化學檢測實驗室內部質量控制方法及結果評價探討

蘇 鑫,尹本濤,蔡元青,王加忠,毛寒冰,周 靜,賴東輝,劉 劍

(貴州中煙工業有限責任公司技術中心,貴陽550009)

質量是企業發展之本,關系消費者的切身利益。在日益激烈的市場競爭中,企業愈發意識到質量管理的重要意義。質量控制是質量管理的一個重要組成部分,GB/T 19000－2016[1]對質量控制的定義是“質量管理的一部分,致力于滿足提供質量要求”。對于化學檢測實驗室,保證檢測結果有效性是最重要的質量要求之一。

實驗室內部質量控制方法是將分析測定結果的誤差控制在允許限度范圍內所采取的控制措施,為測定結果的有效性提供保證。中國合格評定國家認可委員會(CNAS)等同采用ISO/IEC 17025:2017《檢測和校準實驗室能力的通用要求》的認可準則CNAS-CL001:2018《檢測和校準實驗室能力認可準則》[2]“確保結果有效性”中提出要求,實驗室應監控結果有效性,如可行,應采用統計技術審查結果?；瘜W檢測領域相關認可應用準則CNAS-CL01-A002:2018《檢測和校準實驗室能力認可準則在化學檢測領域的應用說明》[3]“確保結果有效性”中指出內部質量控制方法應包括但不限于空白分析、重復檢測、比對、加標和控制樣品的分析中的一種或幾種。因此,為了更好地滿足質量管理和實驗室認可相關要求,確保檢測結果的準確、可靠、科學、嚴謹,掌握化學檢測實驗室內部質量控制方法及結果評價具有十分重要的意義。

本文介紹了空白分析、使用標準物質檢查、重復檢測、加標回收、內部比對、質量控制圖等多種內部質量控制方法,并結合統計技術對質量控制結果評價進行了探討。

1 實驗室內部質量控制方法

1.1 空白分析

空白分析,又叫“空白試驗”,是指在不加待測樣品(特殊情況下可采用不含待測組分,但有與樣品基本一致基體的空白樣品代替)的情況下,按照與待測樣品分析同樣的條件、方法和操作進行試驗,獲得分析結果的過程,空白分析獲得的結果稱為“空白值”[4]?？瞻追治鲇挚梢苑譃樵噭┛瞻缀蜆悠房瞻?通常所說的空白分析為試劑空白?？瞻字祦碓从跍y量儀器的噪聲、試劑的雜質、器皿和環境的污染、基體對待測組分的干擾等,反映了測量過程的系統誤差,直接影響方法的準確度和精密度[5]。在痕量分析中,空白值對最終測定結果影響尤其顯著。一般每制備一批樣品或每20個樣品做一次空白分析,樣品的檢測結果應消除空白造成的影響[3]。

1.2 使用標準物質檢查

標準物質在實驗室內部質量控制中可以用于校準測量設備、檢查檢測方法的正確度和監控檢測過程等。

1.2.1 校準測量設備

簡單基質的有證標準物質,如純度大于99%的標準物質或配制于簡單基質中的標準溶液,主要用于校準測量設備。通過配制不同含量的標準溶液,制作校準曲線。

1.2.2 檢查檢測方法的正確度

與被測樣品基質近似或一致的實物標準樣品,可用于檢查檢測方法的正確度。利用標準不確定度或t檢驗評價實物標準樣品多次的測量結果與標準物質認定值是否存在顯著性差異。

對于部分化學檢測,嚴格意義上的有證實物標準樣品可能并不容易獲得,但由某些機構參照國家標準物質相關技術規范,組織開發、制備并經過共同試驗數據統計分析,給出重復性值、再現性值和平均值的標準樣品,根據GB/T 27407－2010《實驗室質量控制利用統計質量保證和控制圖計劃評價分析測量系統的性能》[6]“測量系統準確度的核查標準樣本使用”,這類標準樣品在一定程度上也可以用于檢查檢測方法的正確度。1.2.3 監控檢測過程

