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GUIDA ALL’ESPRESSIONE DELL’INCERTEZZA DI MISURA Workshop “Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali – Ancona 27 ottobre 2003 Dott. Stefano De Martin ARPA-FVG RGQ Dipartimento di Pordenone APPROCCIO AD UN PROBLEMA ANALITICO Guida all’espressione dell’incertezza di misura richieste del cliente, normative o esigenze del laboratorio valutazione del possibile processo analitico scelta di un metodo metodo normalizzato metodo interno applicazione nel laboratorio conferma di un metodo valutazione dell’incertezza di misura rapporto di prova Dott. Stefano De Martin progettazione di un metodo validazione di un metodo interno Valutazione dell’incertezza di misura rapporto di prova Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali PARAMETRI CARATTERISTICI DI UN METODO ANALITICO Guida all’espressione dell’incertezza di misura campo di applicazione (misurando-matrice) campo di prova selettività-specificità ripetibilità riproducibilità accuratezza limite di rilevabilità (LOD) limite di quantificazione (LOQ) robustezza incertezza Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali RICHIAMI NORMATIVI Guida all’espressione dell’incertezza di misura UNI CEI EN ISO 17025 § 5.4.6 STIMA DELL’INCERTEZZA DI MISURA 5.4.6.2 …i laboratori di prova devono avere e devono applicare procedure per stimare l’incertezza delle misure. In certi casi la natura dei metodi di prova può escludere il calcolo dell’incertezza di misura rigoroso e valido dal punto di vista metrologico e statistico. In questi casi il laboratorio deve almeno: -Tentare di identificare tutte le componenti che hanno influenza sull’incertezza -fare una stima ragionevole -Garantire che l’espressione del risultato non fornisca un’impressione errata dell’incertezza. Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali RICHIAMI NORMATIVI Guida all’espressione dell’incertezza di misura UNI CEI EN ISO 17025 § 5.4.6 STIMA DELL’INCERTEZZA DI MISURA 5.4.6.3 quando si stima l’incertezza di misura, dovranno essere prese in considerazione, utilizzando appropriati metodi di analisi, tutte le componenti dell’incertezza che sono di rilievo in una data situazione Per ulteriori informazioni vedere ISO 5725 e ENV 13005 Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali RICHIAMI NORMATIVI Guida all’espressione dell’incertezza di misura UNI CEI EN ISO 17025 § 5.10.3 RAPPORTO DI PROVA 5.10.3.1 in aggiunta a quanto riportato in 5.10.2, i rapporti di prova, quando è necessario per l’interpretazione del risultato, devono includere: C)quando applicabile, una dichiarazione circa l’incertezza di misura stimata; Informazioni, nel rapporto di prova, circa l’incertezza di misura sono necessarie; Quando ciò e’ importante: - Per la validità o l’applicazione dei risultati di prova; - Quando le istruzioni del cliente lo richiedono; - Quando l’incertezza ha influenza sulla conformità ad un limite di specifica. Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali PROCESSO DI MISURAZIONE Guida all’espressione dell’incertezza di misura UN PROCESSO DI MISURAZIONE È IL PROCEDIMENTO PER IL QUALE, TRAMITE UNA SERIE DI MISURE RIPETUTE, SI RESTITUISCE IL VALORE VERO DELLA MISURA (VALORE SCONOSCIUTO) Considerato il fatto che il valore vero è e resta sconosciuto, il processo di misurazione fornisce semplicemente, tramite l’espressione della media aritmetica (assumendo un modello di distribuzione normale o gaussiano), la migliore stima del valore vero. Proprio per questo motivo il risultato analitico non è completo nè confrontabile con risultati di altri laboratori o con valori di riferimento, se non è accompagnato da un indicatore che quantifica le performances con il quale è stato ottenuto. Tali “performances” o qualità si intendono la dispersione dei risultati ottenuti nella quantificazione del parametro che stima il valore vero. Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali PROCESSO DI MISURAZIONE (II) Guida all’espressione dell’incertezza di misura C aso 1 -U y i yi yi y yi yi yi yi yi +U Y1 C aso 2 -U yi yi y yi yi +U Y2 …senza tale indicazione i risultati delle misurazione non possono essere confrontati ne’ tra di loro, ne’ con valori di riferimento assegnati da specifiche o da norme UNI CEI ENV 13005 Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali PROCESSO DI MISURAZIONE (III) Guida all’espressione dell’incertezza di misura ….L’esistenza di un incertezza associata ad una misura, non implica un dubbio sulla validità della misura ma, al contrario, la conoscenza della stessa implica un aumento della significatività e della validità di tutte le informazioni Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali PROCESSO DI MISURAZIONE (III) Guida all’espressione dell’incertezza di misura ….esplicitare l'intervallo di incertezza relativo ad una misura fornisce un'indicazione sulla qualità del risultato analitico presentato e sulle prestazioni del laboratorio per quel tipo di prova. Questa informazione può essere utilizzata dall'utente per decidere se affidare o meno la misura al laboratorio in funzione delle proprie esigenze analitiche. Ad esempio, un cliente che abbia la necessità di verificare la presenza di un inquinante in tracce nella merce di sua produzione, e verificarne la conformità con le normative vigenti, sarà orientato verso un laboratorio che effettui la misura con un intervallo di incertezza ristretto. Un altro può avere l'esigenza di controllare “grossolanamente” un parametro (ad esempio un controllo di qualità o un parametro indicatore specifico di un processo industriale ecc.) ritenendo sufficiente affidare la prova ad un laboratorio che indichi un risultato analitico con un intervallo di incertezza piuttosto largo. Tali argomentazioni concordano con i principi del libero mercato con cui il legislatore si è ispirato nella stesura delle normative di settore, sfociate poi con l'emanazione delle norme ISO 9000 ed UNI CEI 45000….. S.De Martin, C.Del Bianco; Boll.Chim.Igien. vol.52 (2001) Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali INCERTEZZA DEFINIZIONI DEFINIZIONI Guida all’espressione dell’incertezza di misura stima che caratterizza il campo dei valori entro cui cade il valore vero di un misurando (VIM 1984) Parametro che caratterizza e quantifica la dispersione dei valori attorno al valore presunto vero Incertezza tipo del risultato di una misurazione allorquando il risultato è ottenuto mediante i valori di un certo numero di altre grandezze; essa è uguale alla radice quadrata positiva di una somma di termini che sono le varianze o le covarianze di quelle grandezze, pesate secondo la variazione del risultato della misurazione al variare di esse (UNI CEI ENV 13005) Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali APPROCCIO AL PROBLEMA DEFINIZIONI Guida all’espressione dell’incertezza di misura DEFINIZIONE parametro che caratterizza la dispersione dei valori che potrebbero essere ragionevolmente attribuiti al misurando “dispersione dei valori” PRECISIONE “ragionevolmente attribuiti al misurando” ESATTEZZA Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali APPROCCIO AL PROBLEMA DEFINIZIONI Guida all’espressione dell’incertezza di misura Precisione: grado di accordo fra i risultati indipendenti ottenuti con un procedimento di analisi in condizioni ben specificate (ISO 5725:1994) Esattezza (trueness): grado di accordo tra il valore medio ottenuto da una larga serie di risultati e il valore di riferimento accettato (ISO 5725:1994) Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali APPROCCIO AL PROBLEMA (II) riferito alle condizione di precisione Guida all’espressione dell’incertezza di misura Nella definizione di precisione si fa riferimento alla indipendenza dei risultati Condurre separatamente l'intero procedimento analitico su ciascuna presa di campione non significa avere raggiunto la completa indipendenza dei risultati, significa solo avere ottenuto i dati per ricavare i parametri della ripetibilità ristretta. Questi valori sono interdipendenti, avendo in comune tutte le variabili esterne alle fasi del procedimento analitico: l'operatore, le apparecchiature (con il loro stato di manutenzione e di taratura), i reattivi e tutte le grandezze di influenza legate al laboratorio e al tempo (per esempio, temperatura, pressione, umidità, irraggiamento, polverosità, ecc.). Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali APPROCCIO AL PROBLEMA (III) riferito alle condizione di precisione Guida all’espressione dell’incertezza di misura In un procedimento analitico l’assegnazione di un valore ad una misura (volume, temperatura, peso ecc.) con un dato strumento significa assegnare ai valori letti, e quindi ai risultati uno scosta mento costante (anche se non conosciuto) che è uno scarto sistematico; se, però, si potesse eseguire la ripetizione delle prove impiegando per ciascuna di esse un diverso strumento di misura con la stessa classe di accuratezza, lo scarto di ciascun risultato finale dovuto allo strumento usato dovrebbe essere considerato aleatorio. Portando fino in fondo, idealmente, questo modo di procedere, in cui ogni grandezza (compresi la rappresentatività dei campioni e il procedimento analitico stesso) che, per esperienza, può influenzare i risultati, viene variata sufficientemente (8-10 livelli) si otterrebbe una stima della precisione coincidente con quella dell'incertezza. Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali APPROCCIO AL PROBLEMA (IV) riferito alle condizione di precisione Guida all’espressione dell’incertezza di misura Considerando che questo modo di procedere è ideale; nella pratica, come può un laboratorio affrontare il problema dell'incertezza dei risultati? I° modo Partire dalla ripetibilità ristretta ed aggiungere i vari contributi (tarature, tempo operatore ecc.) Dott. Stefano De Martin II° modo Utilizzare un dato di precisione in termini di riproducibilità che è la grandezza che più si avvicina alle condizioni di massima variabilità delle misure Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali APPROCCIO AL PROBLEMA (V) riferito alle condizione di accuratezza Guida all’espressione dell’incertezza di misura …la locuzione “ragionevolmente attribuiti al misurando” fa pensare ad una significatività statistica dell’intervallo di incertezza ovvero che al suo interno sia contenuto il valore di riferimento accettato Ciò si traduce che, qualunque sia l’approccio di calcolo utilizzato per la stima dell’incertezza, la condizione necessaria per rispettare la definizione di incertezza, è che il metodo in questione produca risultati esatti cioè che i test statistici (t-test, test sul recupero ecc.) sull’ esattezza siano favorevoli Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali APPROCCIO AL PROBLEMA (VI) riferito alle condizione di accuratezza Esempio grafico Guida all’espressione dell’incertezza di misura Intervallo di incertezza Garantita la condizione di esattezza prevista dalla definizione Valore di riferimento accettato Media Scostamento Intervallo di incertezza Media Dott. Stefano De Martin METODO NON ESATTO METODO ESATTO Valore di riferimento accettato Scostamento Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali INCERTEZZA DEFINIZIONI DEFINIZIONI Guida all’espressione dell’incertezza di misura INCERTEZZA COMPOSTA Parametro associato al risultato di una misura che caratterizza la dispersione dei valori che potrebbero ragionevolmente essere attribuiti al misurando È l'espressione numerica, in termini di scarto tipo, di un intervallo corredato della sua unità di misura L’intervallo deve essere calcolato tenendo in considerazione il contributo di tutti i possibili errori riscontrabili nel corso dell'analisi e valutabili in termini numerici e, mediante opportuni fattori moltiplicativi di quegli errori imprevedibili e sconosciuti, che comunque contribuiscono all’incertezza della misura Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali INCERTEZZA DEFINIZIONI DEFINIZIONI Guida all’espressione dell’incertezza di misura INCERTEZZA ESTESA ¾ L’incertezza composta rappresenta l’incertezza ad un livello di fiducia del 68% ¾ Per riportarci ad un livello di fiducia del 95% (comunemente accettato) l’incertezza composta viene moltiplicata per un fattore uguale a 2 (nel caso di elevata numerosità delle prove) oppure, visto il suo significato statistico pari al t di Student, può essere estrapolato dalla tabella secondo un adeguato numero di gradi di libertà ¾ Il fattore moltiplicativo è chiamato “fattore di copertura” Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali ESPRESSIONE DELL ’INCERTEZZA DELL’INCERTEZZA END END POINT POINT Guida all’espressione dell’incertezza di misura - - OMOGENEA PER TUTTI I LABORATORI INDICATA COME INTERVALLO CENTRATO ATTORNO AL VALORE DEL MISURANDO ESPRESSA CON LE STESSE UNITA’ DI MISURA