Teemu Näykki ENVICAL SYKE

Transkriptio

1 Talousveden kemiallisten määritysmenetelmien oikeellisuus, täsmällisyys, toteamisraja vaatimukset ja vinkkejä laskemiseen Teemu Näykki ENVICAL SYKE AJANKOHTAISTA LABORATORIORINTAMALLA

2 Sosiaali- ja terveysministeriön asetus talousveden laatuvaatimuksista ja valvontatutkimuksista (461/2000) Liite III, määritysmenetelmät Käytettävällä määritysmenetelmällä on pystyttävä mittaamaan muuttujan pitoisuuksia siten, että menetelmän oikeellisuudelle 1) täsmällisyydelle 2) ja toteamisrajalle 3) saavutetaan vähintään alla olevassa taulukossa esitetyt vaatimukset. 1) Oikeellisuus (trueness) kuvaa hyväksytyn referenssiarvon ja suuren mittaustulosjoukon tulosten keskiarvon läheisyyttä, ja se ilmaistaan tavallisesti systemaattisena virheenä (bias, systematic error). 2) Täsmällisyys = toistotarkkuus (precision) ilmaisee keskenään riippumattomien mittaustulosten läheisyyttä. Mittana käytetään keskihajontaa eli standardipoikkeamaa. 3) Toteamisrajalla (limit of detection) tarkoitetaan pienintä pitoisuutta, jolla voidaan luotettavasti todeta, sisältääkö näyte tutkittavaa yhdistettä vai ei. 2

3

4

5 Toteamis- ja määritysraja Toteamisraja (Limit of detection, LOD): pienin pitoisuus, jolla voidaan luotettavasti todeta, sisältääkö näyte tutkittavaa yhdistettä vai ei. Määritysraja (Limit of quantification, LOQ): Pienin pitoisuus, jolla voidaan luotettavasti määrittää lukuarvo tutkittavan yhdisteen pitoisuudelle. Toteamisrajan ja määritysrajan määritteleminen ja arviointi vaihtelee eri kirjallisuuslähteissä. Lisäksi niiden määrittäminen käytännössä on usein erilainen eri analytiikan alueilla. Eri menettelyjä on esitetty mm. Standardiohjeessa ISO Guidance on analytical quality control for chemical and physicochemical water analysis, Eurachemin ohjeessa The Fitness for Purpose of Analytical Methods IUPAC:n ohjeessa Harmonized guidelines for single-laboratory validation of methods of analysis 5

6 Toteamis- ja määritysraja Toteamisrajan ja määritysrajan kvantitatiivinen määritys voidaan tehdä laskemalla keskihajonta s sellaisen näytteen rinnakkaismääritysten tuloksista, joka ei sisällä määritettävää yhdistettä tai se sisältää määritettävää yhdistettä hyvin vähän. Toteamisraja = µ B + 3s Määritysraja = µ B + 5s, 6s tai 10s Missä μ B = nollanäytteen tulosten keskiarvo s = nollanäytteen tulosten keskihajonta. 6

7 Esimerkki Toteamis- ja määritysraja arvioitiin nollanäytteiden hajonnan perusteella. Nollanäytteitä analysoitiin kolmena päivänä kymmenen rinnakkaisnäytettä. Tuloksista laskettiin keskiarvo (x) ja keskihajonta (s) Toteamisraja = x + 3s Määritysraja = x + 10s Toteamis- ja määritysrajana ilmoitettiin keskiarvo kolmen eri päivän tuloksista LOD = 0,25 ng/l LOQ = 0,60 ng/l 7

8 Nollanäytteiden rinnakkaisanalyysien avulla 8

9 Toteamisrajalla signaalin ja kohinan suhde = 3 Määritysrajalla signaalin ja kohinan suhde on = 10 9

10

11 Satunnaisvirhe Satunnaisvirheiksi sanotaan mittauksissa esiintyviä virheitä, joita ei voida havaita toistamalla mittauksia. Jokaisessa fysikaalisessa ja kemiallisessa systeemissä on lukuisia muuttujia, joita on mahdoton kontrolloida Useiden tekijöiden yhteisvaikutus Rinnakkaismääritysten tulokset esiintyvät satunnaisesti keskiarvon ympärillä ja noudattavat normaalijakaumaa 11

12 Systemaattinen virhe Systemaattisen virheen seurauksena saatu analyysitulos on aina liian suuri tai pieni Vaikuttaa menetelmän oikeellisuuteen Systemaattiset virheet on mahdollista tunnistaa ja poistaa, mutta mittauksissa esiintyy aina satunnaisvirhettä Pienistä vaihteluista on usein vaikea sanoa, onko poikkeama satunnainen vai systemaattinen. _ x T Nordtest Report TR

13 Termejä Lähde: Menditta, Patriarca, Magnusson, Understanding the meaning of accuracy, trueness and precision, Accred Qual Assur (2007) 12:

14 Tarkkuus = oikeellisuus ja täsmällisyys (Accuracy = Trueness and precision) Improving trueness Improving accuracy Improving precision 14

15 Täsmällisyys (precision) Toistettavuus ja uusittavuus Käsitettä toistettavuus (s r ) käytetään silloin, kun sama henkilö analysoi näytteen (tai samanlaiset näytteet) samassa laboratoriossa useita kertoja samalla mittauslaitteistolla. Tällaisissa olosuhteissa tulosten hajonta edustaa pienintä mahdollista hajontaa, mihin analysoija voi päästä kyseisessä määrityksessä. Käsitettä uusittavuus (s R ) käytetään, kun näyte analysoidaan vaihtelevissa määritysolosuhteissa. Tällöin esimerkiksi henkilö, ajankohta, välineistö sekä mittausmenetelmä voivat vaihdella. Myös useat laboratoriot voivat osallistua määritykseen. Laboratorion sisäinen uusittavuus (s Rw ) on jossakin näiden kahden ääritapauksen välillä. Henkilö ja ajankohta voivat vaihdella, mutta välineistö ja mittausmenetelmä voivat pysyä samoina P Wang, NIVA 15