實物標準樣品的每次測定結果還可用于建立質量控制圖(質量控制圖的繪制見本文2.6節),進行統計分析,監控檢測過程的準確度是否處于控制狀態。

實物標準樣品可能存在獲取困難、價格昂貴、能提供的待測物含量與實際所需控制范圍相差較大等問題。因此,除了標準物質,均勻性和穩定性良好的實驗室控制樣品也可用于監控檢測過程,操作方法類似于實物標準樣品。

當經過實物標準樣品或實驗室控制樣品測試證明檢測水平處于穩定和可控制狀態下,可適當減少實物標準樣品或實驗室控制樣品的測試頻率。

1.3 重復檢測

重復檢測是指在重復性條件下進行兩次或多次檢測,也被稱為平行樣檢測。重復檢測反映實驗室在重復性試驗條件下的精密度。重復性條件是指在同一實驗室,由同一操作人員使用相同的設備,按相同的測試方法,在短時間內對同一被測對象相互獨立進行的測試條件[7]。重復檢測無法降低測量的系統誤差,但能減少隨機誤差。

1.4 加標回收

加標回收率一般是將已知含量的被測物質添加到待測樣品中,同時測定添加前后樣品,計算添加物的測定值與已知含量的百分比。加標回收率的計算見公式(1)[8]:

加標回收試驗雖然因對加標前、后樣品測試過程相同,無法識別相對誤差,存在一定的局限性,但因方法簡單、易操作,可結合其他方法用于評價檢測方法的準確度[9],評估測量的系統誤差。對于經過驗證或確認的檢測方法,加標回收率也可通過制作質量控制圖用于監控檢測過程。

加標回收試驗過程的加標量應盡量與待測樣品中被測組分含量相等或接近,注意加標后樣品的組成不被顯著改變。日常檢測工作中,因為被測組分含量未知,常需先測定待測樣品中被測組分含量,以估計加標量。當被測組分含量接近檢出限時,加標量控制在校準曲線的低含量范圍內;當被測組分含量低于檢出限時,以檢出限的量作為加標量[10]。

1.5 內部比對

比對試驗的形式多種多樣,根據比較因素的不同,可分為人員比對、儀器比對、方法比對、留樣再測等?；瘜W檢測實驗室影響結果的因素很多,通常采用單因素的比對試驗,即一次比對試驗只考察一個主要的試驗因素。

內部比對可以監控某種試驗因素對測量結果的影響,如人員比對,可以檢查不同人員檢測技術能力是否存在顯著性差異;留樣再測可以監控“時間間隔”這一因素是否會對測量結果產生顯著影響。此外,方法比對,可用于評價檢測標準方法的偏離或實驗室內部方法的正確度。

1.5.1 人員比對

當需要考察新進人員、在培人員的檢測技術能力時,可以安排相應崗位經驗豐富的檢測人員與待考察人員進行人員比對,以經驗豐富的檢測人員的測量結果為參考值,比較待考察人員的測量結果是否與之存在顯著性差異。在日常檢測工作中,也可以采用人員比對監督檢測人員技術水平的持續能力。

1.5.2 儀器比對

儀器比對可用于評價實驗室內部相同或不同型號的儀器設備的測量結果之間是否存在顯著性差異,也可用于考察新增設備或修復后設備是否能滿足檢測要求。

1.5.3 方法比對

當使用的檢測標準方法產生偏離,如改進前處理的條件或方法后,以標準方法的測量結果為參考值,評價偏離方法是否存在顯著性差異。當需要評價非標準方法或實驗室內部方法的適用性,可采用已獲認可的標準方法作為參考,檢查方法間測量結果是否存在顯著性差異。

1.5.4 留樣再測

在待測樣品的穩定性有保證時,可對有檢出值的留存樣品在一定時間間隔內,再次對同一樣品進行檢測,通過評價前后兩次測量結果的一致性,控制測量結果的重復性。

1.6 質量控制圖

質量控制圖是將具有質量特性的控制值按特定順序繪制在圖中,通過評估控制值分布及變化趨勢來判斷過程和結果是否處于控制狀態。在化學檢測實驗室中常用的計量控制圖是基于控制樣品分析結果隨機變化的正態分布統計特性?？刂茍D由中心線(CL)、警告限(WL)和上、下控制限(UCL、LCL)組成,化學檢測實驗室內部質量控常用到的控制圖包括X圖和R圖(r%圖)。以單個分析結果或多個分析結果的均值繪制的X圖可用于監控控制值的系統效應和隨機效應?？瞻字礨圖和回收率X圖是X圖的兩個特殊應用。R圖中R是指兩個或兩個以上獨立樣品的單個測量結果中最大值和最小值之差。極差通常與樣品含量成比例,因此,控制圖中控制值更適宜采用相對極差值(r%)。

