Jak przedstawiać wartość niepewności i zapewniać jakość wyników analitycznych?

W prezentacji wartości niepewności pomiarowej obowiązuje zasada, aby przedstawiać ją z maksymalnie dwiema cyframi znaczącymi, a wynik analityczny powinien mieć taką samą precyzję, czyli tyle samo cyfr po przecinku, co wartość niepewności. W praktyce często wymaga to zaokrąglenia otrzymanych wyników do odpowiedniej liczby cyfr, zwykle w dół. Taki sposób raportowania gwarantuje czytelność i jednoznaczność przekazywanych danych, co jest kluczowe w analizie chemicznej i statystycznej interpretacji wyników.

Jakość wyników analitycznych definiuje się jako zgodność otrzymanych danych z założeniami i wymogami stawianymi przez system kontroli jakości oraz wewnętrzne standardy laboratorium. Jakość ta obejmuje nie tylko wyniki, ale również proces analizy, sprzęt oraz organizację pracy. System kontroli jakości obejmuje działania takie jak zapewnienie odpowiednich kwalifikacji personelu, kalibrację sprzętu, stosowanie dobrych praktyk laboratoryjnych (GLP) oraz przestrzeganie standaryzowanych procedur.

W ostatnich dekadach gwałtownie wzrosło zapotrzebowanie na rzetelną informację analityczną, która nie jest uzyskiwana przez badanie całego obiektu, lecz na podstawie reprezentatywnych próbek. Reprezentatywność próbek staje się zatem krytycznym warunkiem, który musi być spełniony, aby wyniki analityczne mogły być wiarygodnie stosowane w praktyce. W związku z tym intensyfikują się prace nad rozwijaniem metod i narzędzi analitycznych, które zwiększają pojemność informacyjną uzyskanych danych.

Pojęcie wiarygodności wyniku pomiarowego jest ściśle powiązane z jego jakością, a więc z kontrolą i zapewnieniem jakości wyników. Wyniki analityczne traktowane są jako produkty pracy chemika analityka i, podobnie jak wyroby produkcyjne, muszą posiadać odpowiednią jakość. Porównanie wyniku z wartością odniesienia, wzorcową lub standardową jest warunkiem niezbędnym do potwierdzenia jakości i tym samym wiarygodności pomiaru. Zapewnienie i dokumentacja jakości wyników jest fundamentalne dla prawidłowego interpretowania danych i wyciągania wniosków o jakości badanych produktów.

System zapewniania jakości w laboratoriach analitycznych obejmuje m.in. monitorowanie precyzji wyników przez okresową analizę próbek kontrolnych, ocenę dokładności przez analizę wzorców odniesienia, porównania międzylaboratoryjne, stosowanie wykresów kontrolnych oraz audyty. Obecnie funkcjonują trzy główne systemy zapewnienia jakości: dobre praktyki laboratoryjne (GLP), akredytacja zgodna z normą ISO Guide 17025 lub EN 45001 oraz certyfikacja systemów zarządzania jakością wg norm ISO serii 9000.

Dzięki tym systemom możliwe jest utrzymanie wysokiego poziomu jakości wyników analitycznych, co stanowi fundament rzetelności i zaufania do danych wykorzystywanych w badaniach naukowych, kontroli produkcji oraz podejmowaniu decyzji na różnych szczeblach.

Ważne jest, aby czytelnik rozumiał, że proces zapewnienia jakości wyników analitycznych nie ogranicza się wyłącznie do samego pomiaru. Niezbędna jest całościowa kontrola obejmująca przygotowanie próbek, kalibrację i konserwację sprzętu, kwalifikacje personelu, stosowanie ustandaryzowanych procedur, a także systematyczną ocenę i dokumentację wyników. Bez tego żadna analiza nie może być uznana za wiarygodną. Ponadto, zrozumienie i stosowanie zasad metrologii, takich jak oszacowanie niepewności pomiarowej i jej właściwe raportowanie, pozwala na pełną ocenę jakości i porównywalności wyników analitycznych między różnymi laboratoriami i w różnym czasie.

