Advertisement
Polskie CRM dla nieorganicznej analizy śladowej
Nieorganiczna analiza śladowa przeżywa w ostatnim czasie okres intensywnego rozwoju. Możliwe staje się oznaczanie coraz niższych zawartości pierwiastków i dotyczy to nie tylko zawartości całkowitej, ale także poszczególnych form, w jakich pierwiastki występują w danym materiale.







Do laboratoriów analitycznych coraz liczniej wkraczają nowetechniki analityczne oraz przyrządy pomiarowe. Można tu wymienić na przykład technikę spektrometrii mas ze wzbudzeniem w plazmie indukcyjnie sprzężonej (ICP MS), różne typy wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) czy elektroforezę kapilarną (EC), które to techniki są obecnie już w zasadzie powszechnie stosowane, a jeszcze niedawno były unikalne. Jednak nowoczesne techniki instrumentalne, w dużym stopniu zautomatyzowane i skomputeryzowane – stwarzając duże możliwości – nie eliminują automatycznie możliwości popełnienia błędów systematycznych wskutek efektów matrycowych i różnego typu interferencji, nie wspominając o błędach popełnianych na etapie pobrania reprezentatywnej próbki oraz przygotowania próbki do analizy. Ponadto, oznaczanie coraz niższych stężeń wymaga od analityka stawienia czoła trudnościom wynikającym z konieczności uniknięcia zanieczyszczenia próbki oznaczanym analitem pochodzącym np. z użytych odczynników, powietrza, naczyń laboratoryjnych itp.
Konieczne jest wykazanie, że wyniki uzyskiwane w laboratorium są wiarygodne, czyli odzwierciedlają rzeczywisty skład  analizowanego materiału. Wyniki analizchemicznych stanowią bowiem podstawę podejmowania wielu bardzo ważnych społecznie decyzji, w tym także decyzji ważnych z punktu widzenia ekologii. Błędny wynik może pociągnąć za sobą błędną decyzję o ogromnych negatywnych skutkach społecznych i ekonomicznych. Laboratoria analityczne przykładają więc bardzo dużą wagę do zapewnienia jakości swojej pracy.
Bardzo ważnymi elementami systemów jakości stosowanych przez laboratoria są: uczestnictwo w badaniach międzylaboratoryjnych, w tym w badaniach biegłości, oraz stosowanie materiałów odniesienia i certyfikowanych materiałów odniesienia. Norma PN-EN ISO/TEC 17025:2005 „Ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących” [1] zaleca laboratoriom wykorzystywanie powyższych elementów dla dokumentowania i poprawy sprawności technicznej laboratorium, a tym samym sprawności jego systemu zarządzania. Obowiązują następujące definicje: porównanie międzylaboratoryjne (ILC) to zorganizowanie, wykonanie i ocena badań tego samego lub podobnych obiektów badań przez co najmniej dwa laboratoria zgodnie z uprzednio określonymi warunkami [2], a badanie biegłości (PT) to określenie za pomocą ILC zdolności laboratorium do przeprowadzania badań [2]. Materiał odniesienia (RM) to materiał lub substancja, dla których uznano wartości jednej lub większej liczby właściwości za dostatecznie jednorodne i na tyle dobrze określone, aby mogły być stosowane do wzorcowania przyrządu, oceny metody pomiarowej lub przypisania wartości właściwościom materiałów. Materiał odniesienia może być ciałem czystym lub mieszaniną i występować pod postacią gazu, cieczy lub ciała stałego. Przykładami są: woda do wzorcowania lepkościomierzy, szafir pozwalający wzorcować pojemność cieplną w kalorymetrze i roztwory stosowane do wzorcowania w analizie chemicznej [3].
Natomiast certyfikowany materiał odniesienia (CRM) jest materiałem odniesienia opatrzonym certyfikatem, charakteryzującym się wartością lub wartościami danej właściwości, które certyfikowano zgodnie z procedurą zapewniającą odniesienie do dokładnej realizacji jednostki miary, w której wyrażane są wartości danej właściwości; każdej wartości certyfikowanej powinna być przy tym przypisana niepewność odpowiadająca określonemu poziomowi ufności. Certyfikacja materiału odniesienia zdefiniowana jest jako procedura, w wyniku której ustalona zostaje wartość jednej lub wielu właściwości materiału lub substancji w procesie zapewniającym spójność pomiarową, z dokładnie odtworzonymi jednostkami, w których wyrażone są wartości właściwości. Procedura ta prowadzi do wydania certyfikatu materiału odniesienia, tj. dokumentu, którym opatrzony jest certyfikowany materiał odniesienia, podającego jedną lub wiele wartości właściwości i ich niepewności oraz potwierdzający, że niezbędne procedury, przy użyciu których wartości te wyznaczono, zapewniają ich wiarygodność i spójność pomiarową [3].