2 實驗室內部質量控制結果評價

2.1 空白分析結果評價

空白分析中為了獲得可靠地空白值,測試過程中通常取2個以上空白樣品進行分析。① 若空白值在控制限內,可不進行處理;② 若獲得多個空白值,在排除空白值的異常結果后,計算空白值的平均值,用于樣品測定值中扣除;③ 若空白值明顯超過正常值,則需認真檢查測試過程出現異常,防止樣品測定結果不可靠[6]。

2.2 使用標準物質檢查結果評價

2.2.1 校準測量設備

對于定量分析方法,使用標準溶液制作的校準曲線的線性相關系數通常不低于0.99[11]。

2.2.2 檢查檢測方法的正確度

使用標準物質檢查檢測方法的正確度時,可利用標準不確定度或t檢驗進行結果評價。

例如,實驗室利用標準不確定度對實物標準樣品(煙葉粉末)中總糖的10次測量結果進行評價,以檢查檢測方法的正確度。

如果實驗室能獲得定值數據組數N,可查到tα,ν(ν＝n＋N－2),也可利用t檢驗進行結果評價[見公式(2)][12]。

表1 實物標準樣品(煙葉粉末)中總糖的結果評價Tab.1 Evaluation of results of total sugar in physical standard sample(tobacco powder)

t≤tα,ν(ν＝n＋N－2),說明測量結果與標準物質認定值無顯著性差異;反之,說明測量結果與標準物質認定值存在顯著性差異。

2.3 重復檢測結果評價

重復檢測一般至少每制備一批樣品或每個基體類型或每20個樣品進行一次。當經過試驗表明檢測水平處于穩定和可控制狀態下,可適當減少重復檢測頻率[3]。重復檢測結果的可接受性檢查方法,不同的檢測方法或標準會有不同的要求。如果檢測方法或標準中沒有相關規定,可以采用以下幾種常見的方法進行結果評價。2.3.1 利用重復性限[13]

在重復性條件下獲得的兩個測試結果之差的絕對值不大于2.8sr,說明可以接受這兩個測試結果;反之,則不接受這兩個測試結果,需查找原因或重新測試。其中,sr為重復性條件下兩個測試結果的標準差。

2.3.2 利用相對偏差(RPD)[4]

相對偏差(RPD)[4]的計算見公式(3):

若檢測方法或標準中沒有明確規定,當兩次測試結果RPD不大于20%時,可認為這兩次測試結果能接受。

2.4 加標回收結果評價

對于加標回收率,若檢測標準有明確規定的,可按照規定范圍進行結果評價;若檢測標準無相關規定,可參考某些通用要求進行評價。當加標回收率數據達到一定數量時,可建立加標回收率質量控制圖監控檢測過程。

2.4.1 利用規范要求

GB/T 27404－2008《實驗室質量控制規范食品理化檢測》[14]給出了食品理化檢測加標回收率參考范圍,具體見表2。

表2 回收率范圍Tab.2 Range of recovery

2.4.2 利用質量控制圖

當有一定數量(通常大于25個)加標回收率數據時,可以通過啟動建立加標回收率質量控制圖分析測定結果的準確度[15],質量控制圖的繪制見本文2.6節。

2.5 內部比對結果評價

內部比對結果評價應根據對試驗項目內容、范圍,選擇合適的數據統計分析方法,以便能夠反映出比對結果數據的差異程度。

2.5.1 利用允許差

若檢測方法規定了允許差(兩組測量結果的絕對差或相對偏差),則測量結果不超過允許差時,可認為比對結果滿意;反之,則認為比對結果不滿意。

2.5.2 利用重復性限r和再現性限R

若檢測方法給出了重復性限r和再現性限R,可通過計算CD95值[12]對比對試驗結果進行評價。

式中:r為檢測方法的重復性限;n1、n2分別為兩組測量次數。

當兩組測量結果平均值|y1－y2|≤CD95時,可認為比對結果滿意;當|y1－y2|＞CD95時,進一步用公式(5)進行判斷:

