随着我国社会经济的不断发展，工业企业与城乡基础设施向环境排放的各类污染物越来越多，这不仅给生态环境带来了巨大的压力，还威胁着人类健康与生态安全。对环境中的污染物进行监测分析和溯源排查成为环境保护事业中重要的一环。如何针对现场环境监测工作的需求，实现野外现场的环境监测分析已成为研究热点之一^[1-4]。便携式水质检测仪一般采用比色法、电化学法、分光光度法等^[5]，主要应用在环保、轻工、化工、食品等行业中^[6]，相对于实验室分析方法而言，具备快速分析、方便携带、使用简单等优点，适合于现场快速检测水中多种污染物。但便携式水质检测仪的各种技术指标和性能尚无统一标准，监测数据质量难以保证，导致仪器性能和数据质量良莠不齐，无法满足管理部门对环境监测数据“真、准、全、快、新”的要求^[7-9]。

现从仪器的综合性能、使用便捷性和创新功能等角度出发，通过建立便携式水质检测仪综合评价方法，确定综合评价指标，制定综合评价标准。分别对常用的多参数和单参数水质检测仪的各种性能进行综合评价，以期为全方位评价、选择便携式水质检测仪提供有益的参考和借鉴。

1 评价指标的选取和赋分

根据《分析仪器通用技术条件》(GB/T 12519—2021)^[10]和《分析化学仪器设备验证与综合评价指南》(RB/T 160—2017)^[11]要求，确定了仪器的便携性、集成度、测量范围、标准样品检测性能、实际样品检测性能、抗干扰性、操作、扩展功能这8大类相关功能和技术参数作为综合评价项目^[12-14]。

评价标准除扩展功能外，设置满分为100分，综合设置了相关参数。因便携式水质检测仪对便携性和易操作性等方面的需求更高，分值设置略倾向于便携性、集成度等参数。评价标准中指示检测性能的准确度、精密度等指标分值为40分，其余60分为便携性、集成度和操作等类别的参数。同一仪器检测多个指标时，以各检测指标相应的平均分值来计分。考虑到仪器的特异性，另设置了扩展功能。便携式水质检测仪的分值设置及评分标准如下。

1.1 便携性

便携性总分值为10分，评价指标为体积和重量，由于这2项都是决定便携性的重要指标，故分值均为5分。将10%调研仪器能达到的水平设为满分，90%调研仪器能达到的水平设为1/3满分，介于两者之间的水平设为2/3满分。

1.2 集成度

集成度总分值为14分，评价指标为有无电池及续航，监测指标数，消解和分光部件是否一体化这3项，分值分别为4，6，4分。

(1) 有无电池及续航：无电池计分为0，有电池分值(I₁)计算见公式(1)：

$ I_1=2+2 \times T_{\text {续 }} / T_{\text {续 max }} $

(1)

式中：T_续——调研仪器电池续航时间；T_续max——所有调研仪器的最长续航时间。

(2) 监测指标数：单参数水质检测仪器(以下简称“单参数仪”)分值为6分，多参数水质检测仪器(以下简称“多参数仪”)分值(I₂)计算见公式(2)：

$ I_2=6 \times C / C_{\max } $

(2)

式中：C——调研仪器监测指标数；C_max——所有调研仪器的最多监测指标数。

(3) 消解和分光部件一体化分值为4分，否则不得分。

1.3 测量范围

测量范围总分值为6分。评价指标为检出限和量程，考虑到实际使用过程中量程的影响更大，因此这2项分值设为2和4分。

(1) 检出限(I₃)分值(最低0.1)计算见公式(3)：

$ I_3=2 \times D_{\text {low }} / D $

(3)

式中：D——调研仪器的检出限；D_low——所有调研仪器的最低检出限。

(2) 量程(I₄)分值(最低0.1)计算见公式(4)：

$ I_4=2 \times M / M_{\max } $

(4)

式中：M——调研仪器的量程；M_max——所有调研仪器的最大量程。

1.4 标准样品检测性能

标准样品检测性能总分值为15分，评价指标为精密度和准确度。考虑到不同浓度的样品对检测性能的要求不同，浓度越低对检测仪器的要求越高，因此分别统计低、中、高浓度标准样品的检测性能。低、中、高浓度标准样品的准确度分值分别为4，3，2分，精密度分值均为2分。

(1) 准确度(I₅)分值(最低0.1)计算见公式(5)：

$ I_5=I_{\mathrm{f}} \times\left|\delta_{\text {low }}\right| /|\delta| $

(5)

式中：I_f——满分值；δ——调研仪器的相对误差；δ_low——所有调研仪器的相对误差最小值。

(2) 精密度(I₆)分值(最低0.1)计算见公式(6)：

$ I_6=2 \times R_{\text {标low }} / R_{\text {标 }} $

(6)

