Quadrate. Für die Quantifizierung werden zwei Kalibrierungsmethoden verwendet, nämlich die interne und die externe Kalibrierung. Die Nachweisgrenzen wurden auf der Grundlage der Steigungen dieser beiden Diagramme berechnet. Die Antworten der Analyten (y) wurden gegen die Konzentrationen einer Reihe von Standardwerten der Analyten (x) aufgetragen. Die Nachweisgrenze wurde nach folgender Gleichung berechnet: a + 3 × S D y Steigung , (wobei a der Achsenabschnitt der Kalibrierungsgleichung ist) . Bei der externen Kalibrierung (CCSE) reichten die Nachweisgrenzen von 0,295 bis 2,107 μg/L in Wasser (Mittelwert von 1,219±0,466 μg/L). Fatoki und Awofolu ermittelten auf der Grundlage einer linearen Kalibrierkurvengleichung für einige Organochlorpestizide in Wasserproben Werte zwischen 5,5 und 20,6 ng/L. In der Zwischenzeit zeigen Rajaković und Marković in einer Studie über eine Arsennachweisgrenze unter Verwendung von ICP unzuverlässige Nachweisgrenzwerte auf der Grundlage einer linearen Kleinstquadrat-Kalibrierkurvengleichung.
Bei der internen Standardkalibrierung hingegen wurden Nachweisgrenzen (CCSI) im Bereich von 0,178 bis 2,043 (Mittelwert von 1,179±0,494) festgestellt. Es zeigte sich ein zunehmender Trend bei den Nachweisgrenzenwerten in der Reihenfolge: Endosulfansulfat> Endrin-Aldehyd> 4,4′-DDE> Endrinketon> Endosulfan II> Endrin> Methoxychlor> Dieldrin> 4,4′-DDT> γ-HCH> Endosulfan I> 4,4′-DDD> α-HCH> β-HCH> Aldrin> Heptachlorepoxid> δ-HCH> Heptachlor. Somit war die niedrigste Nachweisgrenze für Endosulfansulfat und die höchste für Heptachlor, basierend auf CCS. Im Falle von CCSE ist der Trend der Nachweisgrenze steigend: Heptachlor> Endrin> α-HCH> β-HCH> δ-HCH> 4,4′-DDE> Heptachlorepoxid> Endosulfansulfat> Endrin-Aldehyd> Endrinketon> Aldrin> Endosulfan II> 4,4′-DDT> 4,4′-DDD> γ-HCH> Dieldrin > Methoxychlor> Endosulfan I. Daher ist der steigende Trend für die beiden Methoden (CCSI und CCSE) nicht derselbe, was das Ergebnis eines relativen Reaktionsfaktors sein könnte, der auf einen internen Standardeffekt zurückzuführen ist. Darüber hinaus zeigen die aus einer Kalibrierungssteilheit mit internem Standard abgeleiteten Nachweisgrenzen niedrigere Werte als die mit CCSE abgeleiteten Nachweisgrenzen. Datenanalysen mit SPSS ergaben jedoch keine signifikanten Unterschiede zwischen den Nachweisgrenzen dieser beiden Methoden.
Nachweisgrenzen auf der Grundlage von Labor-Leerwertproben (LFB)
Die Nachweisgrenze auf der Grundlage von Labor-Leerwertproben stellt eine weitere Bandbreite von Nachweisgrenzen für Organochlorpestizide dar, die auf der Standardabweichung und dem T-Wert basieren. Die auf dem LFB basierenden Nachweisgrenzen reichten von 0,001 bis 0,005 μg/L in Wasser (Mittelwert von 0,002±0,001 μg/L). Dieser Bereich der Nachweisgrenzen stimmt mit Darko und Akoto überein, die Rückstände von Organochlorpestiziden in Wasser aus dem Bosomtwi-See in Ghana bestimmt haben. Dieser Bereich stimmt jedoch nicht mit den Studien von Tan und He sowie Samoh und Ibrahim überein, die niedrigere bzw. höhere Bereiche für die Nachweisgrenzen angaben.
Der Trend zum Anstieg der Nachweisgrenze ist in der Reihenfolge: Endosulfansulfat> 4,4′-DDE> Endrin-Aldehyd> Endrinketon> Endosulfan II> Endrin> Methoxychlor> Dieldrin> 4,4′-DDT> γ -HCH> Endosulfan I> 4,4′-DDD> α-HCH> β-HCH> Aldrin> Heptachlorepoxid > δ-HCH> Heptachlor. Die niedrigsten und höchsten Werte für die Nachweisgrenzen wurden für Endosulfansulfat bzw. Heptachlor ermittelt. Ein Labor-Leerwert berücksichtigt alle Schritte der Probenvorbereitung und -analyse.