式中:R為檢測方法的再現性限;n1、n2分別為兩組測量次數。

當兩組測量結果平均值|y1－y2|≤CD95時,也可認為比對結果滿意;反之,則認為比對結果不滿意。

2.5.3 利用不確定度[16]

若實驗室具有測量結果的擴展不確定度,可利用下式進行比對結果評價:

式中:y1、y2分別為比對試驗的測定值;U1、U2分別為比對試驗測定值的測量擴展不確定度。

實際工作中,可能需要對多臺準確度等級相同的儀器進行比對。表3為利用測量擴展不確定度對5臺儀器的測定結果進行評價。

表3 5臺準確等級相同儀器的測定結果的比對Tab.3 Comparison of the determination results of 5 instruments with the same accuracy level

2.5.4 利用t檢驗[12]

當每組檢測的平行測量次數n較多(n≥6)時,可先對兩組比對試驗結果進行F檢驗[公式(7)],判斷兩組測量值的精密度是否存在顯著性差異。

式中:s大為兩組數據中較大的標準差;s小為兩組數據中較小的標準差。

若F＜Fα/2(ν1,ν2),說明兩組測量值的精密度無顯著性差異,按t檢驗對比對試驗結果進行評價:

式中:s1、s2分別為兩組測量值標準差。

若t≤tα,ν,說明兩組比對試驗結果無顯著性差異;反之,說明兩組比對試驗結果有顯著性差異。

2.6 質量控制圖的建立和使用

2.6.1 質量控制圖的建立和數據解釋[17-19]

以卷煙中焦油的測定為例,每個分析批分析一個控制樣品,累積59個控制樣品焦油測定值,用單個控制值繪制X圖(圖1)。

圖1 卷煙中焦油的X圖Fig.1 X-chart of tar in cigarette

采用平均值(11.40 mg/支)為中心線,計算控制值的標準差s(0.30 mg/支),設警告限為±2 s,控制限為±3 s。

控制圖數據解釋有3種可能情況:方法受控、方法受控但統計失控、方法失控。方法受控:① 控制值落在警告限內;② 控制值在警告限和控制限之間,但前兩個控制值在警告限之內。方法受控,可報告分析結果。方法受控但統計失控:① 連續7個控制值連續上升或下降;② 連續11個控制值中10個落在中心線的同一側。這種情況下,可報告分析結果,但應盡早發現可能存在的變化趨勢,采取預防措施。方法失控:① 控制值落在控制限之外;② 控制值落在警告限和控制限之間,且前兩個控制值中至少有一個也落在警告限和控制限之間。這種情況下,不得報告分析結果,在上一個受控的控制值之后分析的樣品需重新分析。

圖1顯示該方法在本段時間內處于受控狀態。

2.6.2 質量控制圖的長期評估[18]

一般當新增20個數據點后可進行一次評估,評估控制圖上最后60個數據點。精密度分析:若落在警告限之外的點數多于6個或少于1個,表明精密度有變化。平均值分析:計算這60個數據平均值,若與上次平均值(現使用的中心線)之差大于0.35 s,表明這些數據平均值有變化。若精密度或平均值有變化,采用F檢驗或t檢驗,判斷變化是否顯著。若變化顯著,根據風險控制等因素,需謹慎調整控制限。

實驗室內部質量控制不是對檢測結果百分百的保證,是對檢測過程是否處于受控狀態的監控。利用各種內部質量控制手段是為了及時發現問題,對可能或潛在的原因進行分析,采取糾正或預防措施。因此,內部質量控制仍然是確保檢測結果最主要的手段,通過實施內部質量控制可以更好地滿足化學檢測實驗室質量要求,提高實驗室質量管理水平。