Odpowiedzialność za miarodajność wyników pomiarów poprzez zapewnienie ich spójności Danuta Barałkiewicz Pracownia Analizy Spektroskopowej Pierwiastków Wydział Chemii UAM w Poznaniu
Walidacja (dobór metody) Jakość wyniku pomiaru Spójność www.npl.co.uk (odniesienie do wzorca jednostki miar) Budżet niepewności p (cecha wyniku pomiaru)
Zasady metrologii Informacja: Prawda istnieje tylko teoretycznie, wynik jest przybliżeniem Realizm: to co robisz nie jest doskonałe Przejrzystość: opisz procedurę pomiarową zgodnie z rzeczywistością Podejście krytyczne: analizuj, to co robisz Terminologia: i stosuj przyjęte definicje i
Konwencja Metryczna Ujednolicanie jednostek w skali międzynarodowej Konwencja Metryczna Umowa 1875 dyplomatyczna CGPM Rządy Komitety doradcze CIPM Organizacje międzynarodoweę Państwowe Laboratoria BIPM
Umowa o wzajemnej uznanawalności (MRA) Państwa, sygnatariusze MRA, przyjęły wzajemną uznawalność wyników pomiarów : Mierzymy raz, wynik jest uznawany wszędzie [podpisano w CIPM, Paryż (październik 1999)] Łatwo powiedzieć, trudniej wykonać
Źródło www.bipm.fr Wzajemna uznawalność państwowych wzorców jednostek miar oraz świadectw wzorcowania i świadectw pomiarów wydawanych przez krajowe instytucje metrologiczne Paryż, 14 Październik 1999 Comité international des poids et mesures Bureau Organisation international intergouvernementale des poids de la Convention et mesure du Mètre
Umowa o wzajemnym uznanawaniu (MRA) Międzynarodowy Komitet Miar przygotował Porozumienie o wzajemnym uznawaniu państwowych wzorców jednostek miar oraz świadectw wzorcowania i świadectw pomiarów wydawanych przez krajowe instytucje metrologiczne tzw. MRA (Mutual Recognition of national measurement standards and of calibration and measurement certificates issued by national metrology institutes Porozumienie MRA stanowi podstawę do wzajemnego zaufania w odniesieniu do uznawania wyników wzorcowań i pomiarów wykonywanych przez laboratoria metrologiczne w państwach, które podpisały MRA. [podpisano w CIPM, Paryż (październik 1999)] Łatwo powiedzieć, trudniej wykonać
Międzynarodowa spójność pomiarowa COOMET ETS AFRIMET CCQM APMP [Metrology in Short, 2008] SIM EURAMET
Spójność pomiarowa pomiaru masy Prototyp kilograma Państwo A...... Państwo B 6 Kopii Wzorce narodowe Wzorce odniesienia w laboratoriach wzorcujących Wzorce robocze w laboratoriach wzorcujących Wyniki porównania ważenia Narzędzia w rutynowych laboratoriach Traceability-3 Slide 9
Wspólny wzorzec odniesienia C 1 C RM1 C 0 C 2 C RM2 Czy C 1 & C 2 są Tak, przez wspólny porównywalne? wzorzec odniesienia
Spójność pomiarowa Określenie & Zapewnienie & Wykazanie stwierdzenie w jaki sposób wykonanie w laboratorium opisanie procedury Spójności
Wykazanie spójności wartość mierzona: zawartość azotanów w materiale roslinnym równanie modelowe walidacja (ILC, CRM) spójność szacowanie niepewności Świadectwo wzorcowania w NO 3 C st A V NO 3 NO 3 A st m f di 1 R Wzorce (roztwory kalibracyjne) ważenie matrycowe CRM (odzysk)
Definicja Spójność jest właściwością wyniku pomiaru lub wzorca jednostki miary, polegajacą na tym, że można je powiązać z określonymi odniesieniami, na ogół z wzorcami państwowymi lub międzynarodowymię y jednostki miary, za pośrednictwem nieprzerwanego łańcucha porównań, z których wszystkie mają określone niepewności. [VIM, 6.10]
Jak zapewnić spójność pomiarową? porównania międzylaboratoryjne spójność pomiarowa certyfikowane materiały odniesienia definitywne metody analityczne 4
Porównania międzylaboratoryjne (IMEP- 16) Dyrektywa EC 2001/22 Dyrektywa EC 2001/22 Przepis EC 2676/90 Przepis EC 466/2001 zawartość dopuszczalna Pb: 0,2 mg/kg
