MATERIAŁY ODNIESIENIA W PRAKTYCE LABORATORYJNEJ. Piotr Konieczka Katedra Chemii Analitycznej Wydział Chemiczny Politechnika Gdańska

Transkrypt

1 MATERIAŁY ODNIESIENIA W PRAKTYCE LABORATORYJNEJ Piotr Konieczka Katedra Chemii Analitycznej Wydział Chemiczny Politechnika Gdańska 1 Terminologia materiał odniesienia certyfikowany materiał odniesienia materiał do kontroli jakości laboratoryjny materiał odniesienia pierwotny materiał odniesienia bezmatrycowy y materiał odniesienia wzorzec Reference Material RM Certified Reference Material CRM Standard Reference Material SRM Quality Control Material QCM Laboratory Reference Material LRM Primary Reference Material PRM Matrix-free (Matrix-less) Reference Material Standard 2 1

2 Organizacje i instytucje IRMM NIST IChTJ ISO REMCO GUM BCR VIM EURACHEM ASTM Institute for Reference Materials and Measurements (EC JRC) National Institute of Standards and Technology (USA) Instytut Chemii i Techniki Jądrowej International Standard Organization - Committee on Reference Materials Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement Bureau Communautaire de Reference International Vocabulary of Basic and General Terms in Metrology Network of Analytical Chemistry Organisations in Europe American Society for Testing and Materials (USA) 3 Materiał odniesienia (ang. Reference Material - RM) wg definicji ISO, to materiał lub substancja, dla których uznano wartości jednej lub większej liczby właściwości za dostatecznie jednorodne i na tyle dobrze określone, żeby można było je stosować do kalibracji przyrządu, sprawdzania procedury pomiarowej lub oznaczania wybranych własności. Materiał odniesienia może być substancją czystą lub mieszaniną, występować pod postacią gazu, cieczy lub ciała stałego. 4 2

3 Certyfikowany materiał odniesienia (ang. Certified Reference Materiał - CRM), to materiał odniesienia opatrzony certyfikatem, dla którego każdej wartości przypisana jest niepewność na określonym poziomie ufności. 5 Laboratoryjny materiał odniesienia (ang. laboratory reference material - LRM) tzw. roboczy materiał odniesienia lub materiał stosowany do kontroli jakości przygotowany przez jednostki akredytowane. Wartości odniesienia ustalane są wwynikubadań przeprowadzonych za pomocą, co najmniej jednej procedury analitycznej, która została poddana procesowi walidacji. Materiał taki opatrzony jest w opis sposobu osiągania spójności pomiarowej oraz wartość oszacowanej niepewności ś i pomiarowej. Przygotowywany jest głównie do stosowania w badaniach międzylaboratoryjnych i w wewnętrznej kontroli jakości. 6 3

4 Matrycowy materiał odniesienia (ang. matrix reference material) materiał charakteryzujący się zazwyczaj niskim poziomem zawartości analitów. Stosowany jest głównie do testowania i walidacji procedur analitycznych oraz kalibracji przyrządów pomiarowych. Wśród matrycowych materiałów odniesienia wyróżnić można: pierwotne materiały odniesienia, materiały do kontroli jakości, laboratoryjne materiały odniesienia oraz wtórne materiały odniesienia. 7 Bezmatrycowy materiał odniesienia (ang. matrix- free reference material) materiał odniesienia, którego skład matrycy nie wpływa na wynik oznaczenia. Materiały te stosowane są do kalibracji przyrządów analitycznych. Można wśród nich wyróżnić czyste substancje i roztwory wzorcowe. 8 4

