Utilizzo delle carte di controllo in cromatografia ionica

Transcript

C.N.R.
Istituto per lo Studio degli Ecosistemi
Verbania Pallanza (Italy)
http://www.iii.to.cnr.it
Gabriele Tartari & Aldo Marchetto
e-mail: [email protected]
Utilizzo delle carte di controllo
in cromatografia ionica
Applicazioni pratiche al CNR-ISE Verbania
Carte di controllo in IC
Gabriele Tartari 30/3/2010
Quality Control
Sul campo
In laboratorio
• Campionamento, trasporto e conservazione dei campioni
• Formazione del personale.
• Validazione dei metodi analitici.
• Scelta della strumentazione analitica più adatta e
regolare manutenzione.
QC interno
• Utilizzo di vetreria tarata e di sistemi di dosaggio di qualità.
• Elevata purezza dei reagenti e dell’acqua ultrapura, ecc.
• Ottimizzazione del metodo e calibrazione.
• Bianchi, LOD e LOQ.
• Analisi replicate.
¾ Uso di carte di controllo preparate da standard
o da campioni naturali.
QC esterno
• Archivio dei risultati opportunamente organizzato.
• Criteri di valutazione dei risultati (bilancio ioni e conducibilità).
• Analisi di campioni certificati o di altri materiali di riferimento.
• Esercizi interlaboratorio (Proficiency Test).
1
Carte di controllo - introduzione
¾ La carta di controllo è un grafico in cui vengono riportati in funzione del tempo i
risultati analitici di un campione di riferimento per il controllo di qualità.
¾ La fluttuazione dei valori nella carta di controllo consente il monitoraggio continuo
e l’interpretazione delle prestazioni della tecnica analitica.
¾ Esistono vari tipi di carte di controllo, le più diffuse sono la carta Shewhart e la
carta CUSUM (CUmulative SUM).
¾ In questo contesto
tratteremo la carta
Shewhart dove sull’asse
delle ordinate sono riportate
xi
le misure consecutive di xi
in concentrazione del
campione di controllo,
mentre sulle ascisse sono
riportati i tempi (o il numero
ordinale) in cui le misure
sono state effettuate.
Valore NON atteso
Limite di controllo superiore (+3 SD)
Limite di attenzione superiore (+2 SD)
Linea +1 SD
Linea centrale di riferimento
Valore atteso
Linea -1 SD
Limite di attenzione inferiore (-2 SD)
Limite di controllo inferiore (-3 SD)
Valore NON atteso
date o numero ordinale
Carte di controllo Shewhart - costruzione
¾ Nella costruzione della carta Shewhart i limiti (di controllo e di attenzione) sono
vincolati alla precisione (SD o RSD) del metodo a quella concentrazione media
(xm) in un laboratorio, questi valori dovrebbero essere indicati nei metodi di
riferimento con il termine ripetibilità (non la riproducibilità che invece è la
variabilità tra laboratori).
¾ Nel caso il metodo sia stato validato internamente al laboratorio si può utilizzare
la (SD o RSD) ottenuta in precedenti misure di ripetibilità.
¾ In alternativa si possono
eseguire analisi replicate (2-3)
Valore NON atteso
Limite di controllo superiore (+3 SD)
giornaliere con un minimo di 30
determinazioni, ed utilizzare la
Limite di attenzione superiore (+2 SD)
SD ottenuta in queste
x
Linea +1 SD
i
determinazioni preliminari.
¾ La carta Shewhart avrà
2 aree principali:
1. la regione esterna ai limiti di
controllo (valori NON attesi);
2. area interna ai limiti di
controllo (± 3 SD = 99,7 %).
Linea centrale di riferimento
Valore atteso
Linea -1 SD
Limite di attenzione inferiore (-2 SD)
Limite di controllo inferiore (-3 SD)
Valore NON atteso
date o numero ordinale
2
Carte di controllo - interpretazione
¾ All’interno della serie analitica dei dati costituenti la carta di controllo, si possono
evidenziare situazioni sotto o fuori controllo statistico, evidenziando così
situazioni anomale di scostamenti persistenti attorno al valore atteso.
