WYKORZYSTANIE BADAŃ MIĘDZYLABORATORYJNYCH W ANALITYCE CHEMICZNEJ

Transkrypt

1 WYKORZYSTANIE BADAŃ MIĘDZYLABORATORYJNYCH W ANALITYCE CHEMICZNEJ Piotr Konieczka, Jacek Namieśnik Katedra Chemii Analitycznej, Wydział Chemiczny Politechnika Gdańska ul. G. Narutowicza 11/12, GDAŃSK chemanal@pg.gda.pl kaczor@chem.pg.gda.pl 1

2 Terminologia badanie biegłości porównanie międzylaboratoryjne sprawdzanie metodyk pomiarowych badania okrężne badania certyfikacyjne Proficiency Testing PT Interlaboratory Comparison ILC Method Performance Study Round-Robin test Certification Study 2

3 Organizacje i instytucje CCQM EA GUM ISO ILAC PCA IMEP Comité Consultatif pour la Quantité de Matière métrologie en chimie European Cooperation for Accreditation Główny Urząd Miar International Standard Organization International Laboratory Accreditation Cooperation Polskie Centrum Akredytacji International Evaluation Programme 3

4 Definicje Badania kompetencji laboratoriów (ang. laboratoryperformance study) w skład takich badań wchodzi jedna lub większa liczba analiz lub oznaczeń wykonywanych przez grupę laboratoriów w oparciu o jedną lub większą ilość jednorodnych, trwałych próbek testowych z wykorzystaniem wybranej lub rutynowo stosowanej metodyki przez każde z laboratoriów uczestniczących w porównaniu międzylaboratoryjnym. Certyfikacja materiałów (ang. material-certification study) to badania, w wyniku których przyporządkowuje się wartość odniesienia (ang. reference value) odpowiedniej wielkości (stężeniu lub właściwości) w materiale testowym lub próbce badanej, zazwyczaj ze stwierdzoną niepewnością. 4

5 Definicje Charakterystyka metodyk pomiarowych (ang. methodperformance study) to badania międzylaboratoryjne, w których wszyscy uczestnicy, zgodnie z tym samym protokołem i przy użyciu tych samych metodyk testowych oznaczają określone w protokole cechy charakterystyczne w partii identycznych próbek testowych. 5

6 Badania międzylaboratoryjne w kontroli i zapewnieniu jakości wyników pomiarów analitycznych SPÓJNOŚĆ JAKOŚĆ WYNIKÓW POMIARÓW ANALITYCZNYCH WALIDACJA METODYK ANALITYCZNYCH NIEPEWNOŚĆ MATERIAŁY ODNIESIENIA BADANIA MIĘDZYLABORATORYJNE 6

7 Rodzaje badań międzylaboratoryjnych badania biegłości ocena sprawności laboratoriów badania normalizacyjne badanie sprawności metodyki analitycznej certyfikacja materiałów scharakteryzowanie danego materiału porównania międzylaboratoryjne udoskonalenie własnej sprawności lub badanej metodyki 7

8 Cel porównań międzylaboratoryjnych określenie możliwości (kompetencji) laboratorium wyznaczenie parametru dla materiału odniesienia edukacja/trening walidacja metodyki analitycznej pomagają w uzyskaniu akredytacji 8

9 Przedmiot badań międzylaboratoryjnych materiał do badań Metody wyznaczenia wartości odniesienia (gwarantowanej): w wyniku badań próbek ze znaną zawartością (ilością) analitu wykorzystanie certyfikowanej wartości odniesienia (otrzymanej w wyniku zastosowania zdefiniowanej metodyki analitycznej) wykorzystanie wartości odniesienia (otrzymanej przez porównanie z wzorcami (ang. traceable standards)) wykorzystanie wartości ustalonej w wyniku badań przeprowadzonych przez laboratoria eksperckie wykorzystanie wartości ustalonej w wyniku badań przeprowadzonych przez laboratoria uczestniczące w teście 9

10 Organizatorzy badań międzylaboratoryjnych krajowe jednostki akredytujące regionalne lub międzynarodowe organizacje zrzeszające jednostki akredytujące organy stanowiące przemysł lub organizacje/zrzeszenia producentów komercyjni organizatorzy programów badań biegłości/porównań międzylaboratoryjnych 10

