МІЖЛАБОРАТОРНІ ПОРІВНЯЛЬНІ ВИПРОБУВАННЯ

Основним завданням, яке розв’язується за допомогою МПВ, є експериментальна перевірка технічної компетентності лабораторій у визначенні показників складу та властивостей речовин і матеріалів у заявленій (затвердженої) галузі акредитації, що проводиться як на стадії акредитації, так і при наступному інспекційному контролі. Аналіз досвіду діяльності різних організацій показує, що при наявності групи з декількох лабораторій, що виконують випробування тих самих речовин і матеріалів, саме МПВ є  найбільш раціональним методом перевірки технічної компетентності. Участь у МПВ, у т. ч. при акредитації та інспекційному контролі, сприяє підвищенню довіри до результатів діяльності випробувальної лабораторії.

Коректно спланований міжлабораторний експеримент, як правило, дозволяє не тільки оцінити вірогідність результатів, отриманих у кожній з лабораторій, що беруть участь у ньому, але і вирішити ряд інших задач, пов’язаних з метрологічним забезпеченням випробувань. Зокрема, МПВ проводять для: встановлення метрологічних характеристик методик вимірювань, випробувань, контролю (МВВ); перевірки єдності та достовірності вимірювань за конкретною МВВ у групі лабораторій; оцінки рівня освоєння декількома лабораторіями конкретної МВВ; перевірки статистичної підконтрольності МВВ у групі лабораторій; уточнення приписаних значень характеристик похибки методик; атестації стандартних зразків складу і властивостей, а також зразків для контролю.

Оцінку похибки результатів спостережень, основою яких є вимірювання певних параметрів довкілля, виконують при розробці МВВ, методик аналізу певних компонентів у об’єктах довкілля. Основними джерелами похибок можуть бути МВВ, ЗВТ, модель об’єкта вимірювання, вплив факторів умов вимірювання, помилки оператора, алгоритм обробки результатів спостережень, а також неврахування специфіки виконання аналізу об’єктів довкілля (агрегатний стан об’єкта, методика відбору проб, їх консервація і транспортування тощо).

Характерною особливістю об’єктів довкілля є те, що статистична обробка результатів їх аналізу, виконаного за одною методикою, дає змогу виявити лише випадкову складову помилки. При наявності систематичної складової похибки (наприклад, при приготуванні робочих розчинів), виявити її методами математичної статистики неможливо. Крім того, одноразовий аналіз однієї проби, особливо повітря і води, не характеризує з достатньою надійністю її хімічний склад, який суттєво змінюється у просторі і часі.

На практиці широко використовується серійні спостереження, які виконуються в різних місцях об’єкта дослідження через різні проміжки часу. На основі серійних досліджень оцінюють середній хімічний склад об’єкта в цілому і за певний проміжок часу. Розбіжність між результатами аналізу багатьох проб буде завжди значно більшою, чим між результатами пара­лельних аналізів одноразово відібраної проби. Тому при характеристиці середнього хімічного складу повітря, води і грунту тощо статистично обробляють середні результати одноразових аналізів.

Для оцінювання похибки результатів спостережень можуть використо­вуються міжнародні стандарти ISO 3435-1…3 “Статистика. Словник та умовні позначення” (три частини), яким регламентуються імовірність і загальні статистичні терміни, статистичний якісний контроль та планування експериментів, i ISO 5725-1…6 “Точність методів аналізу. Визначення повторюваності і відтворюваності стандартного метода аналізу міжлабораторними випробуваннями” (шість частин), яким регламентуються: загальні принципи та визначення; основний метод визначення повторюваності та відтворюваності стандартного методу вимірювання (СМВ); проміжні критерії прецизійності СМВ; загальні методи визначення достовірності СМВ; альтернативні методи визначення прецизійності СМВ; використання на практиці величин точності.

Два критерії точності, які визначені як “повторюваність” і “відтворюваність”, визнані необхідними і достатніми у багатьох практичних випадках для опису варіації методики аналізу. Термін “повторюваність” характеризує варіації методики в умовах, коли аналіз проводить один оператор в одній і тій же лабораторії з використанням одного і того ж обладнання. Термін “відтворюваність” відноситься до умов, коли аналіз проводиться у різних лабораторіях, різними операторами і при використанні різного обладнання. Тобто, повторюваність і відтворюваність є дві крайності – мінімальні та максимальну варіацію конкретного метода аналізу.