16 Pitoisuus vs. tulosten hajonta Tulosten satunnaisvaihtelu riippuu pitoisuustasosta Asetuksen mukaan laboratorion on ilmoitettava määritysmenetelmän täsmällisyys. Millä pitoisuusalueella laboratorion tulee arvioida täsmällisyys? Yleensä satunnaisvaihtelu (keskihajonta) on suurinta (prosentteina) pienillä pitoisuuksilla 16

17 Pitoisuus vs tulosten hajonta Jotta asetuksen vaatimukset täyttyisivät kaikilla raja-arvon ylittävillä pitoisuuksilla, tulisi täsmällisyyden tarkastelu tehdä (ainakin) raja-arvon pitoisuustasolla. LOQ Raja-arvo 17

18 Usein raja-arvo on kuitenkin huomattavasti suurempi kuin laboratorion mittausmenetelmän määritysraja Menetelmän optimaalinen mittausalue Satunnaisvaihtelu (keskihajonta, prosentteina) on vakio LOQ Raja-arvo 18

19 Miten täsmällisyys ja oikeellisuus tulisi arvioida? Täsmällisyys voidaan arvioida Laboratorion sisäinen uusittavuuden avulla Synteettisen kontrollinäytteen (raja-arvon pitoisuustasolla) toistomittauksista laskettu hajonta Mittauksia useiden päivien/kuukausien ajalta Vaihtelua laitteen kalibroinnista, eri analysoijista, eri reagenssieristä jne. Rutiininäytteiden rinnakkaistuloksista (raja-arvon pitoisuustasolla) laskettu hajonta Vaihtelua todellisten näytteiden epähomogeenisesta matriisista Oikeellisuus voidaan arvioida sertifioidun referenssimateriaalin tai muun tunnetun pitoisuuden omaavan kontrollinäytteen tulosten avulla Mittauksia useiden päivien/kuukausien ajalta Mittaustulosten keskiarvon ja sertifioidun/tunnetun pitoisuuden erotus kuvaa oikeellisuutta. 19

20

21 Mittausepävarmuusarvioinnin mustat laatikot Laboratorion sisäinen uusittavuus, satunn. komponentit Laboratorion ja menetelmän poikkeama system. komponentit ±u + ±u = Arvio mittausepävarmuudesta Kontrollinäytteiden ja rutiininäytteiden tuloksista Sertifioidun ref. materiaalin tai vertailukokeiden tuloksista Saadakseen yksityiskohtaisempaa tietoa mustien laatikoiden sisällöstä on epävarmuusarvio suoritettava EURACHEM/CITAC- oppaan mukaisesti. 21

22 Tarkastelu sisältää kuusi vaihetta: 1. Määritä mitattava suure 2. Määritä laboratorion sisäinen uusittavuus (R W ) 3. Määritä menetelmän ja laboratorion poikkeama (bias) 4. Muuta osatekijät standardi epävarmuuksiksi u(r W ) and u(bias) 5. Laske yhdistetty standardiepävarmuus 6. Laske laajennettu mittausepävarmuus 22

23 MUkit ohjelma mittausepävarmuuden arviointiin Mittausepävarmuuden laskenta perustuu raporttiin Nordtest TR 537 sekä standardiohjeeseen ISO Ohjelmistolla laboratoriot voivat helposti laskea mittausepävarmuuden Laadunvarmistusnäytteiden, rutiininäytteiden rinnakkaistulosten, pätevyyskoetulosten ja saantokoetulosten perusteella. 23

24

25

26 ENVICAL-SYKE 26

27

28 Validoinnin seuranta ja uudelleenvalidointitarve Menetelmän pätevyyttä seurataan laadunohjauksen avulla esim. mittaamalla päivittäin synteettisiä kontrollinäytteitä ja seuraamalla varsinaisten näytteiden rinnakkaistulosten hajontaa (trendien seuranta/tulkinta, jatkotoimenpiteet). Osallistutaan säännöllisesti vertailukokeisiin. Laitteiden ikääntyessä (vaikka varsinaisia muutoksia menetelmässä ei tapahdu) on arvioitava määritysrajaa, lineaarisuutta, mittausepävarmuutta esim. vuosittain. Uudelleenvalidointitarvetta esiintyy mm. silloin, kun aletaan mitata uutta matriisia tai kun laitteistossa tapahtuu muutoksia tai työntekijät vaihtuvat. 28

29 Oppaita Validointiin Eurachemin ohje The Fitness for Purpose of Analytical Methods IUPAC:n ohje Harmonized guidelines for single-laboratory validation of methods of analysis Laadunohjaukseen Nordtest TR569, Sisäinen laadunohjaus käsikirja kemian laboratorioille, ISO Water quality - Guidance on analytical quality control for chemical and physicochemical water analysis Mittausepävarmuuden arviointiin Nordtest TR 537, Handbook for measurement uncertainty calculation in environmental laboratories, SFS-EN ISO Veden laatu. Validointiin ja laadunvarmistusaineistoon perustuva mittausepävarmuuden 29 arviointi

30 Kiitokset mielenkiinnosta 30