¾ La tabella elenca alcuni valori critici, possibili cause che li hanno generati e
decisioni da adottare.
Carte di controllo – alcuni riferimenti
¾ ISO 82528:1991. Shewhart control charts.
¾ ISO 13530/TR:1997. Water quality. Guide to analytical quality control for water
analysis.
¾ ISO 13530:2009. Water quality. Guidance on analytical quality control for
chemical and physicochemical water analysis.
¾ A.P.H.A., A.W.W.A., W.E.F. 2005. Standard Methods for the examination of
water and wastewater. 1020 B. Quality control. Am. Publ. Health Ass.,
Washington
¾ APAT IRSA-CNR. 2003. Metodi analitici per le acque. 1040. Qualità del dato
analitico. Vol. 1. 1153 pp
¾ ISS.PGA.903.REV00 Istituto Superiore di Sanità. Metodi analitici di riferimento
per le acque destinate al consumo umano ai sensi del DL.vo 31/2001. Controllo
di qualità. Rapporti ISTISAN 07/31.
¾ Miller J.N. & J.C. Miller. 2005. Statistics and chemometrics for analytical
chemistry. Pearson Education Limited. 268 pp.
¾ Corsi UNICHIM
Costruzione e gestione delle carte di controllo.
Materiali di riferimento.
Prove interlaboratorio.
3
Carte di controllo della ripetibilità
applicazioni pratiche al CNR ISE Verbania
¾ La carta di controllo è un campione stabile nel tempo, analizzato per un lungo
periodo (da 2 mesi ad 1 anno), dal quale si ottengono elaborazioni grafiche dei
dati analitici finalizzate a verificare la ripetibilità (espressa come RSD) delle
misure nel tempo, rispetto al suo valore medio di concentrazione.
¾ Il valore di RSD atteso viene scelto sulla base di precedenti ripetibilità o dai valori
indicati nei metodi di riferimento (generalmente 3÷7 %)
¾ Tipi di carte di controllo:
9 singolo analita (standard)
9 multi elemento (standard)
9 preparate da acque superficiali stabilizzate
9 acque naturali ad uso potabile acquistate in bottiglia.
¾ Preparazione di un volume adeguato (1÷5 litri):
9 filtrazione se necessaria a 0,2 µm
9 aggiunta di stabilizzanti (cloroformio o acido a pH~4)
9 conservazione in frigorifero al buio a 4°C.
¾ Durante l’utilizzo attenzione agli inquinamenti con la manipolazione.
Esempio di carta di controllo
¾ Prime 2 analisi dopo la preparazione del campione (1 litro) da usare come carta di
controllo per la determinazione dei solfati.
Solfati
24
20,96 – 21,12
22
Media dati
21,04
SD dati
21
20
Dati
RSD dati
Media
SD attesa
RSD attesa
19
22/04/2009
mg L
-1
23
4
¾ Alle prime 2 analisi si fissano i limiti di controllo ed attenzione sulla base delle
indicazioni contenute nel metodo di riferimento o da esperienze precedenti.
ISO 10304-1: 2007
Solfati
24
23
UCL
mg L-1
UWL
22
Dati
21
20
RSD = SD / media x 100
LWL
SD = RSD x media / 100
LCL
Media dati
21,04
22/04/2009
29/04/2009
05/05/2009
12/05/2009
26/05/2009
08/06/2009
18/06/2009
02/07/2009
07/07/2009
14/07/2009
21/07/2009
22/07/2009
30/07/2009
17/08/2009
25/08/2009
01/09/2009
10/09/2009
15/09/2009
24/09/2009
07/10/2009
13/10/2009
22/10/2009
03/11/2009
09/11/2009
17/11/2009
24/11/2009
02/12/2009
14/12/2009
22/12/2009
12/01/2010
18/01/2010
27/01/2010
02/02/2010
09/02/2010
22/02/2010
02/03/2010
09/03/2010
17/03/2010
19
Media
SD dati
Ponendo RSD attesa al 3 %
RSD dati
SD = 3 x 21,04 / 100 = 0,63
SD attesa
0,63
RSD attesa
3
¾ Fissati i limiti di attenzione (WL) e di controllo (CL) attorno al valore medio, si
procede con l’utilizzo giornaliero della carta di controllo.