Udział w ILC i PT umożliwia laboratoriom obiektywną i niezależną ocenę jakości ich pracy, jednak wymaga istnienia odpowiedniego programu ILC czy PT, tj. takiego, w którym próbki do badań nie różnią się lub bardzo niewiele się różnią od próbek badanych w danym laboratorium. Warunek ten jest niejednokrotnie trudny do spełnienia. Także termin przeprowadzenia ILC/PT nie zawsze jest zgodny z potrzebami laboratorium. Ponadto czas oczekiwania na wynik trwa zazwyczaj dosyć długo, niejednokrotnie kilka miesięcy. Najbardziej popularnym sposobem sprawdzania dokładności jest wykonanie analizy CRM, przy czym także i w tym przypadku ważne jest, aby był on jak najbardziej zbliżony pod względem składu chemicznego do analizowanego materiału, ponieważ tylko wtedy możliwa jest ocena wpływu specyficznych oddziaływań analit – matryca na wynik analizy, a zatem ocena wiarygodności wyniku. Wybór CRM jest jednak, mimo że niewystarczający, to jednak dosyć duży. Szereg instytucji na świecie zajmuje się produkcją CRM. Najważniejsze to Institute for Reference Materials and Measurements (IRMM) w Belgii, podlegający Komisji Europejskiej oraz National Institute of Standards and Technology (NIST), USA. W Polsce jedynym producentem CRM dla potrzeb nieorganicznej analizy śladowej jest Instytut Chemii i Techniki Jądrowej. Powodem podjęcia w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku tej działalności, poza oczywiście odpowiednim przygotowaniem zawodowym pracowników, była chęć ułatwienia laboratoriom polskim dostępu do materiałów odniesienia poprzez dostarczenie materiałów tańszych od produkowanych za granicą o składzie typowym dla substancji czy też produktów występujących na polskim rynku.
Do chwili obecnej w IChTJ opracowane zostały następujące CRM: Popiół Lotny CTA- -FFA-1, Koncentrat Apatytowy CTA-AC-1, Liście Tytoniu typu Oriental CTA-OTL-1, Liście Tytoniu typu Virginia CTA-VTL-2, Liście Herbaty INCT-TL-1, Mieszanina Ziół Polskich INCT-MPH-2, Mąka Kukurydziana INCT-CF-3 oraz Mąka Sojowa INCT-SBF-4. Biorąc pod uwagę matrycę, pierwszy z nich zalicza się do typu środowiskowego, drugi do geologicznego, a pozostałe do biologicznego. CRMy te zostały wytworzone zgodnie z opracowaną w IChTJ procedurą [4] spełniającą wymagania odpowiednich norm [5-9] z występujących w Polsce materiałów wyjściowych.
Opracowana już w latach osiemdziesiątych w IChTJ generalna strategia przygotowania i certyfikacji CRM z pewnymi zmianami obowiązuje do tej pory. Była ona stosowana przy opracowywaniu wszystkich wymienionych wyżej CRM. Składa się ona z następujących etapów:

  • wybór rodzaju materiału,
  • pozyskanie odpowiedniej ilości żądanego materiału,
  • wstępne badanie trwałości,
  • wybranie i zakup odpowiednich pojemników, etykiet itp.,
  • przygotowanie (rozdrabnianie, sianie, wydzielenie frakcji o odpowiedniej wielkości ziarna, homogenizacja),
  • wstępne badanie jednorodności,
  • scharakteryzowanie materiału pod względem zawartości składników głównych (fakultatywne),
  • rozdozowanie materiału do pojemników,
  • ostateczne badanie jednorodności,
  • sterylizacja radiacyjna (obowiązkowa dla materiałów biologicznych),
  • badanie trwałości,
  • ustalenie metody i wykonanie oznaczenia zawartości wody,
  • organizacja porównania międzylaboratoryjnego,
  • wykonanie analiz metodą definitywną,
  • opracowanie wyników (odrzucanie wyników odbiegających, obliczanie średnich arytmetycznych, odchyleń standardowych, przedziałów ufności itd.),
  • ustalenie wartości certyfikowanych i ich niepewności oraz wartości informacyjnych na podstawie sformułowanych wcześniej kryteriów,
  • druk atestu,
  • materiał odniesienia gotowy do sprzedaży,
  • periodyczne badanie długoterminowej trwałości CRM w trakcie przechowywania.