w winie IMEP- 16: Pb in wine Certified value : 27.18 ± 0.25 µg L -1 [U=k u c (k=2)] Wartość odniesienia 40.8 50 38.1 Pb amount content 28 values above 50% 40 35.3 30 32.6 20 29.9 27.2 10 0 ±50% 24.5-10 21.7-20 19.0-30 16.3 11 values below -50% 5 'less than' values -40 13.6-50 Wyniki Results from uczestników all participants badań
L -1 c µg System Jakości (Tak/Nie) 40.8 50 38.1 35.3 32.6 29.9 27.2 24.5 21.7 19.0 Pb EN45000 and/or ISO25 Other quality management system No quality management system or no info Quality management system 'Less than' value Quality management system Values below -50% µg [ c ( )] Quality management system Values above 50% EN45000, ISO25 13 Other 4 None or no info 11 16.3 EN45000, ISO25 8-40 EN45000, ISO25 3 Other 1 Other 2 None or no info 2 13.6-50 40 30 20 10 0-10 -20-30 Deviatio on from the certified va alue in %
Stosowana technika analityczna 40.77 38.05 35.33 32.62 Pb EAT * ET-AAS F-AAS ICP-ES ICP-MS IDMS OTHER Analytical technique Values above 50% EAT* 3 ET-AAS 11 F-AAS 2 ICP-ES 7 None given 2 OTHER 3 50 40 30 20 29.90 10 27.18 0 24.46-10 21.74 19.03 16.31 Analytical technique 'Less than' values Values Analytical below technique -50% EAT* 1 ET-AAS 6 F-AAS 1 ICP-MS 1 ET-AAS 1 None given 1 F-AAS 4 OTHER 1 13.59 * Electrochemical analytical techniques -50-20 -30-40
Stosowanie procedur znormalizowanych (Tak/Nie) L -1 c µg 40.77 50 38.05 35.33 32.62 29.90 27.18 24.46 21.74 19.03 16.31 13.59 Pb Use of an official method No use of an official method No information Values above 50% Use of an official method 6 No use of an official method 21 No info 1 Values below -50% Use of an official method 3 No use of an official method 7 No info 1 'Less than' value No use of an official method 5 40 30 20 10 0-10 -20-30 -40-50 certified va alue in % Deviation from the
Doświadczenie (Tak/Nie) L -1 c µg 40,8 50 Pb Experienced (self-declaration) Values above 50% 38,1 Less/non experienced (self-declaration) Experienced 14 40 35,3 32,6 29,9 27,22 24,5 21,7 19,0 16,3 No statement Values below -50% Experienced 7 Less/non experienced 3 No statement 1 Experienced 4 Less/non experienced 1 No statement 'Less than' value Less/non experienced 11 No statement 3 13,6-50 30 20 10 0-10 -20-30 -40 certified va alue in % Deviatio on from the
PODSTAWOWE RÓWNANIE IDMS Znane : z danych IUPAC Znane : ważenie metrologiczne X i M Y Y R R R m C C ) ( Y i X i X M M Y X Y Y X R R R m C C ) ( ) ( Znane : z certyfikatu wzorca izotopowego Nieznane muszą być zmierzone ICP-MS
SEKWENCJA POMIAROWA Stosunki izotopowe w roztworze wzorcowym są mierzone przed i po pomiarze stosunków izotopowych w mieszaninie próbki i wzorca izotopowego Tło Wzorzec 1% HNO 3 Tło M_1_1 M_1_2 1% HNO 3 Tło Wzorzec Tło Pomiar sygnału tła Wzorzec Pomiar stosunków izotopowych w roztworze wzorcowym M Pomiar stosunków izotopowych w mieszaninie Przemywanie układu pomiarowego roztworem 1% HNO 3
Oznaczanie chromu ogólnego oraz jego form specjacyjnych w próbkach rzeczywistych z zastosowaniem metody ICP-IDMS oraz HPLC/ICP-IDMS Stężenie form specjacyjnych chromu Stężenie chromu Analizowana próbka (c±u) µg L -1 (k=2) ogólnego Cr(VI) Cr(III) (c±u) µg L -1 (k=2) Woda przeznaczona do spożycia przez ludzi Poznań 2,118±0,080 2,027±0,073 <LOQ 12,63±0,48 12,47±0,45 Niegazowana woda butelkowana WM 1 2,069±0,079 1,982±0,071 <LOQ 12,29±0,47 12,09±0,44 WM 2 2,090±0,079 2,076±0,075 <LOQ 12,42±0,47 12,39±0,45 WM 3 2,074±0,079 2,010±0,072 <LOQ 12,41±0,47 47 12,36±0,44 WM 4 2,097±0,080 2,021±0,073 <LOQ 12,58±0,48 12,46±0,45 B. Markiewicz, I. Komorowicz, D. Barałkiewicz, Talanta 152, 489 497, 2016 23 www.amu.edu.pl