¾ Da questo momento questi limiti NON verranno più cambiati e resteranno
indipendenti dall’andamento dei dati introdotti nella carta di controllo.
Solfati
24
+ 3 SD
23
UCL
UWL
22
Dati
21
Media
Media dati
20
21,04
SD dati
19
- 2 SD
LWL
- 3 SD
LCL
RSD dati
22/04/2009
29/04/2009
05/05/2009
12/05/2009
26/05/2009
08/06/2009
18/06/2009
02/07/2009
07/07/2009
14/07/2009
21/07/2009
22/07/2009
30/07/2009
17/08/2009
25/08/2009
01/09/2009
10/09/2009
15/09/2009
24/09/2009
07/10/2009
13/10/2009
22/10/2009
03/11/2009
09/11/2009
17/11/2009
24/11/2009
02/12/2009
14/12/2009
22/12/2009
12/01/2010
18/01/2010
27/01/2010
02/02/2010
09/02/2010
22/02/2010
02/03/2010
09/03/2010
17/03/2010
mg L-1
+ 2 SD
SD attesa
RSD attesa
0,63
3
5
22/04/2009
29/04/2009
05/05/2009
12/05/2009
26/05/2009
08/06/2009
18/06/2009
02/07/2009
07/07/2009
14/07/2009
21/07/2009
22/07/2009
30/07/2009
17/08/2009
25/08/2009
01/09/2009
10/09/2009
15/09/2009
24/09/2009
07/10/2009
13/10/2009
22/10/2009
03/11/2009
09/11/2009
17/11/2009
24/11/2009
02/12/2009
14/12/2009
22/12/2009
12/01/2010
18/01/2010
27/01/2010
02/02/2010
09/02/2010
22/02/2010
02/03/2010
09/03/2010
17/03/2010
mg L-1
22/04/2009
29/04/2009
05/05/2009
12/05/2009
26/05/2009
08/06/2009
18/06/2009
02/07/2009
07/07/2009
14/07/2009
21/07/2009
22/07/2009
30/07/2009
17/08/2009
25/08/2009
01/09/2009
10/09/2009
15/09/2009
24/09/2009
07/10/2009
13/10/2009
22/10/2009
03/11/2009
09/11/2009
17/11/2009
24/11/2009
02/12/2009
14/12/2009
22/12/2009
12/01/2010
18/01/2010
27/01/2010
02/02/2010
09/02/2010
22/02/2010
02/03/2010
09/03/2010
17/03/2010
mg L-1
¾ L’andamento dei risultati giornalieri ci segnalerà le anomalie analitiche, sarà
nostra cura intervenire per individuare e risolvere i malfunzionamenti.
24
Solfati
23
UCL
22
UWL
21
Dati
Media
20
LWL
19
LCL
24
Solfati
23
UCL
22
UWL
21
Dati
Media
20
LWL
19
LCL
6
¾ La carta di controllo si considera terminata quando è
circa 1/5 del volume iniziale o quando si evidenziano
andamenti non giustificabili analiticamente.
Solfati
24
Media dati
21,12
SD dati
0,53
RSD dati
2,5
SD attesa
0,63
RSD attesa
3
UCL
23
mg L-1
UWL
22
Dati
21
Media
20
LWL
LCL
22/04/2009
29/04/2009
05/05/2009
12/05/2009
26/05/2009
08/06/2009
18/06/2009
02/07/2009
07/07/2009
14/07/2009
21/07/2009
22/07/2009
30/07/2009
17/08/2009
25/08/2009
01/09/2009
10/09/2009
15/09/2009
24/09/2009
07/10/2009
13/10/2009
22/10/2009
03/11/2009
09/11/2009
17/11/2009
24/11/2009
02/12/2009
14/12/2009
22/12/2009
12/01/2010
18/01/2010
27/01/2010
02/02/2010
09/02/2010
22/02/2010
02/03/2010
09/03/2010
17/03/2010
19
22 aprile 2009
17 marzo 2010
Utilizzo dei risultati della carta di controllo
¾ Terminato il periodo di utilizzo in laboratorio della carta di controllo, i valori di SD
e RSD ottenuti dai dati e riferiti alla media, possono essere utilizzati come
informazione sulla ripetibilità del metodo.
