Materiali di Riferimento nella Chimica Analitica

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1 Materiali di Riferimento nella Chimica Analitica Definizioni e Classificazione 1 IL RUOLO DEI MATERIALI DI RIFERIMENTO NEL CONSEGUIMENTO DELLA QUALITA IN CHIMICA ANALITICA E facile immaginare come l impatto Sociale ed Economico di Analisi errate coinvolga una vastissima area della vita quotidiana: Commercio, Salute Pubblica, Ambiente 2 Fare una analisi corretta non significa solo evitare di doverla rifare (duplicazione dei costi) ma, sopratutto significa eliminare la possibilità di conseguenze. Indice di Rischio Suoli Sedimenti Rifiuti Alimentari Acque potabili Acque Biomedico Tipo di Campione 3 1

2 Le misure analitiche, in qualsiasi ambito, devono essere affidabili e comparabili per poter essere di aiuto nei processi decisionali. I laboratori analitici dispongono di strumenti e tecniche sempre più sofisticati, ma nonostante questo devono avvalersi di metodi e mezzi analitici validati e riferibili, in modo da garantire la qualità del dato analitico e la sua confrontabilità. 4 Cosa si intende in pratica per qualità di un dato analitico? La qualità di un qualsiasi prodotto, sia di una industria che di un laboratorio, è legata alle richieste del futuro utilizzatore di tale prodotto, che sono espressione dei suoi bisogni o delle sue aspettative sia implicite che esplicite. Quindi la qualità che ci si propone di ottenere sarà in relazione con tali bisogni, e il livello da essa raggiunto dipenderà dal soddisfacimento degli stessi. 5 Cosa si intende in pratica per qualità di un dato analitico? Non è possibile ottenere l assoluta certezza della qualità, ma questa deve essere comunque garantita. Per garanzia di qualità si intende il raggiungimento della stessa con una elevata probabilità. Tutto questo è possibile mediante l applicazione di un programma globale di gestione e controllo della produzione dei dati definito PROGRAMMA di Garanzia di Qualità. 6 2

3 Il laboratorio deve mantenere nel tempo la qualità dei dati analitici e questo si può ottenere mediante controlli interni ed esterni. 7 CRM s GLP Validazione dati QC Interno Carte di Controllo PROGRAMMA di GARANZIA della QUALITA LRM s Scambi tra LAB QC Esterno Esercizi Interlab. 8 Programma garanzia di qualità: è un sistema che considera ogni aspetto delle attività svolte all interno del laboratorio chimico così da individuare i possibili problemi e indicare le procedure ed i controlli più efficaci. 9 3

4 Valutazione Qualità TECNICHE DI CONTROLLO DI QUALITA. INTERNE 1. Uso di materiali di riferimento certificati (CRM s) 2. Misure ripetute 3. Campioni di controllo interni 4. Carte di controllo (costruite con l ausilio di CRM) 5. Scambi fra operatori e fra strumentazioni 6. Audits interni 10 Valutazione Qualità TECNICHE DI CONTROLLO DI QUALITA. ESTERNE 1. Performance Testing, Proficiency Testing 2. Scambio di campioni 3. Audits esterni 11 Esistono diversi tipi di Esercizi Interlaboratorio: 1) Esercizi di Certificazione, in cui l obiettivo è la certificazione di una o più proprietà (ad es. analita) di un Materiale di Riferimento; 2) Esercizi di Standardizzazione, in cui l obiettivo è lo studio delle prestazioni di un metodo ( test method ); 3) Proficiency tests, in cui l obiettivo è la valutazione delle prestazioni dei laboratori partecipanti; 4) Studi in Collaborazione (Collaborative trails), in cui un gruppo di laboratori cerca di migliorare le proprie prestazioni analitiche o di ottimizzare un metodo analitico. 12 4

5 PERCHE effettuare Esercizi Interlaboratorio I programmi di controllo analitico, basati su esercizi interlaboratoriali, sono un importante e indispensabile mezzo per: 1) Comprendere" la presenza di errori sistematici, 2) Per migliorare la qualità del lavoro, 3) Per motivare l'analista 4) Per poter dimostrare ai committenti la qualità dei risultati del laboratorio. 13 Esercizi Interlaboratorio Le esperienze recenti hanno dimostrato che la partecipazione degli stessi laboratori a due o più circuiti successivi, ha condotto ad un sostanziale miglioramento della qualità del dato analitico, purché tali circuiti siano programmati con regolarità e non vi siano troppi periodi morti tra l'invio del campione e la convalida del dato stesso. Questi controlli sono oggi indispensabili e sono da considerarsi una base per l'accreditamento e la certificazione dei laboratori pubblici e privati, secondo le indicazioni comunitarie. 14 QUANDO effettuare Esercizi Interlaboratorio 1) Documentare la riferibilità delle misure, quando non siano disponibili campioni di prima linea o materiali certificati; 2) Validare i metodi di prova; 3) Certificare materiali di riferimento (Guide ISO ); 4) Valutare la competenza tecnica dei laboratori (Proficiency tests o prove valutative, rif. Guida ISO 43). 15 5