Nachweisgrenzen auf der Grundlage von LFB für Sediment sind in Tabelle 5 dargestellt. Die Werte zeigen Nachweisgrenzen zwischen 0,001 und 0,005 ng/g (Mittelwert von 0,001±0,001). Dieser Bereich entspricht den Ergebnissen von Kim und Kang (0,002 bis 0,005 ng/g). Die Ergebnisse von Tan und He (0,01-0,08 ng/g) und Kim und Lee (0,02-0.16 ng/kg) deuten auf höhere bzw. niedrigere Werte hin, wenn man sie mit den Nachweisgrenzen dieser Studie vergleicht
Vergleiche zwischen den drei Methoden zur Berechnung der Nachweisgrenzen
Die Nachweisgrenzen in der aktuellen Studie bestehen aus drei Methoden, die in der analytischen Chemie dokumentiert sind, und die Entscheidung, welche davon verwendet wird, liegt beim Chemiker. Bei der Signal-Rausch-Verhältnis-Methode liegt der Schwerpunkt auf den instrumentellen Eigenschaften. Bei der CCS-Methode wird auf eine schnelle und erste Annahme für die Nachweisgrenze geachtet. Bei der LFB-Methode wird eine Annahme getroffen, die auf den Verfahren aller Methoden basiert, unabhängig davon, ob sie die Nachweisgrenze verbessern oder senken. Ziel der Ermittlung der Unterschiede zwischen diesen Daten ist es, Muster in den Daten aufzudecken, um festzustellen, ob sie für die Angabe von Nachweisgrenzwerten zuverlässig sind. Miller und Miller empfehlen, verschiedene Methoden zu vergleichen, um zuverlässige Nachweisgrenzwerte zu finden. Andererseits sollte der Chemiker je nach Art der einzelnen Methoden vorsichtig sein, wenn er eine von ihnen verwendet. Es wird nicht empfohlen, die Kalibrierkurvenmethode für Einzelpunktkalibrierungen zu verwenden. Das Signal-Rausch-Verfahren wird meist für die IDL und nicht für die Nachweisgrenze einer Methode verwendet. Das LFB-Verfahren kann in Fällen zunehmender Interferenzen in mehreren Schritten einer Probenbehandlungstechnik hohe Werte ergeben. Unter den drei Berechnungsmethoden weisen die auf LFB basierenden Nachweisgrenzen niedrigere Werte auf.
Betrachtet man sowohl den internen Standard als auch den externen Standard als eine Berechnungsmethode, so ergibt sich folgende steigende Tendenz der Nachweisgrenzen: LFB<SN<CCS. Obwohl das Signal-Rausch-Verhältnis die niedrigste instrumentelle Nachweisgrenze haben sollte und die LFB-Methode höher sein sollte, weil sie aufgrund von Interferenzen eine schlechtere Empfindlichkeit hat, zeigt dieses Ergebnis, dass ein Analytiker die Nachweisgrenzen der Methode im Falle einer Einschränkung der IDL verbessern kann. Chung und Chen erwähnten auch diesen Effekt des Erreichens einer Methodennachweisgrenze in einer Matrix, der durch die Verringerung des chemischen Rauschens von Matrixextraktionen verursacht wird. Daher kann die Extraktion durch SPE und Anreicherung bei der Analyse von Organochlorpestiziden zu Ergebnissen mit einer niedrigeren Nachweisgrenze führen, wie in dieser Studie gezeigt wurde. In ähnlicher Weise fanden Janska und Lehotay in ihrer Studie über Gemüse ebenfalls niedrigere Nachweisgrenzen in Matrixextrakten.
Die Ähnlichkeiten zwischen allen durchgeführten Methoden und eine beiläufige Inspektion der Methoden lässt die Möglichkeit aufkommen, dass es keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den Daten der vier Methoden (CCSI, CCSE, SN, LFB) gibt. Daher ist ein t-Test für unabhängige Stichproben geeignet, um die Unterschiede im Zusammenhang mit den Methoden für die 18 Zielorganochlorpestizide zu untersuchen. Mit SPSS wurde ein t-Test für unabhängige Stichproben durchgeführt, um die Nachweisgrenzen zu vergleichen (t(34)=9,5, P=0, zweiseitiger Test). Es gab einen signifikanten Unterschied zwischen den SN-basierten Nachweisgrenzen (M=0,202, SD=0,14) und den CCS-Werten für CCSI und CCSE, die auf den Ziel-OCP basieren. Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen CCSI-basierten Nachweisgrenzen (M=1,12, SD=0,5) und CCSE-basierten Nachweisgrenzen (M=1,22, SD=0,45; t(34)=0,6, P=0,56, two-tailed). LFB- (M=0,005, SD=0,002) und SN-basierte (M=0,202, SD=0,14; t(34)=6, P=0,00, two-tailed) Nachweisgrenzen zeigten signifikante Unterschiede. Ein t-Test für unabhängige Stichproben wurde ebenfalls durchgeführt, um die Nachweiswerte auf der Grundlage von CCSI und LFB zu vergleichen. Es gab einen signifikanten Unterschied zwischen den LFB-basierten Nachweisgrenzen (M=0,005, SD=0,002) und den CCSI-basierten Nachweisgrenzen (M=1,12, SD=0,5; t(34)=-7,5, P=0,00, two-tailed). Ähnliche Ergebnisse erbrachte die Untersuchung von Rajaković und Marković zu verschiedenen Methoden der Berechnung der Nachweisgrenze für Arsen mittels ICP. Er weist darauf hin, dass ein eindeutiger Wert für die Nachweisgrenze, der mit einem bestimmten Modell berechnet wurde, nicht direkt mit den Werten verglichen werden kann, die mit anderen Modellen berechnet wurden.