式中：R_标——调研仪器的相对标准偏差；R_标low——所有调研仪器的相对标准偏差最小值。

1.5 实际样品检测性能

实际样品分析总分值为19分，评价指标为手工比对偏差、精密度和加标回收率3项，分别统计地表水和污水样品分析结果。

(1) 手工比对偏差(I₇)分值(最低0.1)计算见公式(7)：

$ I_7=I_{\mathrm{f}} \times S_{\text {low }} / S $

(7)

式中：I_f——满分值，地表水、污水分别为4和3分；S——调研仪器的手工比对偏差；S_low——所有调研仪器的手工比对偏差最小值。

(2) 精密度(I₈)分值(最低0.1)计算见公式(8)：

$ I_8=I_{\mathrm{f}} \times R_{\text {实low }} / R_{\text {实 }} $

(8)

式中：I_f——满分值，地表水、污水分别为3和4分；R_实——调研仪器的相对标准偏差；R_实low——所有调研仪器的手工比对相对标准偏差最小值。

(3) 加标回收率(I₉)分值(最低0.1)计算见公式(9)：

$ I_9=I_{\mathrm{f}} \times|P-1|_{\text {low }} /|P-1| $

(9)

式中：I_f——满分值，地表水、污水分别为2和3分；P——调研仪器的加标回收率；|P-1|_low——所有调研仪器的加标回收率减1的绝对值最小值。

1.6 抗干扰性

抗干扰性总分值为5分，评价指标为有无主动抗干扰措施。若有主动抗干扰措施满分为5分，自带抗干扰试剂得4分，其他抗干扰措施(包括过滤、混匀、蒸馏、萃取、稀释等)有1项得1分。若无主动抗干扰措施不得分。

1.7 操作

操作总分值为31分，评价指标为有无预制管剂、高/低浓度是否区分、操作步骤、同时测定的最多样品数量、单个样品分析时间、结果输出方式、是否参考标准方法、维护校准周期、现场安全、耗材共10项，根据相关内容及其实际使用的影响程度，分值分别为3，2，4，4，4，4，3，3，2，2分。

(1) 同步数量(I₁₀)分值计算见公式(10)：

$ I_{10}=4 \times N / N_{\max } $

(10)

式中：N——调研仪器可同时分析的最多样品数；N_max——所有调研仪器可同时分析的最多样品数。

(2) 检测时间(I₁₁)分值计算见公式(11)：

$ I_{11}=4 \times T_{\text {检min} } / T_{\text {检 }} $

(11)

式中：T_检——调研仪器单个样品总检测时间；T_检min——所有调研仪器单个样品总检测时间的最小值。

1.8 扩展功能

扩展功能分值为10分，根据仪器的特有功能计分。

2 综合评价指标调研统计和实验结果

目前市面上的便携式水质检测仪有较多品牌和型号。本研究从众多仪器中选择具有一定市场占有率且口碑较好的仪器进行调研。为验证综合评价指标的可行性，分别选取5款多参数仪(多参1—多参5)和4款单参数仪(单参1—单参4)分组开展综合评价，检测仪的方法原理均为分光光度法。多参数仪的主要分析指标为六价铬、总铅、化学需氧量、氰化物和挥发酚，单参数仪的分析指标为石油类^[15-22]。多参数仪分析指标见表 1。

2.1 便携性

便携性调研结果见表 2。由表 2可见，单参数仪质量均较大，为11~22 kg，这是由于集成了萃取比色等模块。多参数仪除多参4质量为13.3 kg外，其余质量均＜10 kg，体积均＜0.1 m³，具有较好的便携性能。

2.2 集成度

集成度调研结果见表 3。由表 3可见，单参数仪和多参数仪均自带电池，续航时间为3~168 h不等，检测指标数为1~5种。

2.3 测量范围 2.3.1 检出限

检出限实验结果见表 4。由表 4可见，六价铬检出限为0.002~0.02 mg/L，均低于六价铬地表水环境质量标准Ш类标准(0.05 mg/L)和污水综合排放标准(0.5 mg/L)的要求。挥发酚检出限为0~0.02 mg/L，除多参2外，高于挥发酚地表水环境质量标准Ш类标准(0.005 mg/L)。氰化物检出限为0.002~0.017 mg/L，均低于氰化物地表水环境质量标准Ш类标准(0.2 mg/L)和污水综合排放标准一级标准(0.5 mg/L)的要求。化学需氧量检出限为1.535~2.454 mg/L，均低于化学需氧量地表水环境质量标准Ш类标准(20 mg/L)和污水综合排放标准(100 mg/L)的要求。铅检出限为0.031~0.102 mg/L，除多参5外，均低于铅地表水环境质量标准Ш类标准(0.05 mg/L)和污水综合排放标准(1.0 mg/L)的要求。石油类检出限为0.024~0.173 mg/L，除单参2外，均高于石油类地表水环境质量标准Ш类标准(0.05 mg/L)的要求，均低于污水综合排放标准一级标准(10 mg/L)的要求^[15-22]。