11 Organizacja badań międzylaboratoryjnych PROJEKT ustalenie celu wybór próbki wybór uczestników wybór organizatora wybór typów analiz/badań PRZEPROWADZENIE przygotowanie próbek rozesłanie próbek wykonanie analiz * przesłanie wyników * OCENA opracowanie wyników przekazanie wyników uczestnikom * Czynności wykonywane przez uczestników badań 11

12 Opracowywanie wyników badań międzylaboratoryjnych Test Z gdzie: Z = X LAB X S ODN X LAB wynik uzyskany przez dane laboratorium X ODN wartość przyjęta/wartość odniesienia S jednostka odchylenia Wnioskowanie z testu Z jest następujące: jeżeli Z 2 wynik uznaje się za zgodny z wartością odniesienia; 2 < Z < 3 wynik wątpliwy; Z 3 wynik uznaje się za niezgodny z wartością odniesienia; 12

13 Opracowywanie wyników badań międzylaboratoryjnych Obliczenie wartości błędu względnego Wskazanie wyników odbiegających np.: test Hampela Oszacowanie zgodności z wartością odniesienia porównanie dwóch wartości 13

14 Katedra Chemii Analitycznej, Wydziału Chemicznego Politechniki Gdańskiej we współpracy ze Stowarzyszeniem RefMat oraz firmą LGC Promochem Sp. z o.o. rozpoczęła wieloletni projekt badań biegłości laboratoriów. WCH PG PCB1 WCH PG WWA1 WCH PG PESTYCYDY1 oznaczanie zawartości analitów z grupy PCB w próbkach osadu rzecznego: wrzesień 2003 marzec 2004 oznaczanie zawartości analitów z grupy WWA w próbkach osadu rzecznego: marzec 2004 październik 2004 oznaczanie zawartości pestycydów w próbkach gleby: listopad 2004 maj

15 Celem badań było określenie biegłości laboratoriów w zakresie oznaczania zawartości trwałych związków organicznych w próbkach środowiskowych. Badania były realizowane w ramach wieloletniego projektu dotyczącego badań biegłości laboratoriów analitycznych w Polsce w zakresie oznaczania związków organicznych w różnego rodzaju matrycach środowiskowych. 15

16 BADANIE BIEGŁOŚCI LABORATORIÓW w zakresie oznaczania zawartości analitów z grupy PCB w osadzie rzecznym WCH PG PCB1 BADANIE BIEGŁOŚCI LABORATORIÓW w zakresie oznaczania zawartości analitów z grupy WWA w próbkach osadu rzecznego RAPORT DLA UCZESTNIKÓW WCH PG WWA 1 RAPORT DLA UCZESTNIKÓW BADANIE BIEGŁOŚCI LABORATORIÓW w zakresie oznaczania zawartości analitów z grupy pestycydów w próbkach gleby Gdańsk, marzec 2004 WCH PG PESTYCYDY 1 Gdańsk, październik 2004 RAPORT DLA UCZESTNIKÓW Raporty dostępne w wersji elektronicznej: Gdańsk, maj

17 Badanie biegłości laboratoriów w zakresie oznaczania zawartości analitów z grupy PCB w próbkach osadu rzecznego - WCH PG PCB1 17

18 Certyfikowany materiał odniesienia PCBs w osadzie rzecznym METRANAL 2: PCB ± 9.0 µg kg -1 PCB ± 3.2 µg kg -1 PCB ± 15.4 µg kg -1 PCB ± 19.8 µg kg -1 PCB ± 15.4 µg kg -1 18

19 Roztwór wzorcowy 5 PCBs w izooktanie PCB mg L -1 PCB mg L -1 PCB mg L -1 PCB mg L -1 PCB mg L -1 19

20 Arkusz kalkulacyjny Proszę o wypełnianie jedynie żółtych pól; używać przecinka (,) jako separatora części dziesiętnej; ewentualne uwagi dodatkowe zamieścić na końcu arkusza; WCH PG PCB 1 PCBs w osadzie rzecznym Data: Laboratorium: Osoba odpowiedzialna: OPIS PROCEDURY ANALITYCZNEJ Masa próbki użytej do ekstrakcji [g]: Jeśli wykonano pomiaru zawartości wody jaką metodą: Metoda izolacji (ekstrakcji) PCB z osadu: Wykorzystany rozpuszczalnik: Czas ekstrakcji: Informacje dodatkowe: Metoda oczyszczanie ekstraktu: 20