DEL MISURANDO Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CRITERI ACCETTATI PER LA VALUTAZIONE DELL ’INCERTEZZA DELL’INCERTEZZA Guida all’espressione dell’incertezza di misura Approccio classico metrologico (GUM o bottom up) UNI CEI ENV 13005 Approccio olistico o decostruttivo (tradizionale chimico o top-down), sperimentazione secondo ISO 5725 Approccio secondo Horwitz Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali APPROCCIO METROLOGICO Guida all’espressione dell’incertezza di misura CRITERIO METROLOGICO PRINCIPIO PRINCIPIO DEL DEL METODO METODO Guida all’espressione dell’incertezza di misura •Definizione delle grandezze d’ingresso e dei rispettivi misurandi •Identificazione delle sorgenti di incertezza •Scomposizione dei contributi (di categoria A e di categoria B) •Semplificazione delle componenti che ricadono nella ripetibilità •Quantificazione dei componenti all’incertezza •Calcolo dell’incertezza composta •Calcolo dell’incertezza estesa Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CRITERIO METROLOGICO GRANDEZZE GRANDEZZE D’INGRESSO D’INGRESSO Guida all’espressione dell’incertezza di misura METODO APPARECCHIO Incertezza del processo di misurazione AMBIENTE Dott. Stefano De Martin OPERATORE MISURANDO Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CRITERIO METROLOGICO SCOMPOSIZIONE DELLE INCERTEZZE Guida all’espressione dell’incertezza di misura L’incertezza di misura, in generale, comprende più componenti. Talune di queste, indicate come categoria A, o del I tipo, possono essere valutate dalla distribuzione statistica dei risultati di serie di misurazioni e possono dunque essere caratterizzate mediante scarti tipo sperimentali (incertezza di ripetibilità) Le altre componenti, indicate di categoria B o del II tipo, anch’esse caratterizzabili mediante scarti tipo, sono valutate da distribuzioni di probabilità ipotizzate sulla base dell’esperienza o di informazioni di altro tipo Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CRITERIO METROLOGICO SCOMPOSIZIONE DELLE INCERTEZZE Guida all’espressione dell’incertezza di misura Contributi di categoria “A” Ripetibilità Dott. Stefano De Martin Contributi di categoria “B” 8 incertezza sui materiali utilizzati per la taratura strumentale 8 esperienza o conoscenza generale del comportamento e delle proprietà dei materiali e strumenti di interesse 8 specifiche tecniche del costruttore 8 dati forniti in certificati di taratura (bilancia e vetreria) 8 dati di misurazioni precedenti 8Incertezza della taratura strumentale Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali INCERTEZZA, LL’APPROCCIO ’APPROCCIO SEMPLIFICATO PASSAGGI DI UN IPOTETICO METODO DI PROVA Criterio metrologico pesata A Guida all’espressione dell’incertezza di misura diluizione concentrazione B misura taratura bilancia (SIT) A B misura tolleranza matracci o pipette RIPETIBILITÀ estrazione purificazione A B tolleranza misura matracci o pipette Misura finale taratura A misura B taratura strumento, incertezza standard di riferimento A misura Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali INCERTEZZA, LL’APPROCCIO ’APPROCCIO SEMPLIFICATO PASSAGGI DI UN IPOTETICO METODO DI PROVA Criterio metrologico pesata Guida all’espressione dell’incertezza di misura diluizione concentrazione B taratura bilancia (SIT) B tolleranza matracci o pipette estrazione purificazione B tolleranza matracci o pipette RIPETIBILITÀ Dott. Stefano De Martin taratura B taratura strumento, incertezza standard di riferimento Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali SCOMPOSIZIONE DEI CONTRIBUTI ALL ’INCERTEZZA ALL’INCERTEZZA Criterio metrologico Guida all’espressione dell’incertezza di misura Fasi Contributi all’incertezza delle componenti di tipo A e B Fonte Gradi di libertà Pesata Misura cat. A Taratura cat. B ur Cert. taratura n-1 ∞ Diluizione Misura cat. A Tolleranza vetreria o pipette cat.B ur Catalogo o scheda taratura n-1 Sperimentale n-1 Misura finale Misura cat. A Taratura strumento cat. B Incertezza nominale std. riferim B ur Curva taratura Cert. fornitore n-1 n-1 n-2 ∞ Ripetibilità ur n-1 Trattamento Coefficiente recupero cat. B Scarto tipo di ripetibilità cat. A Dott. Stefano De Martin ∞ Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CONTRIBUTI SIGNIFICATIVI