ANALITYKA I METROLOGIA CHEMICZNA WYKŁAD 5 PARAMETRY METOD ANALITYCZNYCH Dokładność (accuracy) - stopień zgodności pomiędzy wynikiem pomiaru a wartością referencyjną (którą może być wartość prawdziwa, oszacowana lub oczekiwana). Dokładność wyrażana jest poprzez błąd bezwzględny (tj. różnicę między wartością zmierzoną a wartością referencyjną) lub błąd względny. Precyzja (precision) - wielkość charakteryzująca rozrzut wyników uzyskiwanych przy wielokrotnym oznaczaniu składnika daną metodą w zdefiniowanych warunkach. Precyzja wyrażana jest przez odchylenie standardowe (lub względne odchylenie standardowe) wyników. MONET Katedra w Rouen METODA precyzyjna i dokładna precyzyjna i niedokładna nieprecyzyjna i dokładna nieprecyzyjna i niedokładna Czułość (sensitivity) - jest to stosunek przyrostu sygnału analitycznego do odpowiadającego mu przyrostu stężenia. Definiowana jest zatem jako nachylenie funkcji pomiarowej (kalibracyjnej) F: Zakres liniowości (linear range) - przedział stężenia, w którym czułość metody ma wartość stałą. czułość Granica wykrywalności (detection limit) - stężenie składnika dla którego otrzymany sygnał może być odróżniony z dużym prawdopodobieństwem od sygnału ślepej próby. Pozwala to na półilościowe stwierdzenie obecności danego składnika w próbce. Granica oznaczalności (determination limit) - stężenie przy którym dana metoda analityczna jest wystarczająco precyzyjna i dokładna aby uzyskać zadowalające oznaczenia ilościowego danego składnika. zakres liniowości 1
Specyficzność (specifity) - zdolność metody do dawania sygnału analitycznego tylko dla jednej substancji a nie reagownia na obecność innych substancji. W metodzie specyficznej nie ma wpływu interferencji. Selektywność (selectivity) - zdolność metody do dawania sygnału analitycznego tylko dla pewnej grupy substancji a nie reagownia na obecność innych substancji. Metoda selektywna ma ograniczoną ilość substancji interferujących. Powtarzalność (repeatability) - precyzja metody uzyskana w warunkach praktycznie identycznych (ten sam wykonawca, materiał, próbka, aparatura, laboratorium, niewielkie odstępy czasowe). Odtwarzalność (reproducibility) - precyzja metody uzyskana w warunkach porównywalnych (taki sam materiał ale mogą być różni wykonawcy, sprzęt, laboratorium względnie długie odstępy czasu pomiędzy analizami). WALIDOWANE PARAMETRY JAKOŚCIOWE METODY ANALITYCZNEJ Walidacja - kompleksowa procedura sprawdzająca czy metoda analityczna jest wolna od błędów (systematycznych i przypadkowych) nie tylko w ramach kalibracji ale przede wszystkim wynikających z interferencji przy analizie próbek rzeczywistych. Dokładność (accuracy) Precyzja (precision) Parametry walidowane poprzez: certyfikowane materiały referencyjne, metody porównawcze, wyjątkowo wzorce (metoda odzysku) 2
Czułość (sensitivity) Zakres liniowości (linear range) Parametry walidowane poprzez: Analizę serii roztworów standardowych Granica wykrywalności (detection limit) Granica oznaczalności (determination limit) Parametry walidowane poprzez: Analizę serii roztworów standardowych PROCES ANALITYCZNY Selektywność (selectivity) Specyficzność (specifity) Parametry walidowane: Analizę certyfilkowanych materiałów odniesienia. Wpływ poszczególnych składników interferujących jest badany przy użyciu roztworów standardowych. PRÓBKA OBIEKT POMIARU SYGNAŁ WYNIK POMIARU WYNIK ANALIZY PRZYGOTOWANIE POMIAR REJESTRACJA/OCENA KALIBRACJA SYSTEM POMIAROWY ZMIENNE UKRYTE POBIERANIE METODY CHEMO- METRYCZNE BADANY OBIEKT STRATEGIA POBIERANIA PROBLEM INERPRETACJA INFORMACJA PERCEPCJA ROZWIĄZANIE PROBLEMU BADANY OBIEKT BADANY OBIEKT Badanym obiektem może być dowolny układ materialny o którego składzie chemicznym uzyskiwana jest informacja związana z postawionym problemem. Od problemu zależy jaką informację chcemy uzyskać, i w jaki sposób będzie dla celów analitycznych reprezentowany obiekt. Analityk powinien posiadać pewien zasób wiedzy dotyczący badanego obiektu oraz problemu, aby dobrać optymalną metodę analityczną i w sposób zapewniający otrzymanie rzetelnej informacji przygotować próbkę do analizy. 3