21 Arkusz kalkulacyjny Wykorzystywana metoda analityczna (np.: GC/MS, GC-ECD): Kolumna Aparat faza długość [m] średnica [mm] grubość filmu [µm] Metoda oznaczenia ilościowego (np.:is = standard wewnętrzny, ES = standard zewnętrzny): Krzywa kalibracyjna: liczba punktów zakres stężeń WYNIKI: Zawartość wody [% ] WCH PG PCB 1 WCH PG PCB 1 oznaczenie próbki (z etykiety) [%] [%] woda Zawartość PCB [ng/g suchej masy] WCH PG PCB 1 WCH PG PCB 1 analityk data pomiaru (ów) numer próbki PCB 52 PCB 118 PCB 138 PCB 153 PCB 180 Dyskusja i obliczenie niepewności (można załączyć dodatkowy plik z obliczeniami) 21

22 Wykorzystanie różnych technik izolacji, oczyszczania ekstraktu i oznaczeń końcowych stosowanych przez laboratoria uczestniczące w badaniach biegłości. 11% Technika izolacji 22% Oczyszczanie ekstraktu 33% 56% Soxhlet Ultradźwięki Wytrząsanie 17% 44% 17% SPE LLE SPE+LLE bez 6% Detekcja 44% 50% ECD MS ECD+MS 22

23 Porównanie otrzymanych wartości wyników oznaczeń zawartości PCB-153 w próbkach osadu rzecznego z wartością odniesienia. lab 20 wynik 263,5 ± 4,5 (?) lab 21 wynik 396,5 ± 9,5 (?) zawartość PCB -153 [ng/g] lab1 lab2 lab3 lab4 lab5 lab6 lab7 lab8 lab9 lab10 lab11 lab12 lab13 lab14 lab15 lab16 lab17 lab18 lab19 lab20 lab21 lab 17 wynik 5,40 ± 0,30 (?) lab22 lab23 lab24 lab25 średnia kod laboratorium czerwona linia ciągła wartość odniesienia; czerwone linie przerywane niepewność; tzw. słupki błędów niepewność poszczególnych wyników oznaczeń; 23

24 Wartości parametrów Z obliczone dla poszczególnych wyników oznaczeń zawartości analitów z grupy PCB w próbce certyfikowanego materiału odniesienia (osad rzeczny). PCB lab 6 Z = 10,3 lab 20 Z = 18,1 lab 21 Z = 30,5 wartość Z lab1 lab2 lab3 lab4 lab5 lab6 lab7 lab8 lab9 lab10 lab11 lab12 lab13 lab14 lab15 lab16 lab17 lab18 lab19 lab20 lab21 lab22 lab23 lab24 lab25 kod laboratorium cienkie czerwone linie ciągłe zakres wartości parametru Z ± 2 (dla poziomu prawdopodobieństwa 95%); grube czerwone linie ciągłe zakres wartości parametru Z ± 3; 24

25 Test Hampela W celu wyeliminowania wyników odbiegających zastosowano test Hampela. W związku z tym obliczono wartości mediany oraz odchylenia od tej wartości każdego z wyników. Następnie z tak otrzymanego zbioru odchyleń wyznaczono medianę. Jeżeli wartość odchyłki wyniku oznaczenia przekraczała 4,5- krotnie wartość mediany z odchyłek dany wynik uznawano jako odbiegający. 25