¾ E’ consigliabile “l’eliminazione” di eventuali dati anomali generati da situazioni
fuori controllo.
Solfati
R.S.D.
15
10
5
Media dati
21,12
SD dati
0,53
RSD dati
2,5
SD attesa
0,63
RSD attesa
3
RSD dati 2,5 %
0
0
5
10
15
20
25
30
Media 21,12
35
40
45
50
55 60
mg L-1
7
Utilizzo dei risultati della carta di controllo
¾ Riportando in questo grafico della ripetibilità (RSD) i dati relativi alle carte di
controllo a diverse concentrazioni analizzate per un lungo periodo, si ottiene una
rappresentazione della variabilità analitica per questo metodo applicato nel
laboratorio.
Solfati
R.S.D.
15
Ripetibilità
CNR-ISE Verbania
laboratorio idrochimica
periodo 1989 ÷ 2009
10
5
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55 60
-1
mg L
Cloruri
4,9
en
to
?
4,7
4,5
mg L-1
Esempio di carta di controllo multi
elemento in IC. Per la determinazione
dei nitrati sono stati utilizzati 2 rivelatori
(CDM e UV215 nm).
In
qu
in
am
4,3
4,1
3,9
Le determinazioni sono state eseguite
su 2 diverse linee analitiche, una con
eluente KOH con CDM e UV215, l’altra
eluente Na2CO3-NaHCO3 solo CDM.
3,7
1
6
11
16
21
26
31
36
41
46
51
56
61
66
71
76
81
86
91
96
101
106
111
116
121
126
131
136
141
146
151
156
161
166
171
176
181
186
191
3,5
Nitrati (rivelatore CDM & UV)
10,3
Ripetibilità CNR-ISE Verbania
22/04/2009
al
17/03/2010
NO3 CDM
N-NO3 UV215
SO4
mg L-1
Statistica
Media
4,28
Deviazione Standard 0,13
S.D attesa
0,13
R.S.D.
3,1
R.S.D. attesa
3,0
Minimo misurato
3,83
Massimo misurato
4,60
Numero di dati
187
mg L-1
9,26
0,14
0,28
1,5
3,0
8,83
9,59
155
Upper Control Limit (massimo accettato)
= Media + 3 D.S. attesa
Upper Warning Limit (massimo consigliato)
= Media + 2 D.S. attesa
Lower Control Limit (minimo consigliato)
= Media - 2 D.S. attesa
Lower Warning Limit (minimo accettato)
= Media - 3 D.S. attesa
mg L-1
21,12
0,53
0,63
2,5
3,0
19,51
22,43
187
8,8
8,3
7,8
Solfati
24
23
22
21
20
19
18
1
6
11
16
21
26
31
36
41
46
51
56
61
66
71
76
81
86
91
96
101
106
111
116
121
126
131
136
141
146
151
156
161
166
171
176
181
186
191
UCL
UWL
LWL
LCL
mg L-1
9,16
0,23
0,27
2,5
3,0
8,27
9,65
187
9,3
1
6
11
16
21
26
31
36
41
46
51
56
61
66
71
76
81
86
91
96
101
106
111
116
121
126
131
136
141
146
151
156
161
166
171
176
181
186
191
Cl
mg L-1
Anioni in Cromatografia Ionica - loop 100 µL
Campione analizzato dal
mg L-1
9,8
Dati
Media
UCL
UWL
LWL
LCL
8
Ripetibilità in cromatografia ionica
R.S.D.