Результати спостережень є випадковими величинами в тому розумінні, що при вимірюванні може бути отримане будь-яке наперед невідоме значення. Сукупність всіх можливих в певних умовах результатів спостережень над випадковою величиною називають генеральною сукупністю, а деяку частину цих результатів – вибіркою. Кількість результатів спостережень, які входять в вибірку, називають її об’ємом. Найбільш універсальним способом опису випадкових величин є встановлення їх інтегральних чи диференціальних функцій розподілу.

Статистичні оцінки числових характеристик законів розподілу називаються точковими, оскільки вони виражаються одним числом, якому на числовій осі відповідає точка. Важливою рисою точкових оцінок є те, що формули їх розрахунку не залежать від виду розподілу, однак вибір оцінок неоднозначний.

Крім точкових оцінок широко використовуються інтервальні оцінки числових характеристик, зміст яких полягає в знаходженні так званого довірчого інтервалу, тобто інтервалу значень, в якому із заданою імовірністю (так званою довірчою імовірністю R) знаходиться істинне значення оцінюваного параметра. Границі довірчого інтервалу називають довірчими границями, тобто йдеться не про точно фіксоване значення параметру, а про те, що воно з певною імовірністю лежить в межах визначеного інтервалу. Довірча імовірність R служить при цьому мірою довіри до результату, однак, так як Р<1, то завжди залишається місце для певного сумніву.

Величина довірчого інтервалу залежить від довірчої імовірності. На практиці задаються або довірчою імовірністю і за нею розраховують довірчий інтервал, або навпаки. Високе значення P приводить до широкого довірчого інтервалу, тому значення довірчої імовірності вибирають таким, щоб була достатня довіра до результату і в той же час ширина довірчого інтервалу давала можливість використовувати його для практичних цілей. Практика показує, що при аналітичних вимірюваннях, P достатньо вибирати в межах 0,90-0,95 і лише в деяких випадках (наприклад, при вимірюваннях, результати яких мають суттєве значення для здоров’я людей чи при екологічній катастрофі) необхідно вибирати більш високу довірчу імовірність.

Можна виділити три принципово різних випадки, які відрізняються один від одного методом оцінки довірчого інтервалу: відомий вид закону розподілу, але явний вигляд функції закону розподілу невідомий; реальна функція розподілу симетрична, одномодальна, відмінна від нуля на скінченому інтервалі значень аргументу, а інша інформація про густину розподілу відсутня; будь-яка інформація про густину розподілу відсутня.

Оцінка похибок вимірювання на етапі розробки методик аналізу дозволить забезпечити їх ефективне впровадження і досягнення основної мети спостережень – отримання достовірної і повної інформації для прийняття управлінських рішень в галузі охорони довкілля.

У цілому, застосування МПВ дозволяє забезпечити оптимальні умови для перевірки і коректування системи забезпечення якості випробувань у групі лабораторій, об’єднаних за видом проведення робіт.

Настанова ISO/IEC 43-1…2 “Перевірка професійного рівня шляхом міжлабораторних порівняльних випробувань” широко використовується у світовій практиці для аналітичних лабораторій і складається з двох частин: частина 1 стосується розроблення та експлуатації схем перевірки професійного рівня (СППР); частина 2 – вибору та використання СППР органами з акредитації лабораторій.

Керівні вказівки стосуються трьох аспектів: проведення розмежування між використанням МПВ для перевірки професійного рівня та для інших цілей; розроблення та проведення МПВ для використання в рамках СППР; вибір та використання СППР органами з акредитації лабораторій. У додатках до настанов вміщено опис статистичних методів опрацювання одержаних результатів при використанні СППР даних та керівні вказівки щодо документації на експлуатацію СППР.

В настанові одним з статистичних характеристик показників роботи акредитованих лабораторій є числа En, які, як правило, використовуються в схемах порівняльних випробувань і визначаються виразом:

En= (x-X)/( U 2lab + U 2ref)1/2,

де Ulab – невизначеність результату учасника; Uref – невизначеність приписаного значення базової лабораторії.