6 Esercizi Interlaboratorio Le prove valutative sono indicate dalla UNI CEI EN ISO/IEC come strumento per l'assicurazione della qualità dei laboratori, e la UNI CEI EN ISO/IEC richiede che gli organismi di accreditamento verifichino la competenza tecnica dei laboratori anche mediante i risultati dei proficiency tests. 16 Esercizi Interlaboratorio Le prove valutative dovrebbero essere gestite da organizzazioni che operano tra l altro in conformità alle Guide ISO/IEC 43-1:1997 e 43-2:1997, ed alle linee guida ILAC G13:2000 Guidelines for the Requirements for the Competence of Providers of Proficiency Testing Schemes. Tali guide contengono i criteri per l'organizzazione dei circuiti, la gestione dei campioni, e l'elaborazione dei risultati. I Laboratori devono assicurarsi della conformità dell'organizzazione alle prescrizioni delle Guide citate. 17 La qualità dei risultati analitici I risultati possono risultare errati per diverse ragioni: Errore di calcolo Strumento non tarato Metodo non adatto Errori di campionamento Ovvio: nessuno produce dati errati deliberatamente 18 6

7 La qualità dei risultati analitici Al fine di migliorare la qualità dei risultati analitici, è indispensabile non solo la messa a punto di tecniche sempre più sensibili e selettive ma sopratutto l individuazione e minimizzazione degli errori durante l'intera metodologia analitica. 19 IL MATERIALE DI RIFERIMENTO CERTIFICATO (CRMs) PERMETTE LA VERIFICA DELL ACCURATEZZA E LA STIMA DELL INCERTEZZA ACCURATEZZA INCERTEZZA QUALITÀ 20 Uso dei CRM nella valutazione dell accuratezza Valore certificato incertezza C Uc < T + Ut < C + Uc C Uc < T - Ut < C + Uc 21 7

8 22 MATERIALI DI RIFERIMENTO L uso di materiali di riferimento è il modo più semplice di dimostrare l accuratezza dei propri risultati e verificare la prestazione del laboratorio in qualsiasi momento Inoltre viene risolto il problema della confrontabilità dei dati ottenuti da laboratori diversi 23 L ISO (International Organization for Standardization) è la federazione Mondiale degli Organismi Nazionali per la standardizzazione di oltre 120 Paesi. La mission è quella di promuovere e sviluppare la standardizzazione e le attività ad esse connesse a livello mondiale, nell ottica di facilitare gli scambi internazionali di beni e servizi e sviluppare la cooperazione in ambito scientifico tecnologico ed attività economiche. In ambito Italiano il riferimento è l UNI ed in particolare l UNICHIM per il settore Chimico. 24 8

9 L ISO ha prodotto una serie di guide per l'utilizzo dei materiali di riferimento, per la loro produzione e certificazione: ISO Guide 30:1992 Terms and definitions used in connection with reference materials ISO Guide 31:2000 Reference materials -- Contents of certificates and labels ISO Guide 32:1997 Calibration in analytical chemistry and use of certified reference materials ISO Guide 33:2000 Uses of certified reference materials ISO Guide 35:2006 Reference materials -- General and statistical principles for certification 25 L ISO GUIDE 30 definisce la RIFERIBILITA (traceability) come la Proprietà del risultato di una misura o del valore di uno standard di essere riferito ad un determinato campione, in genere uno standard nazionale od internazionale, attraverso una catena ininterrotta di operazioni di confronti aventi tutti una incertezza nota. La RIFERIBILITA può essere intesa come quell insieme di operazioni qualificate che collegano i risultati di una misurazione ai valori di Std. Internazionali. Sistema di Riferimento SI (metro, kg, mole, A, s, ecc) Standard Primario CRM RM Campione da Analizzare 26 Definizioni ISO GUIDE 30 CAMPIONE PRIMARIO Campione che è designato, o ampiamente riconosciuto, a presentare le migliori qualità metrologiche e il cui valore è accettato senza riferimento ad altri campioni della stessa grandezza in un dominio specificato. CAMPIONE INTERNAZIONALE Campione riconosciuto da un accordo internazionale per servire come base internazionale a fissare il valore di tutti gli altri campioni della grandezza in questione. CAMPIONE SECONDARIO Campione il cui valore è assegnato per confronto con un campione primario per la stessa grandezza. 27 9