5 Podział materiałów odniesienia MATERIAŁY ODNIESIENIA CERTYFIKOWANE NIECERTYFIKOWANE MATRYCOWE Pierwotne materiały odniesienia - PRMs - materiały do kontroli jakości - QCMs - laboratoryjne materiały odniesienia LRMs - wtórne materiały odniesienia - SecRMs BEZMATRYCOWE - substancje czyste - roztwory wzorcowe 9 Klasyfikacja materiałów odniesienia Lp. Parametr klasyfikujący Dodatkowe wyjaśnienia 1. Właściwości - skład chemiczny Materiały odniesienia będące zarówno czystymi chemicznymi związkami lub reprezentatywnymi próbkami matrycowymi, rzeczywistymi lub z dodatkiem analitu, charakteryzujące się jedną lub wieloma właściwościami chemicznymi lub fizykochemicznymi. -właściwości biologiczne i kliniczne -właściwości fizyczne Materiały charakteryzujące się jedną lub wieloma właściwościami biochemicznymi lub klinicznymi. Materiały charakteryzujące się jedną lub wieloma właściwościami fizycznymi np. temperatura topnienia, lepkość, gęstość. - właściwości techniczne Materiały charakteryzujące się jedną lub wieloma właściwościami technicznymi np. twardość, wytrzymałość. -różnorodne 10 5

6 Klasyfikacja materiałów odniesienia cd. Lp. Parametr klasyfikujący Dodatkowe wyjaśnienia 2. Skład chemiczny - czyste substancje (wykorzystywane np. do identyfikacji) Materiały wysokiej czystości Materiały o określonej czystości Materiały pierwszego rzędu czysty składnik (izotop, pierwiastek lub związek chemiczny), w którym suma zanieczyszczeń nie przekracza 10 µmol/mol jak powyżej, przy czym suma zanieczyszczeń nie przekracza 50 µmol/mol jak powyżej, przy czym suma zanieczyszczeń nie przekracza 100 µmol/mol - roztwory Kalibracja oraz stosowanie procedur analitycznych na etapie ich modyfikacji -metodycznie dedykowane materiały -materiały o znanym składzie matrycy Wartości są określone dla stosowanej metody wykonywanej wg ściśle określonego przepisu analitycznego Kalibracja metod porównawczych 11 Klasyfikacja materiałów odniesienia cd. Lp. Parametr klasyfikujący Dodatkowe wyjaśnienia 2. cd. Skład chemiczny - materiały matrycowe Materiały odniesienia zawierające składniki główne Materiały odniesienia zawierające składniki uboczne Materiały odniesienia zawierające składniki śladowe Materiały odniesienia zawierające składniki ultraśladowe składniki (w matrycy) występują na poziomie stężeń większym niż 100 mmol/kg lub 100 mmol/dm 3 składniki (domieszki) występują na poziomie stężeń powyżej 100 mmol/kg lub 100 mmol/dm 3 składniki występują w matrycy na poziomie stężeń poniżej 100 µmol/kg lub 100 µmol/dm 3 składniki występują w matrycy na poziomie stężeń poniżej 100 nmol/kg lub 100 nmol/dm

7 Klasyfikacja materiałów odniesienia cd. Lp. Parametr klasyfikujący Dodatkowe wyjaśnienia 3. Spójność pomiarowa z układem SI Materiały klasy 0 Materiały klasy I Materiały klasy II Materiały klasy III Materiały klasy IV Materiały klasy V Czyste indywidua chemiczne certyfikowane w stosunku do jednostek układu SI przy najniższej osiągalnej niepewności wyników pomiarów. Materiały odniesienia certyfikowane w stosunku do jednostek układu SI lub materiałów odniesienia klasy 0 z określoną niepewnością wyników pomiarów i przy braku mierzalnych efektów matrycowych. Materiały odniesienia certyfikowane w stosunku do jednostek układu SI lub materiałów odniesienia klasy 0 lub I przy zdefiniowanej niepewności wyników pomiarów. Materiały odniesienia certyfikowane w stosunku do materiałów odniesienia klasy 0, I, II. Materiały odniesienia certyfikowane w stosunku do jednostek innych układów niż SI. Materiały odniesienia charakteryzujące się brakiem spójności pomiarowej z jakimkolwiek układem miar. 13 Klasyfikacja materiałów odniesienia cd. Lp. Parametr klasyfikujący Dodatkowe wyjaśnienia 4. Niepewność określenia stężenia (ilości) analitu w materiale 5. Zastosowanie w badaniach chemicznych Certyfikowane materiały odniesienia Pierwotne materiały odniesienia (PRM) Certyfikowane materiały odniesienia (CRM) Niecertyfikowane Materiały odniesienia (składniki o znanej ale nie materiały odniesienia certyfikowanej zawartości) Laboratoryjne materiały odniesienia (LRM) Materiały do kontroli jakości (QCM) - Kalibracja przyrządów analitycznych; - Szacowanie spójności pomiarowej; -Określenie niepewności pomiarowej; - Kontrola jakości; - Walidacja metod analitycznych. 14 7