Jakie są wymagania wobec materiałów odniesienia i jak zapewnia się ich jakość?

Hierarchia materiałów odniesienia oparta jest na stopniu ich powiązania ze wzorcami jednostek SI i obejmuje sześć klas, począwszy od klasy 0 – czystej substancji o określonej niepewności, certyfikowanej bezpośrednio względem układu SI – aż po klasę V, dla której nie istnieje żadna opisana ścieżka powiązania metrologicznego. Istotność tej klasyfikacji polega na określeniu przydatności danego materiału w konkretnych zastosowaniach analitycznych oraz wiarygodności wyników uzyskiwanych z jego użyciem.

Proces przygotowania materiału odniesienia obejmuje liczne etapy – od selekcji odpowiedniego materiału, przez jego obróbkę mechaniczną (rozdrabnianie, przesiewanie), kontrolę jednorodności i wilgotności, aż po dezynfekcję oraz pakowanie w warunkach kontrolowanych. Szczególną wagę przywiązuje się do zapewnienia reprezentatywności, jednorodności i stabilności – trzech kluczowych parametrów, które determinują wartość metrologiczną danego materiału. Tylko materiały spełniające te kryteria mogą zostać poddane procedurze certyfikacji, w której wyniki wielu pomiarów podlegają analizie statystycznej (odrzucenie wartości odstających, wyznaczenie średnich i odchylenia standardowego) i na tej podstawie ustala się wartość przypisaną, wraz z określoną niepewnością.

Jednorodność natomiast podlega badaniu zarówno wewnątrz jednostkowego opakowania (within-bottle), jak i między różnymi opakowaniami (between-bottle). O ile użytkownik może zminimalizować wpływ heterogeniczności wewnętrznej przez pobranie odpowiednio dużej porcji materiału, o tyle jednorodność między opakowaniami musi być zapewniona i opisana przez producenta, z uwzględnieniem w bilansie niepewności wartości certyfikowanej.

Równie krytycznym aspektem jest stabilność materiału – zarówno długoterminowa (okres ważności), jak i krótkoterminowa (warunki transportu). W badaniach stabilności porównuje się próbki przechowywane w zalecanych warunkach z próbkami referencyjnymi, zwykle przechowywanymi w niskich temperaturach (np. –40°C). Wymaga to szybkich metod analitycznych, wysokiej powtarzalności wyników i prowadzenia badań dla różnych temperatur oraz okresów przechowywania. Zastosowanie metod izochronicznych pozwala na przeprowadzenie tych badań efektywnie, w warunkach ograniczonego dostępu do dużej liczby próbek lub długiego czasu przechowywania.

Certyfikacja materiałów odniesienia to złożony proces, który wykracza poza prostą analizę zawartości analitów – obejmuje również aspekty technologiczne, logistyczne i metrologiczne. Jej istotą jest zapewnienie użytkownikowi materiału, którego właściwości są niezmienne, dobrze scharakteryzowane i ściśle powiązane z układem jednostek miar. Rzetelność analityczna laboratorium jest ściśle uzależniona od jakości zastosowanych materiałów odniesienia, dlatego ich wybór powinien być świadomy i oparty na potrzebach metody oraz wymaganiach dotyczących dokładności i spójności pomiarów.

Dodatkowo należy podkreślić, że choć CRMs oferują najwyższą jakość metrologiczną, nie zawsze są dostępne dla wszystkich typów matryc lub parametrów. W takich przypadkach stosowanie LRMs czy QCMs może być uzasadnione, o ile zostaną odpowiednio scharakteryzowane i ich ograniczenia zostaną uwzględnione przy interpretacji wyników. Użytkownik powinien także znać kryteria doboru materiału odniesienia – nie tylko pod względem metrologicznym, ale też z uwzględnieniem praktycznych warunków przechowywania, zgodności z badanym typem próbek oraz odporności na degradację biologiczną lub chemiczną. Konieczne jest również zrozumienie, że proces walidacji metody analitycznej przy użyciu materiałów odniesienia powin

Jak obliczyć LOD, LOQ i czułość w walidacji metody analitycznej?