Документ EAL-P7 “Міжлабораторні порівняльні випробовування” встановлює основні критерії проведення МПВ і доповнює Настанову ISO/IEC 43-1…2. При проведенні МПВ акредитованих лабораторій використовуються настанови ISO 33:1989 “Використання сертифікованих стандартних зразків” і ISO 35:1989 “Сертифікація стандартних зразків. Основні та статистичні принципи”.

Основним технічним засобом для проведення МПВ є зразки для контролю (ЗК), у якості яких можуть бути використані: СЗ за ГОСТ 8.315-97; атестовані суміші (АС) по МИ 2334-95; зразки речовин і матеріалів, що спеціально приготовлені для проведення МПВ і відповідають визначеним вимогам до однорідності та стабільності (зразки для МПВ).

Найбільш раціональним є застосування як ЗК стандартних зразків на природній основі, що виготовляються з матеріалу, аналогічного об’єктам випробувань. Зокрема, при перевірці технічної компетентності лабораторій подібні зразки дозволяють простежити правильність виконання всієї процедури випробувань і оцінити точність одержуваних результатів. У той же час, обмежена номенклатура існуючих типів СЗ, низька тимчасова стабільність випробовуваних речовин (матеріалів) і деякі інші причини приводять до необхідності використання інших засобів контролю (АС, зразків для МПВ), але і у цьому випадку перевага повинна бути віддана ОК на природній основі.

При виборі вихідного матеріалу ЗК на природній основі для проведення МПВ, як правило, враховують такі фактори: поширеність випробувань (досить велика група лабораторій, що проводять випробування подібних матеріалів по обраному для контролю показнику); типовість матеріалу для відповідної групи однорідної продукції; можливість зміни природного рівня контрольованого показника без зміни загального складу матеріалу об’єкта досліджень і його структури; можливість встановлення метрологічних характеристик ЗК (у тих випадках, коли ці характеристики повинні бути встановлені заздалегідь); можливість досягнення необхідного рівня однорідності матеріалу; достатня для проведення МПВ тимчасова стабільність; легкість і безпека транспортування.

Для деяких випробувань, пов’язаних з визначенням хімічного складу, вкрай низька тимчасова стабільність самого випробовуваної речовини (матеріалу) чи обумовленого в цій речовині компонента утрудняє централізоване готування і розсилання ЗК для проведення МПВ. У подібній ситуації ЗК на природній основі можуть бути виготовлені безпосередньо в кожній, що беруть участь у МПВ лабораторій, шляхом внесення в матеріал робочих проб об’єкта випробувань контрольних добавок обумовленого компонента, що і розсилаються в лабораторії з інструкцією із застосування. При цьому організатор МПВ повинний враховувати похибки, що можуть виникнути в процесі приготування ЗК у різних лабораторіях.

При проведенні МПВ по визначенню показників хімічного складу ряду об’єктів (наприклад, продуктів харчування, стічних вод і викидів в атмосферу різних виробництв тощо) створення ЗК на природній основі утруднено. При цьому як ЗК можуть бути використані атестовані розчини, що містять обумовлений компонент, і близькі по складу до розчинів, одержуваним у процесі випробувань (аналізу) після виділення обумовленого компонента з матриці проби. Варто враховувати, що контролю таким способом може бути піддана лише частина загальної погрішності виконуваних випробувань, не враховуючий вплив матриці випробовуваних об’єктів.

Схема проведення МПВ визначається в залежності від поставлених задач, об’єктів випробувань, показників, кількості передбачуваних лабораторій-учасниць, використовуваних методик випробувань, що існують, можливостей для створення чи придбання ЗК, вартості ЗК і організації МПВ, а також вартості та тривалості випробувань для кожного об’єкта і показника.

Для одного об’єкта і одного показника можуть бути використані чотири схеми проведення МПВ, коли в кожну з лабораторій-учасниць розсилають один ЗК і одержують один результат випробувань (схема 1); не менш трьох ЗК і одержують для кожного ЗК один результат випробувань (схема 2); один ЗК і одержують не менш п’яти результатів випробувань (схема 3); не менш трьох ЗК і одержують не менш п’яти результатів випробувань для кожного ЗК (схема 4). У деяких випадках при проведенні МСИ по другій і четвертій схемах припустиме використання двох ЗК, якщо при цьому хоча б один ЗК попередньо атестований.