8 Porównanie głównych wymagań stawianych materiałom odniesienia i roztworom wzorcowym MATERIAŁ ODNIESIENIA 1. Stężenia wszystkich składników, w tym składników matrycy, powinny być możliwie zbliżone do stężeń odpowiednich składników w badanym obiekcie. 2. Dokładność znajomości stężeń składników, powinna umożliwić wykrycie błędów systematycznych. ROZTWÓR WZORCOWY 1. Nie powinny zawierać zanieczyszczeń wpływających na wynik kalibracji. 2. Powinny umożliwiać przeprowadzenie kalibracji w całym zakresie stężeń występowania odpowiednich składników w badanych próbkach. 3. Znana, niska wartość niepewności. 3. Dokładność znajomości stężeń składników, powinna być porównywalna z oczekiwaną dokładnością wyników pomiarów. 15 Zastosowanie materiałów odniesienia proces walidacji procedur analitycznych kalibracja, wyznaczanie dokładności, szacowanie niepewności, systematyczna kontroli jakości prowadzonych prac analitycznych badania międzylaboratoryjne, potwierdzenie umiejętności nowego laboratorium lub nowego analityka, kalibracja przyrządów i metod analitycznych, badanie dokładności i/lub odzysku, wyznaczenie spójności pomiarowej, szacowanie niepewności pomiaru. 16 8

9 Produkcja materiałów odniesienia Wybór rodzaju materiału Pozyskanie odpowiedniej ilości żądanego materiału Wstępne przygotowanie materiału (suszenie, rozdrabnianie, sianie) Wstępne badania trwałości materiału Wybranie i zakup odpowiednich pojemników, etykiet itp. Wstępne badania jednorodności Określenie zawartości składników głównych Konfekcjonowanie materiału do pojemników Ostateczne badanie jednorodności (wewnątrz opakowania i między opakowaniami) 17 Produkcja materiałów odniesienia Sterylizacja materiału (zapewnienie trwałości biologicznej) Oznaczenie wilgotności Organizacja porównania międzylaboratoryjnego - przeprowadzenie procesu certyfikacji Statystyczne opracowanie uzyskanych wyników Ustalenie wartości atestowanych Wydruk atestu MATERIAŁ ODNIESIENIA Kontynuowanie badań długookresowej trwałości 18 9

10 Produkcja materiałów odniesienia Produkcja materiałów odniesienia to proces łączący: wytwarzanie materiału, badanie jednorodności, badanie trwałości, określenie charakterystyki RM, Niepewność wartości odniesienia powinna być oszacowana zgodnie z GUM. 19 Produkcja materiałów odniesienia Wybór materiału (do produkcji) zależy od: aktualnych potrzeb, rodzaju pomiarów analitycznych, które mają go wykorzystywać, dostępności materiału

11 planowanie badanie jednorodności ok? tak badanie krótkoterminowej trwałości tak ok? nie badanie długoterminowej trwałości badania charakteryzujące tak ok? ok? tak certyfikacja 21 Niejednorodność wewnątrzopakowaniowa można wyeliminować poprzez pobieranie do analizy próbkek materiału o większej masie Producent powinien określić minimalną ilość próbki materiału pobieranego do analizy

12 Niejednorodność wewnątrzopakowaniowa A 23 Niejednorodność międzyopakowaniowa użytkownik nie ma wpływu na wartość tego parametru; Producent powinien określić wartość wariancji międzyopakowaniowej (u bb ) 24 12

13 Niejednorodność międzyopakowaniowa B 25 Badanie jednorodności Porównywanie wyników uzyskanych w trakcie badań losowo pobranych próbek. Badania takie sąą prowadzone na etapie konfekcjonowania próbek materiałudopojemników. Identyfikacja pojemników każdy oznaczony określonym numerem specjalne procedury służące do etykietowania. Jednorodność (homogeniczność) określana na podstawie wyznaczenia tzw. heterogeniczności międzyopakowaniowej (ang. between-bottle hetereogenity) 26 13