10 Definizioni ISO GUIDE 30 MATERIALI DI RIFERIMENTO Materiale o sostanza per la quale una o più proprietà sono sufficientemente ben stabilite da essere usate per la taratura di un apparecchio, per la valutazione di un metodo o per l assegnazione di valori a materiali. MATERIALI DI RIFERIMENTO CERTIFICATI Materiale di Riferimento, accompagnato da un certificato, per il quale uno o più valori delle proprietà sono certificati da una procedura che stabilisce la loro riferibilità ad un accurata realizzazione delle unità nelle quali i valori delle proprietà sono espressi e per cui ciascun valore certificato è accompagnato da una incertezza con un livello di fiducia stabilito. 28 Definizioni Altre definizioni importanti nell ambito dei materiali di riferimento sono: ACCURATEZZA (ISO 5725/1, 3.6, UNI ISO , 3.12) esprime il grado di concordanza tra un risultato di una prova e il valore di riferimento accettato ESATTEZZA (ISO 5725/1, 3.7, UNI ISO , 312) Grado di concordanza tra il valore medio ottentuo da un certo numero di risultati di prova e il valore di riferimento accettato (espessa di solito come BIAS) 29 PRECISIONE (ISO 5725/1, 3.12, UNI ISO , 3.14) Grado di concordanza tra i risultati ottenuti da prove indipendenti nelle condizioni stabilite INCERTEZZA (VIM 3.9, UNI ENV B.2.18) Parametro associato al risultato di una misurazione che caratterizza la dispersione dei valori ragionevolmente attribuibili al misurando. TARATURA (VIM 6.11) Insieme di operazioni che stabiliscono, sotto condizioni specificate, la relazione tra i valori delle grandezze indicate da uno strumento o da un sistema di misurazione oppure tra i valori rappresentati da un campione materiale o da un materiale di riferimento e i corrispondenti valori realizzati dai campioni 30 10

11 COMPITO della METROLOGIA CHIMICA La riferibilità non va considerata fine a se stessa ma L OBBIETTIVO che ci si pone nell ACCERTAMENTO della riferibilità è quello di GARANTIRE che le misurazioni alla fine della catena di riferibilità possano essere espresse in unità del SI con livelli di incertezza quantificati. Solo in questo modo potremo dire che le misurazioni sono ACCURATE e CONFRONTABILI con misure fatte da altri laboratori con metodi diversi. 31 Le Misure CORRETTE dal punto di vista METROLOGICO sono Misure CONFRONTABILI SE Il campione analizzato è rappresentativo Il misurando è definito Vengono utilizzati riferimenti appropriati Viene utilizzato un metodo analitico adatto Si convalida il risultato 32 Ad esempio asserire che una taratura o una misura chimica è riferibile non significa che tale misura sia più vicina al valore vero di quella ottenuta usando metodi e standard non riferibili, ma vuol dire che tale misura POSSIEDE, tutti gli elementi necessari alla sua CREDIBILITA

12 L impiego del CRM trasferisce nel laboratorio tutta la competenza ed i Know-how analitico incorporato dell agenzia di certificazione ed dei suoi laboratori di fiducia. L uso dei MR in campo analitico ha lo scopo di dotare di significato i risultati ottenuti in termini di : Riferibilità Incertezza consentendo una confrontabilità nello spazio e nel tempo altrimenti impossibile 34 PERCHE impiegare i CRM Per ridurre i rischi di errore riducendo in definitiva i costi e le possibili contestazioni Per conseguire l accreditamento Per aumentare la competitività Per aumentare la credibilità Per rendere i dati confrontabili con altri laboratori 35 QUANDO è necessario impiegare i CRM Nella taratura della strumentazione Costruzione curva di taratura Per verificare la capacità di recupero (standard interno o surrogato) Per verificare l idoneità di un metodo Per sviluppare e validare nuovi metodi 36 12

13 FILIERA PROCESSO ANALITICO CAMPIONAMENTO + PREPARAZIONE + MISURAZIONE = RISULTATI Rappresentatività Stabilità Contaminazione Manipolazione Confronto con unità SI o scale convenzionali ± Incertezza Dissoluzione estrazione diluizione 37 CLASSIFICAZIONE Nel manuale UNICHIM 197 viene adottata una classificazione per i materiali di riferimento collegata all uso che ne viene fatto in laboratorio, sia che si tratti di RM che di CRM. Si distingue tra: 1) Materiali per il corretto funzionamento dello strumento di misura 2) Materiali di taratura degli strumenti per le grandezze da misurare 3) Materiali per la convalida e il controllo delle prestazioni analitiche. 38 1) Materiali per il corretto funzionamento dello strumento di misura Per garantire la qualità dei propri risultati il laboratorio deve dotarsi di procedure che consentano la verifica ed il mantenimento del corretto funzionamento degli strumenti. Questa operazione è indipendente dalla taratura della strumento per le grandezze da misurare e dai metodi analitici per cui lo strumento viene usato. I CRM utilizzati per questo scopo sono disponibili in formulazioni diverse e spesso vengono forniti direttamente dalla casa produttrice dello strumento