26 Test Hampela Kod Anality z grupy PCB laboratorium PCB-52 PCB-118 PCB-138 PCB-153 PCB-180 lab01 6,5 12,5 25,1 3,7 21,4 lab02 14,6 30,2 4 11,9 18,1 lab03 6,3 2,1 13,6 5,7 9,5 lab05 61,9 * 71,1 36,6 51,8 3,5 lab06-7,4 13,2 109,8 4,6 lab07 2,8 4,9 21,0 16,2 15,0 lab08 4,0 3,5 4,2 32,8 8,2 lab09 20, ,5 43,8 lab11 16,3 6,6 29,0 50,4 57,2 lab13 17,8 6,1 4 16,7 5,5 lab15 9,7 5,3 16,6 3,7 6,0 lab16 7,3 0,6 15,8 57,2 14,4 lab17 28,0 4,1 38,9 64,8 59,4 lab19 7,3 3,9 20,0 5,3 13,5 lab20 41,5 5,6 19,5 193,3 14,0 lab21 18,6 3,1 14,5 326,3 26,5 lab ,0 42,7 39,5 lab23 2,8 1,8 33,9 15,0 3,5 mediana 12,2 4,9 18,0 37,8 14,2 mediana * 4,5 54,9 21,9 81,1 169,9 63,7 26

27 Ranking laboratoriów Kod lab lab 3 lab 23 lab 19 lab 15 lab 7 lab 8 lab 16 lab 13 lab 1 lab 22 lab 11 lab 6 lab 2 lab 17 lab 9 lab 20 lab 21 lab , , , PCB 138 4,6 29 6,0 0,30 7,7 33 0, ,1 21 7,5 5, , , ,16 średnia Sporządzony na podstawie średniej wartości odchyleń standardowych uzyskanych wyników i wartości odniesienia dla wszystkich analitów 27

28 Rozkład nadesłanych wyników Histogram PCB 52 Histogram PCB 118 Histogram PCB 138 Frequency ,89 18,26 35,62 52,99 More Bin Frequency ,30 10,93 15,57 20,20 More Bin Frequency ,05 24,91 43,78 62,64 More Bin Histogram PCB 153 Histogram PCB Frequency Frequency ,40 49,05 92,70 136,35 More Bin Histogram PCB ,50 48,33 69,15 89,98 More Bin Frequency rozkład wyników zbliżony do normalnego można obliczyć wartości średnie 27,50 0,89 6,30 6,05 5,40 48,33 10,93 24,91 18,26 49,05 69,15 35,62 15,57 43,78 92,70 136,35 89,98 52,99 20,20 62,64 More Bin 28

29 Porównanie uzyskanych wartości średnich z wyników nadesłanych przez poszczególne laboratoria, z wartościami certyfikowanymi. zawartość analtu z grupy PCB [ng/g] średnia cert PCB Słupki błędów obrazują wartość rozszerzonej niepewności dla współczynnika rozszerzenia k=2. 29

30 Uczestnicy 3 razy (4 laboratoria) 13 % PCB WWA Pestycydy 2 razy (8 laboratoriów) 27 % 1 raz (18 laboratoriów) 60 % 30

31 Techniki izolacji analitów uzyskane wyniki z 3 2< z <3 z 2 odbiegający niezgodny zgodny 0 PCB WWA PESTYCYDY 31 Soxhlet ultradźwięki wytrząsanie Soxhlet ultradźwięki wytrząsanie Soxhlet ultradźwięki inne Liczba wyników

32 Techniki oczyszczania ekstraktów uzyskane wyniki z 3 2< z <3 z 2 odbiegający niezgodny zgodny 0 PCB WWA PESTYCYDY 32 SPE LLE&SPE LLE bez oczyszczania SPE GPC bez oczyszczania SPE LLE bez oczyszczania wirowanie Liczba wyników

33 Techniki oznaczeń końcowych uzyskane wyniki z 3 2< z <3 z 2 odbiegający niezgodny zgodny 0 GC-ECD GC-MS GC-ECD &GC-MS Liczba wyników HPLC GC-MS GC GC-ECD GC-MS PCB WWA PESTYCYDY 33

34 Oznaczanie zawartości tributylocyny w próbce osadu dennego, CCQM-P12 Słoik nr 4 Słoik nr 10 Zawartość TBT [nmol/g] 0,803 0,798 U (k=2) [nmol/g] 0,054 0,048 34