14 Trwałość (stabilność) materiału odniesienia Wyznaczana w oparciu o porównanie wartości certyfikowanych parametrów uzyskanych w wyniku ich oznaczenia w próbkach danego materiału: przechowywanych w tzw. temperaturze odniesienia (założenie, iż w tej temperaturze nie następuje zmiana składu materiału odniesienia); przechowywanych w temperaturze zalecanej przez producenta (dla danego materiału odniesienia); 27 Przyczyny nietrwałości materiałów odniesienia Zawartość analitu rozkład analitu kontrolowany przez proces dyfuzji czas 28 14

15 Przyczyny nietrwałości materiałów odniesienia Zawartość analitu rozkład składników matrycy kontrolowany przez proces dyfuzji czas 29 Przyczyny nietrwałości materiałów odniesienia tu Zawartość analit zużycie antyutleniacza kontrolowane przez proces dyfuzji czas 30 15

16 Przyczyny nietrwałości materiałów odniesienia itu Zawartość anali autokataliza czas 31 Przyczyny nietrwałości materiałów odniesienia tu Zawartość analit reakcja elementarna (rozpad analitu) czas 32 16

17 Przyczyny nietrwałości materiałów odniesienia tu Zawartość analit tworzenie analitu przez mikroorganizmy czas 33 Wyniki badania trwałości materiału CRM - BCR-350*. Analit (PCB) certyfikowana ±rozszerzona niepewność Wartości [µg/kg] N ±s[µg/kg] R ±s[µg/kg] Stosunek N/R ± rozszerzona niepewność ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± ± * ± ± ± ± ± ± ± N wartość oznaczona dla próbek przechowywanych w zlecanej temperaturze przechowywania; R wartość oznaczona dla próbek przechowywanych w obniżonej temperaturze; * -wartość wyznaczona dla PCB PCB 163; 34 17

18 Wyniki badania trwałości CRM CRM 373 Reference sample Stock sample Certified value Ampoule no Average (n=4) Standard dev * CRM 374 Reference sample Stock sample Ampoule no Average (n=6) Standard dev * CRM 375 Reference sample Stock sample Ampoule no Average (n=6) Standard dev * 35 Sposoby wyznaczania wartości odniesienia na podstawie pomiarów CRM jedna metoda w jednym laboratorium (np.: metoda pierwotna); jedna metoda w kilku laboratoriach; kilka różnych metod w kilku laboratoriach; w drodze mianowania RM Dodatek znanej ilości analitu(ów) do próbki czystej matrycy

19 Proces (kampania) certyfikacji - wyznaczenie wartości parametru charakteryzującego materiał odniesienia przez odpowiednio wybrane laboratoria; Kampania certyfikacyjna jest najczęściej poprzedzona poprzez badania wstępne, w których uczestniczy zazwyczaj liczna grupa laboratoriów. Z tej grupy są następnie wybierane laboratoria, które będą uczestniczyływewłaściwym procesie certyfikacji. 37 Wyznaczenie wartości odniesienia Na wartość niepewności wartości certyfikowanej materiału odniesienia wpływ mają niepewności związane z: U CRM k u 2 char u 2 bb u 2 lts u 2 sts charakterystyką materiału (u char ); jednorodnością (u bb ); trwałością (krótko- (u sts ) i długoterminową (u lts )); 38 19

20 Produkcja materiałów odniesienia Materiały odniesienia powinny być produkowane w odpowiedniej ilości, by mogły być dostępne przez rozsądny okres czasu. Powinny być dostatecznie trwałe, dobrze opakowane i przechowywane w warunkach zapobiegających istotnym zmianom na przestrzeni wielu lat. Ogólną zasadą, która powinna być przestrzegana w odniesieniu do wszystkich materiałów odniesienia, jest reguła, że materiał raz pobrany z pojemnika nigdy nie jest do niego zwracany. 39 Rola materiałów odniesienia Materiał odniesienia spełnia swoją rolę tylko w przypadku, gdy każdy z użytkowników otrzymuje do analizy taki sam materiał (o takich samych parametrach). Można to zrealizować na dwa sposoby: 1. Rozsyłać ten sam materiał od laboratorium do laboratorium. 2. Rozesłać takie same materiały (o takich samych parametrach): jednorodne, trwałe w trakcie przechowywania, trwałe od momentu wyprodukowania do ich wykorzystania