Jest to zintegrowany proces i błąd na którymkolwiek z etapów może spowodować niepowodzenie całej akcji. Za wykonanie całości prac odpowiada zawsze jedna osoba – koordynator programu. Homogeniczność materiału uzyskiwana jest po jego rozdrobnieniu (tak aby uzyskać jak najmniejszą średnicę ziarna) przez staranne wymieszanie wyodrębnionej frakcji przy użyciu specjalnie skonstruowanego homogenizatora i potwierdzana na podstawie badania z wykorzystaniem wyników neutronowej analizy aktywacyjnej [10, 11]. Wszystkie CRM dotychczas wyprodukowane są jednorodne dla próbek o masie nie mniejszej niż 100 mg z wyjątkiem Liści Tytoniu typu Virginia CTA-VTL-2, który to materiał jest jednorodny już dla próbek o masie 1 mg i tym samym, jako jeden z nielicznych, może być stosowany dla potrzeb technik mikroanalitycznych.
Certyfikację przeprowadzano na podstawie wyników otwartego porównania międzylaboratoryjnego, dokładając starań, aby w ILC wzięło udział jak najwięcej laboratoriów dysponujących różnymi technikami analitycznymi. Dzięki temu wyniki porównania tworzyły duże zbiory danych, umożliwiające oparcie certyfikacji na solidnych podstawach statystycznych. We wszystkich przeprowadzonych porównaniach wzięło udział ponad 50 laboratoriów, przy czym w ostatnio przeprowadzonych w latach 2000-2004 liczba ta oscylowała wokół 100 i były to laboratoria z 20 krajów świata. Stosowana w IChTJ metoda statystycznego opracowania [12] wyników porównania międzylaboratoryjnego polega na eliminacji z populacji średnich laboratoryjnych wyników odbiegających za pomocą jednoczesnego użycia czterech testów, a mianowicie testu Dixona, Grubbsa, współczynnika skośności i spłaszczenia na poziomie ufności 95%. Jeśli którykolwiek z tych testów ujawnił wartość statystycznie odbiegającą, jest ona usuwana z populacji. Procedura jest powtarzana tak długo, aż wszystkie wartości odbiegające zostaną ujawnione. Następnie obliczane są wartości średnie (tzw. średnie ogólne), ich odchylenia standardowe i przedziały ufności. Kolejnym krokiem jest zastosowanie kryteriów certyfikacyjnych dla wartości certyfikowanych i informacyjnych. Spełnienie kryteriów jest warunkiem zakwalifikowania średniej ogólnej do jednej z wymienionych wyżej kategorii lub pozostawienie jej poza kwalifikacją. Kryteria te powinny być zawsze ustalone przed zakończeniem porównania. Jako przykład podano zestaw kryteriów zastosowanych w przeprowadzonych ostatnio porównaniach. Wartości certyfikowane są nadawane, jeśli:
  1. Stosunek jednostronnego przedziału ufności i średniej ogólnej:



    lub względne odchylenie standardowe:



    Przyjęto, że pierwiastki, których stężenie przekracza 5000 mg/kg, zaliczane są do makroskładników.
  2. Ogólna średnia jest obliczona na podstawie co najmniej czterech zaakceptowanych średnich laboratoryjnych otrzymanych przy użyciu co najmniej dwóch różnych technik analitycznych. Jeśli wyniki otrzymane były za pomocą jednej techniki analitycznej, to liczba średnich laboratoryjnych użytych do obliczania średniej ogólnej nie może być mniejsza niż 5.