35 Oznaczanie zawartości kreatyniny w próbce surowicy CCQM-K12, IMEP-17 Data oznaczeń Średnia ± U(k=2) Wartość oczekiwana Próbka materiału I [µg/g] 8,45 8,28 8,25 8,41 8,32 8,17 8,32 8,31 ± 0,16 9,05 Próbka materiału II [µg/g] 19,01 18,72 18,62 18,88 18,38 18,47 18,64 18,67 ± 0,33 19,23 35

36 Oznaczanie zawartości kreatyniny w próbce surowicy CCQM-K12, IMEP-17 IMEP-17 Materiał I 9,00 8,90 Niepewność U,k=2 Zawartość kreatyniny [µg/g] 8,80 8,70 8,60 8,50 8,40 8,30 8,20 8,10 8,00 IRMM 36

37 Oznaczanie zawartości kreatyniny w próbce surowicy CCQM-K12, IMEP-17 IMEP-17 Materiał II Zawartość kreatyniny [µg/g] 19,20 19,10 19,00 18,90 18,80 18,70 18,60 18,50 18,40 18,30 18,20 18,10 18,00 IRMM Niepewność U,k =2 37

38 Oznaczanie zawartości analitów z grupy PCB w próbkach osadu dennego CCQM-K25 Badania przeprowadzono w ramach porównań międzylaboratoryjnych CCQM-K25 (oznaczenie analitów z grupy PCB Nr 28, 101, 105, 153 i 170 wg IUPAC w próbkach osadu dennego), organizowanych przez National Institute for Standards and Technology - NIST, oraz National Research Council of Canada (Chemical Metrology). 38

39 CCQM-K25 - wyniki oznaczeń PCB Wartość oznaczona Wartość odniesienia R [ng/g] [ng/g] [%] 28 34,3 ± 2,1 33,6 ± 1, ,4 ± 1,1 30,44 ± 0, ,90 ± 0,49 10,55 ± 0, ,7 ± 1,1 31,9 ± 1, ,00 ± 0,76 8,99 ± 0,

40 Publikacje 1. K. Bester, H. Beenaert, A. Bernrouther, S. Harbeck, P. Konieczka, T. P. J. Linsinger, I. Mertens, H. Schimmel, B. Sejeroe-Olsen, J. Pauwels, Anal. Bioanal. Chem. 374, 305 (2002). 2. R. E. Sturgeon, R. Wahlen, T. Brandsch, C. Wolf-Briche, J. I. Garcia Alonso, G. P. Rodriguez, J. Ruiz Encilar, A. Sanz-Medel, K. Inagaki, A. Takatsu, B. Lalere, M. Monperrus, O.Zuloaga, E. Krupp, D. Amouroux, O.F.X. Donard, H. Schimmel, B. Sejerøe-Olsen, P. Konieczka, P. Schultze, P. Taylor, R. Hearn, L. Mackay, R. Myors, T. Win, A. Liebich, R. Philipp, L. Yang, S. Willie, Anal. Bioanal. Chem. 376, 780 (2003). 3. A. Naganowska, P. Konieczka, B. Zygmunt, E. Bulska, J. Namieśnik, Analityka, 3, 27 (2004). 4. A. Naganowska, P. Konieczka, B. Zygmunt, J. Namieśnik, Ecol. Chem. Eng., 11, 95 (2004). 5. A. Świtaj-Zawadka, A. Naganowska, P. Konieczka, J. Namieśnik, Analityka, 4, 16 (2004). 6. P. Konieczka, T. P. J. Linsinger, B. Zygmunt, J. Namieśnik, Accred. Qual. Assur., 10, 241 (2005). 7. P.Konieczka, B.Zygmunt, J.Namieśnik, Analityka, 2, 32 (2005). 40

41 Nasze plany Kolejny etap porównań międzylaboratoryjnych oznaczanie zawartości trwałych związków organicznych w próbce gleby WCH PG POP1. Badania wstępne i badania certyfikacyjne laboratoryjnego materiału odniesienia zawartość jonów metali i trwałych związków organicznych w próbce zanieczyszczonej gleby. Badania wstępne i badania certyfikacyjne przygotowywanego bezmatrycowego materiału odniesienia zawartość chlorku metylu i/lub etenu. Zainteresowanych udziałem prosimy o kontakt: kaczor@chem.pg.gda.pl 41