Certyfikowane materiały odniesienia w analizie środowiskowej Katarzyna Pokajewicz
Materiał odniesienia Materiał lub substancja, których jedna lub więcej wartości ich właściwości są dostatecznie jednorodne i na tyle dobrze określone, aby mogły być stosowane do wzorcowania przyrządu, do oceny metody pomiarowej Reference material, accompanied by a certificate, one or more of whose property values are certified, by a procedure which establishes its traceability to an accurate realization of the unit in which the property values are expressed, and for which each certified value is accompanied by an lub uncertainty do przypisania to a stated level wartości of confidence. właściwości materiałów VIM:1995, ISO guide 30/31 2
Certyfikowany materiał odniesienia definicja Zgodnie z VIM Reference material, accompanied by a certificate, one or more of whose property values are certified, by a procedure which establishes its traceability to an accurate realization of the unit in which the property values are expressed, and for which each certified value is accompanied by an uncertainty to a stated level of confidence. Materiał odniesienia opatrzony certyfikatem, charakteryzujący się wartością lub wartościami danej właściwości, które certyfikowano zgodnie z procedurą zapewniającą odniesienie do dokładnej realizacji jednostki VIM:1995, ISO miary, guide w 30/31 której wyrażane są wartości danej właściwości; każdej wartości certyfikowanej powinna przy tym być przypisana niepewność odpowiadająca określonemu poziomowi ufności. 3
Certyfikowany materiał odniesienia (CRM) Czy każdy materiał odniesienia opatrzony certyfikatem jest CRMem? Certyfikowane materiały odniesienia muszą spełniać kilka warunków: Wartości muszą być spójne (NIST, SI) Wartości certyfikowanej musi towarzyszyć prawidłowo oszacowana niepewność Materiał musi być jednorodny Muszą być badane pod kątem stabilności Powyższe wymagania są spełniane przez CRMy producentów akredytowanych zgodnie z normą ISO/IEC 17025 i ISO Guide 34. 4
Niepewność Definicja: parametr, związany z wynikiem pomiaru, charakteryzujący rozrzut wyników, które można w uzasadniony sposób przypisać wartości mierzonej. -1s 68.3 % + 1s Niepewność to nie to samo co błąd! - 2s 95.5 % + 2s - 3s + 3s 99.7 % Typowe poziomy niepewności w analizie chemicznej: Prosta próbka, poziom metrologiczny 0,05-0,4% Prosta próbka, normalne laboratorium 0,5-1,5% Próbka matrycowa 2-50% Problem: klienci preferują niskie wartości niepewności... Rezultat: wielu producentów CRMów szacuje niepewność zbyt optymistycznie (ignorując niewygodne elementy). 5
Spójność (identyfikowalność) Definicja: właściwość pomiaru lub wzorca jednostki miary polegająca na tym, że można go powiązać z określonymi odniesieniami, na ogół z wzorcami państwowymi lub międzynarodowymi jednostkami miary, za pośrednictwem nieprzerwanego łańcucha porównań, z których wszystkie mają określone niepewności. (VIM 6:10 ref: BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP, OIML, International Vocabulary of Basic and Metrological Terms i 1993) Zachowanie spójności pomiarowej jest warunkiem jednoznaczności wyników pomiarów, umożliwiającym ich wzajemne porównanie. Długość łańcucha porównań jest nieograniczona. Im dłuższy tym większa niepewność. Końcowa niepewność musi zawierać składowe niepewności wszystkich elementów metody pomiaru oraz niepewność materiału wyższego rzędu. X 3 % Cu ±Y 3 % X 2 % Cu ±Y 2 % X % Cu ±Y % 6 6
Spójność (identyfikowalność) Definicja: właściwość pomiaru lub wzorca jednostki miary polegająca na tym, że można go powiązać z określonymi odniesieniami, na ogół z wzorcami państwowymi lub międzynarodowymi jednostkami miary, za pośrednictwem nieprzerwanego łańcucha porównań, z których wszystkie mają określone niepewności. (VIM 6:10 ref: BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP, OIML, International Vocabulary of Basic and Metrological Terms i 1993) Zachowanie spójności pomiarowej jest warunkiem jednoznaczności wyników pomiarów, umożliwiającym ich wzajemne porównanie. Długość łańcucha porównań jest nieograniczona. Im dłuższy tym większa niepewność. Końcowa niepewność musi zawierać składowe niepewności wszystkich elementów metody pomiaru oraz niepewność materiału wyższego rzędu. Y 3 > Y 2 > Y X 3 % Cu ±Y 3 % X 2 % Cu ±Y 2 % X % Cu ±Y % 7 7