Eliminacja interferencji spektralnych 27000 24000 80000 20 18 52 Cr (83,8%) Intensywność [cp cps] 21000 70000 18000 60000 15000 50000 12000 40000 9000 30000 6000 20000 3000 10000 79 2075 415 7408 0 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 Woda podówjnie Natężenie przepływu Faza strumienia ruchoma NH 3 [ml Roztwór min -1 ] chromu chomu o destylowana o stężeniu 5 µg L-1 L intensywność 52Cr sygnału 1 jonów µg L 1 52 [cps] Cr dla roztworu o stężeniu 1 µg L -1 [cps] tryb DRC (NH3: 0,45 ml min-1; RPq: 0,3) 52Cr ślepej próby [cps] tryb standardowy intensywność sygnału jonów 52 Cr dla próbki ślepej [cps] intensywność 53Cr 1 µg L 1 [cps] intensywność sygnału jonów 53 Cr dla roztworu o stężeniu 1 µg L -1 [cps] intensywność 53Cr ślepej próby [cps] intensywność sygnału jonów 53 Cr dla próbki ślepej [cps] LOD 52Cr LOD 53Cr tryb standardowy 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 ] LOD [ng L - LOD dla 52 Cr LOD dla 53 Cr 53 Cr (9,5%) Stosunek 52 Cr/ 53 Cr Analizowana próbka CV [%] Woda przeznaczona do spożycia przez ludzi Poznań 8,860 0,69 Niegazowana woda butelkowana WM 1 8,841 0,60 WM 2 8,790 0,57 WM 3 8,795 0,43 WM 4 8,791 057 0,57 Certyfikowany materiał odniesienia TM-27.3 8,846 0,39 SRM 1643e 8,859 0,53 IUPAC 8,819 24
Zestawienie procedur analitycznych: ICP-IDMS, HPLC/ICP-MS, HPLC/ICP-IDMS, stosowanych do oznaczania chromu ogólnego oraz Cr(VI) w próbkach wody Parametr procedury analitycznej Wynik pomiaru Cr ogólny Cr(VI) Cr(VI) Metoda analityczna ICP-IDMS HPLC/ICP-MS HPLC/ICP-IDMS LOD [ng L -1 ] 9,2 a ; 2,1 b 100 a ; 90 b 20 a ; 12 b LOQ [ng L -1 ] 28 a ; 6,4 b 300 a ; 270 b 60 a ; 36 b Zakres krzywej kalibracyjnej [µg L -1 ] Nie jest wymagana 0,3 10 Nie jest wymagana Powtarzalność alność [%, CV] 060 0,60 16 1,6 042 0,42 Odzysk [%] 2 µg L -1 99 104 93 106 103 106 12 µg L -1 101 104 102 105 Cechy wyniku pomiaru Spójność pomiarowa Zapewniono poprzez metodę definitywną Zapewniono poprzez metodę dodatku wzorca Zapewniono poprzez metodę definitywną Niepewność rozszerzona, k=2 [%] 3,2 c 3,6 d 4,2 3,8 a Metoda bazująca na rezultatach otrzymanych w wyniku analizy próbek ślepych z dodatkiem niewielkiej ilości analitu; b Metoda graficzna; c Wartość uzyskana dla certyfikowanego materiału odniesienia SRM 1643e; d Wartość uzyskana dla próbki wzbogaconej 2 μg L -1 52 Cr. 25 www.amu.edu.pl
KOSZTY IDMS często jest mylnie uważana za kosztowną technikę analityczną, ze względu na wysokie ceny izotopowo znaczonych wzorców; 1-100 Euro 0,1, 10 Centów 1 mg izotopowo znaczonego wzorca koszt 1 analizy (analiza śladowa) Podstawą do stosowania omówionej techniki jest konieczność posiadania skomplikowanej i kosztownej aparatury.
SPÓJNOŚĆ POMIAROWA Tabela. Wyniki oznaczania form specjacyjnych chromu w próbkach wody oraz wartości odzysku uzyskane metodą dodatku wzorca (n=3). Materiał badawczy Woda1 A Woda2 A Woda3 A Woda4 A Próbka Cr(III) 0,197 ± 0,015 0,135 ± 0,011 < LOD < LOD rzeczywista Cr(VI) 0,297 ± 0,024 0,552 ± 0,044 0,578± 0,046 1,032 ± 0,082 Próbka Cr(III) 2,47 ± 0,19 2,29 ± 0,18 2,05 ± 0,16 1,99 ± 0,16 wzbogacona B C(VI) Cr(VI) 216 2,16 ± 017 0,17 267 2,67 ± 021 0,21 258 2,58 ± 020 0,20 305 3,05 ± 024 0,24 Odzysk [%] Cr(III) 113 108 103 100 Cr(VI) 93 106 100 101 Cr(III) 100 % 113 % Cr(VI) 93 % 106 % A Materiał badawczy stanowiły próbki wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, pobrane z czterech miejscowości położonych w zachodniej i północno-zachodniej części Polski B Dodatek wzorca, C wz =2,0μg L -1 Cr(III) i Cr(VI) D. Barałkiewicz, B. Pikosz, M. Belter, M.Marcinkowska, Accreditation and Quality Assurance 18 (5) 391 401, 2013.