2.3.2 量程

量程调研结果见表 5。由表 5可见，参与调研的单参数仪和多参数仪测量范围均能满足地表水和污水分析要求，对于一些浓度较高的样品，可通过稀释或减少取样量的方法进行分析。

2.4 标准样品检测性能

用低、中、高浓度的标准样品对调研仪器相关检测指标的精密度和准确度进行验证，同1台仪器针对不同检测指标的精密度和准确度进行平均值计算，得到相对标准偏差和相对误差绝对值，见表 6。由表 6可见，多参数仪实验结果中除多参3和多参4在分析低浓度标准样品时出现偏差外，其他仪器在分析低、中、高浓度的标准样品时均具有较低的相对标准偏差，精密度较好。在分析低浓度标准样品时，所有仪器均具有较大的相对误差；在分析中、高浓度标准样品时，除多参4相对误差较大外，其他仪器相对误差绝对值均＜20%，可见大部分仪器具有较好的准确度。

单参数仪在分析低、中、高不同浓度的标准样品时均具有较低的相对偏差，精密度较好；在分析低浓度标准样品时，均具有较大的相对误差；在分析中、高浓度标准样品时，除单参4相对误差较大外，其他仪器相对误差绝对值均＜20%，可见大部分仪器具有较好的准确度。

2.5 实际样品检测性能

为了验证仪器在实际水样分析时的性能表现，分别分析地表水和污水水样，计算相对标准偏差和回收率。同时与实验室手工分析结果进行比对，计算手工相对标准偏差。其中包含高氯废水，用以验证仪器的抗干扰性能。实际样品实验结果见表 7。由表 7可见，多参数仪和单参数仪在分析地表水和污水时，相对标准偏差均＜5%，可见各仪器均具备较高的精密度；在回收率方面，除多参5在分析地表水和多参3在分析污水时回收率分别为120%和108%外，其余仪器的回收率均不是很理想；手工比对偏差均＞35%，可见便携式水质检测仪在分析实际样品方面与手工方法还存在差距，主要是由于实际水样成分复杂，手工法往往要经过复杂的前处理过程，而便携式检测分析仪只是通过简单的过滤、稀释等措施进行前处理，很难完全消除干扰。

2.6 抗干扰性

抗干扰性调研结果见表 8。由表 8可见，目前大部分仪器的抗干扰措施主要是试剂屏蔽、过滤、混匀、稀释、萃取、蒸馏等，这些措施遇到成分比较复杂的水样时很难完全消除干扰。

2.7 操作

操作调研结果见表 9。

2.8 扩展功能

为了调研仪器的创新性和独特性，对多参数仪的扩展功能进行了调研，结果见表 10，单参数仪因为功能单一未进行调研。由表 10可见，多参2可通过微信小程序共享监测结果；多参4和多参5可分别设置消解温度和时间，这些扩展功能为现场快速分析提供了便利，大大缩短了分析时间。

3 综合评价结果

参照《仪器验证实施指南》(CNAS-GL040)^[23]，根据调研和实验结果，对多参数仪和单参数仪的各项指标分别进行评分，最终将各项分值相加计算出每台仪器的综合得分，结果见表 11。

由表 11可见，多参数仪中，多参1和多参2综合得分位居前列，其中多参2可通过网络在微信小程序分享监测结果，提高了工作效率；多参4和多参5的消解仪在消解样品时可分别设置消解温度和时间，在现场能够同时对消解温度和时间需求不同的样品进行同步消解，在多种指标分析时可有效减少现场样品分析的时间，尽快获得监测结果。单参数仪中，单参1和单参2综合评分最高，其中单参1体积较小，具有较好的便携性能和较高的精密度。根据前期调研，这几台仪器在市场上也较受欢迎，用户数量较多，与本研究结果较为一致。

4 结语

目前，随着技术的不断发展，大部分便携式水质检测仪在便携性、操作简易性等方面做得比较好。部分仪器由于分析方法、干扰消除等方面的限制，在分析数据的准确度、精密度等方面与实验室分析数据之间还存在较大差距，在评价中失分较多，广大便携式水质检测仪生产厂家和研发人员应在此方面加大投入，确保分析数据真实、准确，更好地发挥该类仪器在事故调查、污染溯源等方面的作用。