Jak certyfikat CRMu nie powinien wyglądać? Niepewność = 0,2% Niepewność dla CRMu NIE MOŻE być taka sama lub mniejsza niż niepewność dla SRMu! Niepewność = 0,2% 8
Jak certyfikat do CRMu nie powinien wyglądać? From Accreditation Certificate: Niepewność dla CRMu musi zawsze zawierać niepewność pomiaru plus niepewność SRMu. 9
Akredytacja ISO 17025 i ISO Guide 34 ISO Guide 34 + 17025: Złoty Standard dla producentów CRMów ISO 17025: Ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących ISO Guide 34: Ogólne wymagania dotyczące kompetencji producentów materiałów odniesienia 10
11
laboratory laboratory fulfilling fulfilling ISO/IEC ISO/IEC 17025 17025 and and ISO ISO Guide Guide 34 34 Produced Produced in in double double accredited accredited Nasze fabryki
CRMy w ofercie Sigma-Aldrich Własne: Fluka Cerilliant Supelco Partnerzy: IRMM (IRMM, BCR, ERM) BAM USP, EP Paragon Scientific H&D Fitzgerald MBH Analytical Whitehouse Scientific... Obecnie 4 nasze wytwórnie; sieć ponad 100 partnerów/dostawców 13
14
Nieorganiczne wzorce TraceCERT Najwyższa jakość dzięki procesowi produkcji, zaczynając od wyboru odpowiedniego surowca, a kończąc na odpowiednim opakowaniu. Spójność do BAM Spójność do SI Spójność do NIST Łańcuch spójności pomiarowej TraceCERT CRM do ASA, ICP i IC Czysty materiał wyjściowy Homogenizacja i ważenie Dobre opakowanie Najwyższa dokładność Niska niepewność Spójność do NIST, BAM i SI 15 Niepewność czystości = u Czyst Niepewność ważenia = u Hom, Waż Niepewność przechowywania = u Mag Niepewność wg Eurachem CITAC 15
Produkcja High precision balances from mg to kg Humidity and temp monitoring Overhead mixing system 1000 kg stone table Teflon tubing Laminar flow box (cleanroom) Peristaltic pump (no cross contamination) Immediate capping Bulk in Teflon tank 16
Przechowywanie i stabilność Transpiracja przez butelkę z HDPE 1.010 1.2 Transpiration through HD-PE bottles (Fluka 50 ml) Increase of Concentration relative to 1.000 gl -1 1.008 1.006 1.004 1.002 1.000 1.2 30 C measured (mean of 9 bottles) extrapolated 23 C 30 C 23 C 0 360 1 720 2 1080 3 Years Bottle stored without Al-bag Bottle stored in Al-bag 17
Przykładowy certyfikat TraceCERT 18
Wzorce TraceCERT jednopierwiastkowe do AAS i ICP AAS Stężenie 1000 mg/l (62 pierwiastki) ICP Stężenie 1000 mg/l (62 pierwiastki) Najczęściej stosowane wzorce też o stężeniu 10 000 mg/l (25 pierwiastki) Objętość 250 ml Objętość 100 ml Data ważności: 3 lata. Data ważności: 4 lata. Opakowanie HDPE Dokładniejsza charakterystyka zanieczyszczeń (70 zanieczyszczeń śladowych) Opakowanie HDPE i dodatkowo torebka z folii aluminiowej 19
20
Wzorce TraceCERT wielopierwiastkowe 21
Wzorce TraceCERT jednojonowe do IC 18 wzorców anionów nieorganicznych i 16 wzorców kationów o stężeniu 1000 mg/l. Pakowane w butelki z HDPE o pojemności 100 ml. Na certyfikacie dane o zanieczyszczeniach śladowych: 13 pierwiastków dla wzorców kationów, 7 jonów nieorganicznych dla wzorców anionów. Data ważności na certyfikacie: 3 lata. Dostępne są tez wzorce anionów organicznych. 22
Wzorce TraceCERT wielojonowe do IC 23
Wzorce TraceCERT na zamówienie Platforma dostępna on-line: www.sigma-aldrich.com/csp 24
Wzorce TraceCERT na zamówienie - AAS i ICP 25
Custom TraceCERT standards IC 26
Nieorganiczne wzorce TraceCERT Dodatkowe informacje (przykładowe certyfikaty, literatura) na stronie: www.sigmaaldrich.com/tracecert 27
Organiczne wzorce TraceCERT : wyzwanie! Ogromna liczba związków organicznych Niewiele dostępnych SRMów Zatem jak ustalić spójność pomiarową????? 28