  3. Jeśli warunki 1 i 2 są spełnione, ale liczba ujawnionych wyników odbiegających przekracza 50%, uruchomiona zostaje dodatkowa procedura, która ocenia zmiany wartości średniej i odchylenia standardowego w trakcie procesu eliminacji wartości odbiegających. Jeśli zmiany obu wartości nie przekraczają 15% odrzucanie wyników odbiegających zostaje zatrzymane, po czym ponownie sprawdza się, czy warunek 1 jest nadal spełniony.
  4. Jeśli wszystkie powyższe kryteria są spełnione, ale po eliminacji wartości odbiegających, populacje wyników otrzymanych różnymi technikami analitycznymi różnią się istotnie, średniej ogólnej nie nadaje się statusu wartości certyfikowanej.
Wartości certyfikowane są zawsze podawane z ich niepewnościami odpowiadającymi określonemu poziomowi ufności (zazwyczaj 95%), przy czym niepewność standardowa obejmuje niepewność analityczną, niepewność określenia długoterminowej trwałości i niepewność określania stałej masy.
Status wartości informacyjnych nadawany jest tym średnim ogólnym, które nie spełniają wszystkich kryteriów 1-4, jednak spełniają warunek:



i są wyznaczone na podstawie co najmniej trzech średnich laboratoryjnych. Wartości informacyjne podawane są bez przedziałów ufności.
Pierwiastki, dla których nie spełnione są powyższe kryteria, pozostają poza klasyfikacją. Do statystycznej obróbki wyników porównań międzylaboratoryjnych wykorzystywany jest w IChTJ specjalnie w tym celu opracowany własny, oryginalny pakiet oprogramowania ACQS-1 [13, 14]. Przeznaczony jest on do pracy na komputerach osobistych, umożliwia szybką redukcję i interpretację danych, zawiera procedury wspomagające podejmowanie decyzji w trakcie certyfikacji. Pakiet współpracuje z powszechnie stosowanymi programami, jak Excel, dBase, Access, Statgraphics itp., stanowiącymi dla niego oprogramowanie towarzyszące.
W procesie certyfikacji wykorzystywany jest dodatkowy element niezależnego potwierdzenia poprawności wyznaczania wartości certyfikowanej poprzez wykonanie oznaczenia metodą definitywną w materiale kandydującym do CRM zawartości tych pierwiastków, dla których dysponujemy takimi metodami [15]. Jako przykład przedstawiono certyfikację zawartości Mo w Mące Sojowej INCT-SBF-4 (rys. 1). Prace nad takimi metodami rozpoczęto w IChTJ w drugiej połowie lat osiemdziesiątych równolegle z pracami nad CRM. Metoda definitywna jest to metoda oparta na trwałych i dobrze określonych podstawach teoretycznych, doświadczalnie przebadana, przy czym związane z nią błędy są znikomo małe, a jednocześnie metoda oznacza się wysoką precyzją [16]. Opracowane w IChTJ metody definitywne przeznaczone są do oznaczania pierwiastków śladowych w materiałach biologicznych i opierają się o NAA połączoną z selektywnym i ilościowym wydzielaniem oznaczanego pierwiastka metodą chromatografii kolumnowej jonowymiennej i ekstrakcyjnej [17-21].
Procedura certyfikacji była początkowo sprawdzona przez zastosowanie w ILC syntetycznego materiału do badań o znanym składzie [12], a następnie tego samego materiału o naturalnej matrycy w ILC w latach 1991, 2000 i 2004 [4]. Porównanie wyników certyfikacji zawartości 29 pierwiastków na podstawie wyników tych trzech ILC wykazało nadspodziewanie dobrą zgodność, biorąc pod uwagę przedział czasowy ponad 10-ciu lat, zmianę procentowego udziału poszczególnych metod analitycznych stosowanych przez uczestników porównań, a tym samym poddanie obróbce statystycznej zupełnie innych zbiorów danych. Wyznaczone średnie i ich granice ufności pokrywają się, co zilustrowano na przykładzie Cd (rys. 2).
W celu zapewnienia długookresowej trwałości wszystkie CRM opracowane w IChTJ poddawane były sterylizacji radiacyjnej po rozdozowaniu do pojemników i następnie przechowywane w kontrolowanych warunkach w klimatyzowanym pomieszczeniu. W trakcie przechowywania ich skład jest kontrolowany. Dane dotyczące pierwiastków cer tyfikowanych w CRM opracowanych w IChTJ przedstawione są tab. 1. Szczegółowe dane dotyczące przygotowywania poszczególnych materiałów, sposobu oznaczania suchej masy, wartości certyfikowanych i informacyjnych itp. można znaleźć na stronach internetowych: www.ichtj.waw.pl.