W procesie walidacji metody analitycznej istotnym elementem jest wyznaczenie limitów wykrywalności (LOD) oraz limitów oznaczalności (LOQ), które stanowią podstawowe parametry umożliwiające ocenę skuteczności i precyzji metody. LOD i LOQ są parametrami związanymi z ilościowym pomiarem analitu w próbce. LOD (Limit of Detection) to najniższe stężenie analitu, które może być wiarygodnie wykryte przez stosowaną metodę, ale niekoniecznie dokładnie zmierzone. LOQ (Limit of Quantitation) natomiast to najniższe stężenie analitu, które może być zmierzone z odpowiednią precyzją i dokładnością.

Obliczanie tych parametrów można przeprowadzić przy użyciu krzywej kalibracyjnej, która stanowi podstawowy element każdej metody ilościowej. Zależność między sygnałem detektora a stężeniem analitu umożliwia wyznaczenie odpowiednich wartości LOD i LOQ. LOD można obliczyć na podstawie współczynnika nachylenia krzywej kalibracyjnej oraz odchylenia standardowego reszt, czyli różnicy pomiędzy wartościami rzeczywistymi a przewidywanymi przez model. Z kolei LOQ jest zwykle wyznaczany jako wielokrotność LOD, na przykład jako 10 razy wyższe od LOD.

Zasadniczo, LOD można obliczyć na podstawie wzoru:

gdzie $SDxy$ to odchylenie standardowe reszt, a $b$ to współczynnik nachylenia krzywej kalibracyjnej. Z kolei LOQ to wartość LOD pomnożona przez odpowiedni współczynnik (np. 10). Ważne jest, aby wartość LOD była mniejsza niż stężenie analitu w najniższej próbce standardowej używanej do jej wyznaczenia. Jeśli wartość LOD jest większa od tego stężenia, to oznacza, że metoda jest niewłaściwie skalibrowana, a wyniki mogą być obarczone błędem.

Określenie zakresu pomiarowego metody, czyli zakresu stężeń, w którym metoda jest w stanie uzyskać dokładne i wiarygodne wyniki, również stanowi istotną część walidacji metody. Zakres ten powinien obejmować zarówno wartości LOD, jak i LOQ, ale także wyższe stężenia, które są charakterystyczne dla analizowanego materiału. Im szerszy zakres pomiarowy, tym metoda jest bardziej uniwersalna i elastyczna w zastosowaniach analitycznych.

Kolejnym parametrem, który warto uwzględnić, jest czułość metody. Czułość jest miarą reakcji instrumentu na zmianę stężenia analitu, tj. stosunek zmiany sygnału detektora do zmiany stężenia analitu. Czułość można wyznaczyć na podstawie nachylenia krzywej kalibracyjnej. Wartość czułości jest istotna, ponieważ pozwala ocenić, jak małe zmiany w stężeniu analitu mogą być wykryte przez daną metodę. Przy większej czułości zmiana stężenia analitu prowadzi do większej zmiany w sygnale, co sprawia, że metoda jest bardziej wrażliwa na zmiany stężenia.

Zwiększając czułość metody, warto jednak pamiętać o potencjalnych komplikacjach, takich jak zwiększone ryzyko błędów systematycznych lub wpływ zakłóceń zewnętrznych, które mogą obniżyć dokładność pomiaru. Dlatego w praktyce nie zawsze należy dążyć do maksymalnej czułości, ale do optymalnej, dostosowanej do specyfiki badanej próbki.

Wszystkie te parametry – LOD, LOQ, czułość i precyzja – muszą być uwzględnione przy walidacji metody analitycznej. Walidacja ma na celu zapewnienie, że metoda daje wyniki zgodne z rzeczywistością, które są wiarygodne, dokładne i odpowiednie do określonych celów analitycznych.