Spójność z wzorcem NIST Kwas benzoesowy Materiał NIST Dimetylosulfon (IS) Fluka 41837 Acenaften Fluka 05426 29
NMR Ilościowy NMR (qnmr) to względna pierwotna metoda analityczna Widmo NMR mieszaniny chloroformu i bromoformu Intensywność sygnału: Proporcjonalna do liczby protonów dających sygnał Niezależna od struktury tej cząsteczki (przesunięcie chemiczne jest inne) 30
Procedura pomiaru qnmr Wzorzec wewnętrzny Ważenie Pomiar 1 H-NMR Próbka Rozpuszczalnik deuterowany Przetwarzanie danych 31
Oznaczanie analitu Wzorzec wewnętrzny Spójny do wzorca NIST Analit Acenaften 4 protony Dimetylosulfon 6 protonów 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 ppm 112.2648 100.0000 32
Oznaczanie analitu za pomocą qnmr Intensywność sygnału pochodzącego od badanej substancji (I x ) i wzorca wewnętrznego (I Std ) są wykorzystane do obliczenia zawartości/czystości P x Liczba protonów dających porównywany sygnał (N x, N Std ) Masy molowe (M x, M Std ) Masa naważek (m x, m Std ) oraz czystość wzorca wewnętrznego (P Std ) 33
Zalety techniki qnmr Możliwość ustalenia spójności pomiarowej między różnymi związkami chemicznymi Dostarcza informacji o strukturze substancji badanego związku (technika potwierdzająca) Dostarcza informacji o obecności i strukturze ewentualnych zanieczyszczeń Niska niepewność (0,1%-0,5%) w porównaniu do klasycznych technik wyznaczania zawartości Jancke H. NMR als primäre Methode. Nachrichten aus Chemie, Technik und Laboratorium, 1998, 46, 722 Jancke, H. NMR Spectroscopy as a Primary Analytical Method, Document 98/02 to the 4 th Session of the CCQM, Sèvres 1998 34
Klasyczna metoda wyznaczania zawartości Czystość chromatograficzna Piki od analitu i zanieczyszczeń Zawartość wody? Rozpuszczalniki resztkowe? Substancje nieorganiczne? 35
Klasyczna metoda wyznaczania zawartości Wady Czystość chromatograficzna jest poprawna tylko gdy czystość przekracza 99,5% odpowiedź detektora na analit i zanieczyszczenia jest taka sama Oczyszczanie substancji organicznych odbywa się zwykle technikami chromatograficznymi i analiza HPLC/GC może nie ujawnić wszystkich koelujących zanieczyszczeń Dodatkowa charakteryzacja materiału (oznaczanie wody, substancji nieorganicznych, rozpuszczalników) znacznie podwyższa niepewność wartości certyfikowanej 36
37
Organiczne wzorce TraceCERT do chromatografii wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) aniony organiczne do IC pestycydy kwasy tłuszczowe/fame aminokwasy antybiotyki plastyfikatory produkty naturalne SVHC (bisfenol A, akrylamid ) 39
Organiczne wzorce TraceCERT Analytix 02/2010 (wzorce wewnętrzne do qnmr ) Analytix 03/2010 (aminokwasy) Analytix 01/2011 (WWA) www.sigma-aldrich.com/organiccrm 40
41
Resource Technology Corporation Produkcja CRM i organizacja badań biegłości od roku 1988 RTC, Laramie, Wyoming, USA doświadczony producent CRMów i organizator badań biegłości Złoty standard akredytacji ISO 17025 + ISO Guide 34 dla producenta CRM Akredytacja ISO 17043 dla organizatorów badań biegłości Światowy lider dla materiałów glebowych prestiżowa umowa/grant CRADA z US EPA na produkcję glebowych CRMów 42
WS woda pitna, WP ścieki, UST/LPTP - gleby, odpady stałe AM - powietrze 44
Całkowicie naturalne lub fortyfikowane matryce: gleby, osady, odpady Anality organiczne i nieorganiczne 45
Spójność pomiarowa do NIST Minimum 1 rok ważności od daty zakupu Wzorce: Właściwości fizykochemiczne Nieorganiczne Organiczne 46
48
49
50
Wzorce właściwości fizycznych Certyfikowane materiały odniesienia do: lepkości (Paragon Scientific, ISO 17025, ASTM D 2162, NIST) gęstości (H&D Fitzgerald, ISO 9001 i 17025) temperatury topnienia przewodności (ISO 7888) mętności barwy wielkości cząstek www.sigma-aldrich.com/physicalproperties 51
Dziękuję za uwagę! Trusting Your Analytical Results means Trusting Your Reference Material 52