21 Wybór materiału odniesienia do badań dostępność (problem składu matrycy) zakres stężeń wartości odniesienia wartość niepewności wartości odniesienia spójność wartości odniesienia wymagana wartość niepewności (pomiaru) wpływ wartości niepewności CRM na złożoną niepewność pomiaru jakość producenta CRM (kompetencje, renoma) skład matrycy cena 41 Producenci materiałów odniesienia Bazy danych COMAR - VIRM - REFMAT - producenci indywidualni IRMM: - BAM: - LGC: - NIST: - IChTJ: - inni

22 NIST 43 IRMM 44 22

23 IChTJ 45 Bazy danych

24 Bazy danych 47 Bazy danych

25 Bazy danych 49 Bazy danych

26 Bazy danych 51 Przewodniki ISO ISO 30 (1992) terminy i definicje związane z materiałami odniesienia ISO 31 (2000) certyfikacja materiałów odniesienia ISO 32 (1997) kalibracja w chemii analitycznej z wykorzystaniem certyfikowanych materiałów odniesienia ISO 33 (2000) stosowanie certyfikowanych materiałów odniesienia ISO 34 (2000) wymagania dla producentów materiałów odniesienia ISO 35 (1989) certyfikacja materiałów odniesienia 52 26

27 Zgodność z wartością certyfikowaną wartość odniesienia (certyfikowana) wartość oznaczona 53 Zgodność z wartością certyfikowaną wartość odniesienia (certyfikowana) wartość oznaczona 54 27

28 Zgodność z wartością certyfikowaną wartość odniesienia (certyfikowana) wartość oznaczona 55 Zgodność z wartością certyfikowaną wartość odniesienia (certyfikowana) wartość oznaczona 56 28

29 Zgodność z wartością certyfikowaną wartość odniesienia (certyfikowana) wartość oznaczona 57 Zgodność z wartością certyfikowaną wartość odniesienia (certyfikowana) wartość oznaczona 58 29

30 Zgodność z wartością certyfikowaną wartość odniesienia (certyfikowana) wartość oznaczona 59 Zgodność z wartością certyfikowaną wartość odniesienia (certyfikowana) wartość oznaczona 1 wartość oznaczona

31 Zgodność z wartością certyfikowaną s ozn n U CRM x CRM U CRM x ozn x CRM U CRM 61 Zgodność z wartością certyfikowaną t x ozn s ozn x CRM n t x ozn x s ozn n CRM t u x 2 ( x ozn ozn ) x CRM u 2 ( x CRM ) t x ozn u ( x x ozn CRM ) 62 31

32 Zgodność z wartością certyfikowaną x ozn x CRM u ( x ozn ) u ( xcrm ) x ozn x CRM u ( x ozn ) u ( xcrm ) 63 Zgodność z wartością certyfikowaną Wyznaczanie poprawności U R k x ozn x CRM u 2 ( x ozn 100% ) x ozn x 2 u 2 ( x CRM CRM ) Poprawność = R U 64 32

33 Zgodność z wartością certyfikowaną 65 Stosowanie materiałów odniesienia Raport certyfikacyjny!!! 66 33

34 Stosowanie materiałów odniesienia 67 Stosowanie materiałów odniesienia 68 34

35 Stosowanie materiałów odniesienia 69 Stosowanie materiałów odniesienia 70 35

36 Stosowanie materiałów odniesienia 71 Stosowanie materiałów odniesienia 72 36

37 Stosowanie materiałów odniesienia 73 Stosowanie materiałów odniesienia 74 37

38

39 UWAGA!!! Stosuję certyfikowane materiały odniesienia moje wyniki pomiarów są automatycznie miarodajne