 


Halina Polkowska-Motrenko
Zakład Chemii Analitycznej
Instytut Chemii i Techniki Jądrowej
Literatura:
1. PN-EN ISO/IEC 17025:2005 Ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących, Wyd. 2, PKN, Warszawa 2005.
2. ISO/IEC 43-1:1997 Badanie biegłości poprzez porównania międzlaboratoryjne. Część 1. Projektowanie i realizacja programów badania biegłości, PKN, Warszawa 2004.
3. Międzynarodowy słownik podstawowych i ogólnych terminów w metrologii, BIPM, 1993, tłumaczenie polskie, wyd. GUM, Warszawa 1996.
4. H. Polkowska-Motrenko, R. Dybczyński, J. Radioanal. Nucl. Chem., 269, 339-345 (2006).
5. ISO Guide 30, Terms and Definitions Used in Connection with Reference Materials, ISO, Geneva 1992.
6. ISO Guide 31, Contents of Certificates of Reference Materials, Geneva 2000.
7. ISO/IEC Guide 33, Uses of Certified Reference Materials, ISO, Geneva 2000.
8. ISO/IEC Guide 34, Quality System Guidelines for the Production of Reference Materials, ISO, Geneva 2000.
9. ISO/IEC Guide 35, Certification of Reference Materials – General and Statistical Principles, ISO, Geneva 2006.
10. R. Dybczyński, K. Kulisa, H. Polkowska-Motrenko, Z. Samczyński, Z. Szopa, M. Wasek, Chem.Anal. (Warsaw), 42, 815-824 (1997).
11. R. Dybczyński, B. Danko, H. Polkowska-Motrenko, J. Radioanal.Nucl.Chem., 245, 97-104 (2000).
12. R. Dybczyński, Anal. Chim. Acta, 117, 53-70 (1980).
13. Z. Szopa, R. Jaszczuk, R. Dybczyński, Nukleonika, 41, 117-128 (1996).
14. Z. Szopa, R. Dybczyński, Analityka, 2, 4-7 (2000).
15. R.S. Dybczyński, B. Danko, H. Polkowska-Motrenko, Z. Samczyński, Talanta, 71, 529-536 (2007).
16. G.A. Uriano, C.C. Graviatt, Crit. Rev. Anal. Chem., 6, 361 (1977).
17. R. Dybczyński, M..Wasek, H. Maleszewska, J. Raddioanal. Nucl. Chem., 130, 365-388 (1989).
18. B. Danko, R. Dybczyński, J. Radioanal. Nucl. Chem., 216, 51-57 (1997).
19. Z. Samczyński, R. Dybczyński, Chem. Anal. (Warsaw), 41, 873-890 (1996).
20. R. Dybczyński, B. Danko, J. Radioanal. Nucl. Chem., 181, 43- 59 (1994).
21. H. Polkowska-Motrenko, R. Dybczyński, B. Danko, D.A. Becker, J. Radioanal. Nucl. Chem., 207, 401-412 (1996).
7. www.dryiceInfo.com OTHER USES.
8. w w w.linde - ga z.pl /... / likelgpl.nsf /reposi tor ybyalias /pd f_suchylod1/$ file / Ulotka%20suchy%20lod%20zywnosc.pdf.
9. http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide.
10. www.acpco2.com/pol/downloads/droogijs_pol.pdf.
11. Reich K.F., Śmiejek Z., Turczyński K.: Urządzenia do czyszczenia elementów maszyn i urządzeń strumieniem sprężonego powietrza z cząstkami suchego lodu, Jakość środowiska techniki i technologie, Biblioteka KOMEKO 2001, str.307-313.
12. www.linde-gaz.pl/.../web/lg/pl/likelgpl.nsf/repositorybyalias/pdf_suchylod2/$file/Ulotka%20CryoClean.pdf.
13. www.vanderbilt.edu/.../Web%20Lessons%202006/Proper ties%20of%20CO2/for%20web/Properties%20of%20CO2.pdf.
14. www.dryiceInfo. SPECIAL EFFECTS.
 

© 2021 Grupa INFOMAX