У рамках кожної зі схем у залежності від сукупності розв’язуваних в експерименті задач можуть існувати різні форми організації МПВ (різне число лабораторій-учасниць, різні методики випробувань, використання атестованих і (чи) неатестованих ЗК). Як правило, застосування різних способів обробки експериментальних даних, отриманих у результаті того самого МПВ, дозволяє вирішити кілька різних задач. Усі перераховані схеми організації МПВ можуть бути використані для перевірки технічної компетентності лабораторій-учасниць.

Необхідно відзначити, що результати МПВ, проведених по першій схемі (один результат випробувань від кожної лабораторії), не мають великої надійності та не дозволяють приймати керуючі рішення, пов’язані, наприклад, з видачею лабораторії атестата чи акредитації з продовженням терміну його дії. Залучення лабораторії до участі в трьох і більш подібних МПВ підвищує вірогідність висновку про якість виконуваних лабораторією визначень контрольованого показника в об’єкті випробувань. Для деяких випробувань по визначенню хімічного складу подібний експеримент можна організувати для одного об’єкта і декількох показників, при визначенні яких використовують той самий метод аналізу.

Оцінка технічної компенентности лабораторій на основі проведеного по першій схемі МПВ може бути виконана по алгоритму, наведеному в МИ 2417-97.

Достовірні висновки про компетентність лабораторій на основі результатів однократно проведених МПВ можуть бути зроблені тільки при використанні схем 2-4. У залежності від необхідності прийняття відповідного керуючого рішення форма організації МПВ по кожній з цих схем, необхідний обсяг експериментальних даних і алгоритми обробки отриманих результатів можуть бути різні. Відзначимо, що використання схем 2 і 4 дозволяє перевіряти технічну компетентність лабораторій у всьому діапазоні значень обумовленого показника в об’єкті випробувань.

Задача перевірки статистичної підконтрольності методики випробувань у групі лабораторій може бути вирішена тільки з використанням схем 3 і 4; для оцінки рівня освоєння знову впроваджуваних методик застосовні схеми 2, 3 і 4. На основі схем 2 і 4 можна перевіряти правильність установлення значень характеристик похибки результатів випробувань, установити атестовані значення і похибки неатестованих ОК, а також метрологічні характеристики неатестованої МВВ.

В міру збільшення числа розв’язуваних задач ускладнюються схеми проведення МПВ і форми їхньої організації, зростають витрати на їхнє проведення. Використання схеми 4 проведення МПВ дозволяє вирішити найбільше число задач, але вимагає і найбільших фінансових вкладень. Як правило, при плануванні МПВ по тій чи іншій схемі організатор прагне до оптимального сполучення вартості експерименту з обліком усіх факторів, що впливають на неї, і максимальній кількості розв’язуваних у цьому експерименті задач.

Схеми 1-4, природно, не охоплюють усі можливі практичні ситуації і тому можуть модифікуватися. Очевидно, що для перевірки технічної компетентності лабораторії недостатньо результатів одного експерименту, організованого по схемах 1-4, тому що при цьому проводиться контроль якості випробувань тільки одного об’єкта і по одному показнику. Тому для забезпечення необхідного обсягу експерименту при перевірці технічної компетентності лабораторії може бути використана сукупність результатів декількох МПВ, проведених як по однієї, так і по різних схемах.  У СААВ за організацію МПВ відповідає орган по акредитації, що може призначити организацию-координататора (далі – координатора). Координатор повинний мати технічну компетентність у визначеній галузі (галузях) вимірювань показників складу речовин і матеріалів, мати досвід і матеріальну базу для створення зразків для контролю, мати знання по плануванню МПВ і обробці отриманих результатів, а також гарантувати їхню конфіденційність.

Схема організації МПВ представлена на рис. 27.1. При правильному виборі для проведення МПВ об’єктів і показників з галузі акредитації лабораторій-учасниць МПВ можуть стати ефективною формою їх експериментальної перевірки. Проведення МПВ дозволяє оптимізувати процес акредитації лабораторій, інспекційний контроль за діяльністю раніше акредитованих лабораторій, поліпшити якість впровадження внутрішньолабораторного контролю. Також може проводиться перевірка статистичної підконтрольності застосовуваних методик у лабораторіях, оцінюватися рівень освоєння впроваджуваних методик, перевірятися встановлені розрахункові значення характеристик похибки методик, встановлюватися метрологічні характеристики методик і проводитися атестація ОК



06.07.2014 manyava 0

ТОП користувачів