SPÓJNOŚĆ POMIAROWA Próbka Próbka Próbka Przygoto -wanie próbki Metoda Analityczn a Przygoto -wanie Próbka - 1 Metoda Analit.-1 Przygoto -wanie Próbka - 2 Metoda Analit.-1 Przygoto -wanie Próbka-1 Metoda Metoda Analit.-1 Analit.-2 Wynik Wynik-1 Wynik-2 Wynik-3 Wynik-4 Porównaj wyniki
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ
WYDZIAŁ CHEMII W październiku 2016 na Wydziale Chemii UAM odbędzie się VI edycja Studiów Podyplomowych "Analityka Chemiczna", których program obejmuje ważne zagadnienia z zakresu nowoczesnej analizy chemicznej. h i j Więcej programie Studiów Podyplomowych ę j informacjij o p g yp y Analityka y Chemiczna można uzyskać na stronie internetowej: http://www.staff.amu.edu.pl/~depchem/podyplom Osoby zainteresowane prosimy o kontakt. Informacji udzielają: Prof. dr hab. Danuta Barałkiewicz dr Anetta Hanć (Kierownik Studiów) e-mail: il danutaba@amu.edu.pl d b @ d l tel. (61) 8291573 (Informacje i zgłoszenia) e-mail: il anettak@amu.edu.pl k@ d l
WYDZIAŁ CHEMII Tematyka zajęć: ć Metrologia chemiczna w praktyce Problemy metodyczne technik spektrometrii atomowej: F-AAS, F-AES, HG-AAS, CV-AAS, ET-AAS Zaawansowane metody spektroskopowe: ICP-MS; ICP-OES System do specjacji: HPLC-ICP-MS, system do analizy próbek stałych: LA- ICP-MS Metody chromatograficzne: GC, HPLC, HPLC- ESI-MS/MS Podstawowe i zaawansowane metody statystyczne Wykorzystanie metod chemometrycznych do wizualizacji zbioru danych
POSUMOWANIE Nowe kierunki: Specjacja i analiza specjacyjna; Bezpośrednia nieinwazyja analiza próbek stałych. Możliwości: Zaawansowane techniki sprzężone HPLC/ICP MS i HPLC/ESI MS; Ablacja laserowa połączona z ICP MS.
Spektrometria mas rozcieńczenia izotopowego: IDMS Kluczowe aspekty metody rozcieńczenia izotopowego: zaburzenie naturalnego składu izotopowego analitu w próbce poprzez dodanie do niej znanej ilości wzorca wzbogaconego izotopowo, stanowiącego odpowiednik analitu, brak interferencji spektralnych dla przynajmniej dwóch izotopów oznaczanego pierwiastka, zapewnienie równowagi izotopowej w mieszaninie próbki i wzorca wzbogaconego izotopowo, pomiar liczby zliczeń dla wybranej pary izotopów, na podstawie którego wyznacza się stosunek izotopowy jest jedyną wielkością mierzoną w technice ICP-IDMS. 5
Wysokosprawna chromatografia cieczowa ze spektrometrią p ą mas z p plazmą ą sprzężoną p ę ą indukcyjnie: yj HPLC/ICP-MS ICP-MS: niskie wartości granicy wykrywalności, wysoka precyzja pomiarów, HPLC: Przykład reakcji zobojętniania: 35Cl17O+ + NH NH + + 35Cl17O 3 3 rozdzielanie form chem. pierwiastka, duża selektywność. czułość wysoka czułość, liniowość w zakresie kilku rzędów wielkości, zastosowanie komory DRC, zastosowanie metody rozcieńczenia izotopowego. Bezsprzeczną zaletą omawianej techniki sprzężonej jest połączenie zdolności rozdzielania i dużej selektywności HPLC ze specyficznością ICP-MS, dzięki czemu rozdzielanie chromatograficzne oraz oznaczanie form specjacyjnych pierwiastków (w tym również chromu) jest realizowane w jednoetapowym procesie analitycznym. 34
Spójność wyniku wzgledem wzorca odniesienia Spójne? wzgledem? Wazenie 8 6 l Signa 4 2 0 Reference Standard (mg/kg) Spójne? wzgledem?