Ripetibilità
CNR-ISE Verbania
laboratorio idrochimica
Anioni: periodo 1989 ÷ 2009
Cationi: periodo 1990 ÷ 2009
15
Cloruri
10
5
mg L-1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11
R.S.D.
15
Nitrati
10
20
20
R.S.D.
R.S.D.
15
In verde i dati UV 215 nm
5
mg N L-1
0
15
Sodio
10
5
mg L
0
0
10
20
30
R.S.D.
0
1
2
3
4
5
6
7
-1
0
10
20
30
40
50
6
Calcio
5
mg L
0
60
-1
10
5
0
4
15
Magnesio
10
mg L-1
2
R.S.D.
15
5
0
20
R.S.D.
Solfati
10
mg L
0
8
20
15
Potassio
10
5
0
1
2
3
4
5
6
-1
mg L
0
7
0
10
20
30
40
-1
50
La ripetibilità nel metodo analitico
9
Carte di controllo prodotte da acque naturali
¾ Sono campioni di acque superficiali analizzabili per molti elementi
inorganici in un ampio intervallo di concentrazioni.
¾ I valori in etichetta sono solo indicativi delle concentrazioni di nostro
interesse; NON sono standard certificati !
¾ Acquistabili in confezione da 6 o più bottiglie da 0,5 o 1,5 litri, al costo di
pochi euro.
¾ All’interno dello stesso lotto di produzione le bottiglie si possono ritenere
omogenee e confrontabili.
¾ Si possono conservare per mesi (o anni ?)
¾ Costo trascurabile se confrontato con il costo di standard multi elemento
nella stessa matrice acquosa
Queste caratteristiche rendono le acque naturali in bottiglia
perfettamente adatte all’utilizzo come carte di controllo
C.N.R. I.S.E.
Laboratorio Idrochimica
Verbania Pallanza
Acque naturali in bottiglia - esempi
Azoto nitrico IC
Azoto nitrico
0,85
1a
2a
bottiglia
bottiglia
dal
28/10/02
al
25/08/03
media
mg N L
-1
0,80
0,770
SD
0,013
RSD
1,7 %
RSD attesa
0,75
2%
Calcio IC
0,70
230
220
210
200
190
180
170
160
150
140
130
120
91
110
101
81
71
61
51
41
31
1
21
11
7,0
1a bottiglia
UCL
28/10/02
al
04/06/03
media
5,99
SD
0,14
mg L
dal
UWL
-1
Calcio
RSD
2a bottiglia
6,5
6,0
Media
LWL
5,5
LCL
2,3 %
Dati
191
181
171
161
151
141
131
121
90
111
81
101
71
61
51
41
31
21
5,0
11
3%
1
RSD attesa
C.N.R. I.S.E.
Verbania Pallanza
10
Acque naturali in bottiglia - esempi
9Carta di controllo multielemento per IC, ICP-OES, ecc.
analisi eseguita sulla stessa bottiglia per un lungo periodo.
9Campione da analizzare periodicamente per tutte le variabili,
apertura di una bottiglia ogni 2 settimane
18 bottiglie di acqua naturale analizzate dal 10/9/02 al 13/5/03
χ20°C
pH
T.Alc.
µS cm-1 meq l-1
Cl
SO4
N-NO3
Ca
Mg
Na
K
TN
Si
mg l-1
mg l-1
mg l-1
mg l-1
mg l-1
mg l-1
mg l-1
mg l-1
mg l-1
Media di tutti i dati
8,07
70,8
0,544
1,49
5,03
0,776
5,88
3,50
3,43
1,18
0,80
7,60
S.D.
0,21
0,6
0,006
0,03
0,06
0,007
0,17
0,03
0,05
0,05
0,03
0,28
S.D. consigiata
0,24
2,1
0,016
0,04
0,15
0,023
0,18
0,10
0,10
0,04
0,02
0,23
R.S.D.