14 Questi CRM devono essere riconosciuti da un Istituto Metrologico Primario, o tarati per confronto con altri in possesso di tale riconoscimento. Vediamo alcuni esempi: Spettrofotometro UV-VIS: accuratezza della lunghezza d onda determinata con filtri all Ossido di Olmio. Gascromatografia: non si usano sostanze particolari, ma i parametri strumentali devono essere controllati da centri SIT Assorbimento atomico: l assorbanza viene controllata attraverso soluzioni di metalli a titolo noto. 40 2) Materiali di taratura degli strumenti per le grandezze da misurare Sono sostanze o miscele a concentrazione nota, a partire dai quali ed utilizzando opportuni procedimenti, vengono preparate soluzioni da utilizzare per l operazione di taratura. Nella scelta dei CRM va tenuto conto dell INCERTEZZA associata ai valori certificati. 41 L operazione di taratura richiede che: 1) La relazione lineare che lega l analita e la riposta strumentale sia nota 2) Si devono effettuare un certo numero di soluzioni a concentrazione nota in modo da coprire tutto l intervallo per cui si prevede risposta strumentale. Nb nella preparazione delle miscele deve essere garantita la riferibilità al materiale di partenza

15 3) Materiali per la convalida e il controllo delle prestazioni analitiche. Questi materiali devono avere composizione (matrici ed analiti) il più simile possibile rispetto ai campioni da esaminare ed avere il grado omogeneità e stabilità più alto raggiungibile. 43 I requisiti fondamentali che riguardano questa classe di materiali (sia RM che CRM) sono: 1) OMOGENEITA 2) STABILITA 3) VALORI DELLE PROPRIETA DI INTERESSE che devono risultare da misure condotte con regole e procedimenti rigorosi (es. del protocollo europeo stabilito dal BCR) 44 COME scegliere i CRM Qual è quindi il criterio di scelta più corretto per un materiale di riferimento? A che tipo di informazione non si può rinunciare? Il criterio di scelta più importante riguarda il corredo di informazioni che accompagna il materiale, soprattutto per quanto riguarda i dati analitici

16 Frequenza ed uso dei CRM La frequenza ottimale nell uso dei campioni di riferimento dipenderà dalla stabilità del sistema di misura e dalle interferenze esterne. Poiché tutti i dati ottenuti durante il periodo, last-know-in control al first-know-out of-control possono essere sospetti occorre che tale intervallo sia il più corto possibile. L uso dei CRM è una delle procedure che abbassa il rischio di errori. 46 IL CONTROLLO DI QUALITA DEI DATI ANALITICI NON PUO ESSERE PIU CONSIDERATO COME OPZIONALE ED UNA TANTUM ma IL CONTROLLO DI QUALITA DEI DATI ANALITICI E E DEVE ESSERE CONSIDERATO UN PROCESSO CONTINUO 47 LE MISURE CORRETTE COSTANO MOLTO LE MISURE SBAGLIATE COSTANO MOLTO DI PIU 48 16

17 BIBLIOGRAFIA [1] APAT guide tecniche su metodi di analisi e di monitoraggio RTI CNT_SSc 3/2002 [2] Pure Appl. Chem., Vol. 74, No. 5, pp , 2002 [3] Taylor Introduzione all analisi degli errori Ed. Zanichelli (1986) [4] J.C.Miller, J.N.Miller Statistics for Analytical Chemistry E. Horwoord Ed. (1993) [5] D.C. Harris. Chimica Analitica Quantitativa Ed. Zanichelli, (1991) [6] ISO/IEC 17025:1999. General Requirements for the Competence of Calibration and Testing Laboratories. ISO, Geneva (1999) [7] RAPPORTI ISTISAN 03/03 Quantificazione dell incertezza nelle misure analitiche. Seconda edizione (2000) della Guida EURACHEM CITAC CG 4 [8] SINAL DT Guida per la valutazione e la espressione dell incertezza nelle misurazioni (2000) [9] EURACHEM Guide The Fitness for Purpose of Analytical Methods (1998) [10] UNICHIM Manuale 197 (2003) Guida alla scelta e all utilizzo dei materiali di riferimento [11] European Commission, Guidelines for the production and certification of BCR reference material, October

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