PRÓBKA OBIEKT POMIARU SYGNAŁ WYNIK POMIARU WYNIK ANALIZY PRZYGOTOWANIE POMIAR REJESTRACJA/OCENA KALIBRACJA PROCES ANALITYCZNY SYSTEM POMIAROWY ZMIENNE UKRYTE POBIERANIE METODY CHEMO- METRYCZNE BADANY OBIEKT STRATEGIA POBIERANIA PROBLEM PRÓBKA ANALITYCZNA Analiza chemiczna jest zwykle przeprowadzana dla niewielkiej części obiektu badanego nazywanego próbką. Niezbędnym wstępnym krokiem w procesie analitycznym jest pobranie próbki {sampling}. Pobranie próbki operacja w wyniku której uzyskiwana jest próbka reprezentatywna dla obiektu badanego i określonego celu analizy. INERPRETACJA INFORMACJA PERCEPCJA ROZWIĄZANIE PROBLEMU Pobranie próbki ma kapitalne znaczenie dla ostatecznego wyniku analizy. Jakość i przydatność informacji analitycznej nigdy nie będzie lepsza niż jakość pobranej próbki, a ta zależy od trafności wyboru strategii pobierania próbki. Próbka musi być reprezentatywna dla badanego obiektu w odniesieniu do postawionego problemu. Próbka reprezentatywna i nie reprezentatywna WWłaściwości badanego obiektu wpływające na sposób pobrania i postępowania z próbką: stan skupienia (ciało stałe, ciecz, gaz); skład fazowy; jednorodność; wielkość; twardość; lotność; trwałość. SSpecjalne techniki są stosowane do ciągłego pobierania próbek oraz do próbek biologicznych i mikrobiologicznych. Stan skupienia próbki analitycznej (obiektu pomiaru) i jego wpływ na dokładność: GAZ trudna do określenia wielkość próbki (masa lub objętość), możliwe straty. Zwykle stosuje się metody izolacyjne (zamknięcie porcji gazu pod określonym ciśnieniem w hermetycznym zbiorniku) lub integracyjne (absorpcja gazu w ciekłych lub stałych absorberach). Gazy są homogeniczne do poziomu cząsteczkowego. CIECZ / ROZTWÓR CIEKŁY precyzyjne określenie wielkości próbki (zarówno masa jak i objętość). Nieskomplikowany, szybki, dokładny i precyzyjny pomiar objętości. Ciecze i roztwory rzeczywiste są homogeniczne do poziomu cząsteczkowego. CIAŁO STAŁE łatwy dokładny i precyzyjny pomiar masy, trudny dokładny pomiar objętości. Ciała stałe są homogeniczne tylko do poziomu rozdrobnienia (proszki) lub krystalitów (ciała lite). Homogeniczność ciał stałych amorficznych jest złudna. W przypadku stałych obiektów pomiaru nie jest znana masa/objętość ciała z której pochodzi sygnał analityczny. 4
Wielkość próbki P którą należy pobrać zależy od zakresu oznaczalności A metody analitycznej i zawartości G oznaczanego składnika w próbce: gdzie: A oznaczalność metody (uwzględniająca czynności związane z przygotowaniem próbki) [g]; G zawartość oznaczanego składnika w próbce (m x masa oznaczanego składnika, m y masa matrycy próbki): Wielkość próbki n którą należy pobrać z obiektu dyskretnego N (np. tabletki) w sposób uproszczony może być określona metodą pierwiastka kwadratowego: Bardziej wiarygodne wyniki dają obliczenia wielkości próbki oparte o metody statystyczne takie jak rozkład hipergeometryczny, rozkład binormalny czy twierdzenia Bayes a. Metody statystyczne wymagają przyjęcia poziomu ufności oraz określenia jaka ilość obiektów pobranych do analizy może przekraczać graniczne stężenie oznaczanej substancji. SStrategie pobierania próbki: Losowe pobieranie próbek - próbki są w sposób losowy pobierane z całego obiektu badanego. Systematyczne pobieranie próbek - próbki są pobierane w oparciu o zadany schemat geometryczny lub czasowy. SStrategie pobierania próbki: Warstwowe pobieranie próbek - obiekt badany dzielony jest najpierw na szereg części - warstw {stratum}, a w każdej warstwie dalsze pobieranie próbek odbywa się w sposób losowy. Reprezentatywne pobieranie próbek - podobnie jak w warstwowym badany obiekt dzielony jest na części, dalsze próbkowanie w warstwie jest prowadzone tak by warstwa była reprezentowana proporcjonalnie do swojej wielkości. Sprzęt do pobierania próbek różnych materiałów Nurniki do pobierania próbek wody z określonej głębokości Czerpaki 5
Etykietowanie próbek - pojemniki z próbkami muszą być zaopatrzone w etykiety zawierające następującą informację: miejsce pobrania próbki (dokładna lokalizacja); czas pobrania próbki (data, godzina); ilość pobranych próbek (szczególnie w przypadku pobierania wielu próbek); metoda stabilizacji lub konserwacji próbki; dla jakiej metody analitycznej próbka jest pobrana; informacje dodatkowe (kto pobrał, opis próbki itd.) Pojemniki na próbki - wymagania: muszą być wykonane z materiału obojętnego, nie oddziałującego z próbką (także poprzez adsorpcję i absorpcję); muszą mieć wystarczającą wytrzymałość aby nie ulegać uszkodzeniu podczas pobierania próbki, transportu i przechowywania; muszą mieć odpowiednią wielkość. 6
Przechowywanie próbek - próbki powinny być analizowane najwcześniej jak to jest możliwe. Jeżeli konieczne jest przechowywanie stosowane są następujące warunki: obniżona temperatura (ok. 4 C); głębokie zamrożenie (-20 C; -40 C lub temperatura ciekłego azotu); liofilizacja; zastosowanie stabilizatorów i konserwantów oraz innych substancji przeciwdziałających zmianom próbki (np. zakwaszenie w celu zapobieżenia adsorpcji śladów metali ciężkich na ścianach naczynia). DO NASTĘPNEGO WYKŁADU! 7