3
1
1
2
1
1
3
1
1
4
4
4
R.S.D. consigliato
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Minimo misurato
7,52
69,4
0,535
1,45
4,86
0,762
5,69
3,45
3,37
1,08
0,74
6,98
Massimo misurato
8,26
71,8
0,554
1,58
5,12
0,786
6,23
3,56
3,53
1,27
0,83
7,86
18
18
18
18
18
18
18
18
18
17
13
8,10
70,0
0,552
1,1
4,7
0,768
5,7
3,4
3,5
1,2
Numero di dati
Valori in etichetta
13
7,80
C.N.R. I.S.E.
Verbania Pallanza
Carte di controllo dei segnali in area degli standard
¾ La carta di controllo applicata al monitoraggio dei segnali in area
degli standard in IC, è un valido strumento per:
1. seguire prestazioni e stabilità della linea analitica (colonne e
soppressori);
2. evidenziare errori nella preparazione degli standard o
progressivi inquinamenti tipici per gli standard a concentrazione
più bassa (Cl e Na).
11
ST 0,10 ppm
3/2/10
15/2/10
17/3/10
17/12/09
11/1/10
7/9/09
17/11/09
21/7/09
24/11/09
2,0
6,1
5,6
5,1
14/9/09
28/7/09
2/7/09
11/5/09
26/3/09
17/2/09
3/2/10
15/3/10
14/12/09
7/9/09
11/11/09
13/10/09
22/7/09
18/6/09
27/4/09
16/3/09
11/2/09
4,6
12/1/09
17/3/10
3/2/10
17/12/09
17/11/09
13/10/09
9/9/09
22/7/09
10/6/09
9/2/09
22/4/09
16/3/09
13/10/09
2,2
1,8
8/1/09
0,45
Area loop 100µl
0,50
10/6/09
6,6
2,4
20/1/09
Area loop 100µl
0,55
27/4/09
8/1/09
23/2/10
11/1/10
9/9/09
17/11/09
5/5/09
22/7/09
20/10/09
ST 5,0 ppm
ST 2,0 ppm
2,6
0,60
20/10/09
ST 0,50 ppm
18/6/09
24/3/09
12/2/09
0,09
16/3/09
0,11
0,27
0,25
0,23
0,21
0,19
0,17
0,15
11/2/09
Area loop 100µl
0,13
14/1/09
Area loop 100µl
16/2/10
11/1/10
20/8/09
23/11/09
18/6/09
20/10/09
9/2/09
27/4/09
23/3/09
0,15
0,07
0,65
Area loop 100µl
ST 0,20 ppm
0,17
8/1/09
Area loop 100µl
ST 0,05 ppm
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
Cromatografia Ionica Dionex DX320 - colonne AG19-AS19-ASRS300 loop 100 µL
Aree dei picchi relative al periodo 8 gennaio 2009 – 24 marzo 2010
R.S.D. aree dei picchi
20
Cloruri
Nitrati CDM
15
Nitrati UV 215 nm
Solfati
10
5
0
0,01
0,1
1,0
10,0
100,0
Concentrazione degli standard (mg L-1)
12
Carte di controllo in Chromeleon 6.8
¾
In Chromeleon con una query si possono estrarre i cromatogrammi necessari alla
costruzione della carta di controllo (filtro su nome, data, tipo campione, ecc.).
¾
La query viene poi personalizzata con valori imposti
o calcolati dai dati selezionati.
Esempio della carta di controllo Rip A2-7
Valori di riferimento (mg/L): media 21,14 SD 0,634
13
Esempio della carta di controllo area standard Cl 2 mg/L
Valori di riferimento area media (µS min) SD dei dati
Conclusioni

Le carte di controllo sono uno strumento indispensabile
per il continuo esame critico e dell’attività analitica.

Permettono di seguire nel tempo l’evoluzione delle
metodologie ed assicurarne la confrontabilità nel tempo.

Le carte di controllo regolarmente applicate nell’analisi di
routine, sono un valido strumento per evidenziare derive
strumentali, anomalie nella preparazione degli standard ed i
conseguenti errori sistematici.

Permettono di monitorare diverse fasi dei processi analitici
per produrre le informazioni necessarie alla valutazione
dell’affidabilità dei risultati.
14