ALL ’INCERTEZZA ALL’INCERTEZZA Criterio metrologico Guida all’espressione dell’incertezza di misura D contributo di ripetibilità (A); D contributo della variabilità della taratura strumentale (B); Dcontributo dell’incertezza del materiale di riferimento (B); Dcontributo della valutazione del recupero (BIAS o esattezza) (B); Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CALCOLO DELL ’INCERTEZZA DELL’INCERTEZZA DI MISURA (I) Criterio metrologico Guida all’espressione dell’incertezza di misura Legge generale di propagazione delle incertezze u& s = 2 ∑ 2 u& i2 2 u& s = u&rip + u&tar + u&rif + u&rec Dott. Stefano De Martin 2 Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CALCOLO DELL ’INCERTEZZA DELL’INCERTEZZA DI MISURA (II) Criterio metrologico Guida all’espressione dell’incertezza di misura Incertezza di ripetibilità (cat. A) Calcolo delle incertezze relative u rip ( X ) = s ( xm ) = 2 srip n u& rip ( X ) = urip ( X ) xm ; ν = (n − 1) Incertezza di taratura (cat. B) utar ( xm ) = 2 s ∑x n 1 * n utar ( xm ) u&tar ( xm ) = ; ν = (n − 2) xm Incertezza materiale di riferimento (cat. B) urif ( X ) = Dott. Stefano De Martin a 3 u&rif ( X ) = urif ( X ) x ; ν =∞ Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CALCOLO DELL ’INCERTEZZA DELL’INCERTEZZA DI MISURA (III) Criterio metrologico Guida all’espressione dell’incertezza di misura contributo della valutazione del recupero (BIAS o esattezza) la prima operazione da fare è la valutazione del recupero e verificare se è pari a 1 (100%) mediante un CRM o un campione spiked) t calc = CCRM − X 2 rec s 2 + u CRM n Dott. Stefano De Martin ≤ t p ,ν ν= 2 ( S r2 / n + u CRM )2 S r2 n 2 * ( n − 1) Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CALCOLO DELL ’INCERTEZZA DELL’INCERTEZZA DI MISURA (IV) Criterio metrologico Guida all’espressione dell’incertezza di misura DRecupero significativamente uguale a 1 DRecupero significativamente diverso da 1 ed applicato per correggere il risultato DRecupero significativamente diverso da 1 ma non applicato per correggere il risultato analitico Il contributo del recupero è considerato compreso nel contributo di ripetibilità Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CALCOLO DELL ’INCERTEZZA DELL’INCERTEZZA DI MISURA (VI) Criterio metrologico Guida all’espressione dell’incertezza di misura DRecupero significativamente diverso da 1 ed applicato per correggere il risultato 2 u& rec = 2 s rec 2 & + u CRM m 2 2 u& s = u&rip + u&tar + u&rif + u&rec Dott. Stefano De Martin 2 Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CALCOLO DELL ’INCERTEZZA DELL’INCERTEZZA DI MISURA (V) Criterio metrologico Guida all’espressione dell’incertezza di misura DRecupero significativamente diverso da uno ma non applicato per correggere il risultato analitico (indicazione VAM) 2 srec u (Rm ) = m u& rec 1 − Rm 2 2 + u (Rm ) + u&CRM = K 2 2 2 u& s = u&rip + u&tar + u&rif + u&rec Dott. Stefano De Martin 2 Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CALCOLO DELL ’INCERTEZZA DELL’INCERTEZZA DI MISURA (VII) Criterio metrologico Guida all’espressione dell’incertezza di misura Correzione per ripetibilità N [u&c ( y )]n = u&c ( y ) n N = numero di repliche eseguite per il calcolo della ripetibilità n = numero di repliche eseguite per le determinazioni incognite Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CALCOLO DELL ’INCERTEZZA DELL’INCERTEZZA DI MISURA (VIII) Criterio metrologico Guida all’espressione dell’incertezza di misura Algoritmo per il calcolo dei gradi di libertà effettivi per l’estrapolazione del fattore di copertura ν = eff 4 u&c u&i 4 / νi ∑[ ] Formula di Welch-Satterthwaite Utilizzare υeff per ricavare il t di student dalle tabelle Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CALCOLO DELL ’INCERTEZZA DELL’INCERTEZZA DI MISURA (IX) Criterio metrologico Guida all’espressione dell’incertezza di misura Incertezza estesa U ( y ) = [u& c ( y ) ]n ⋅ t 0.95;ν eff ⋅ y se il calcolo del numero di gradi di libertà effettivi risulta maggiore o uguale a 10 fattore di copertura può essere assunto uguale a 2 (vedi SINAL DT 0002 rev.1 pag.13) U ( y ) = [u c ( y ) ]n ⋅ 2 Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali APPROCCIO OLISTICO Approccio classico di tipo chimico Guida all’espressione dell’incertezza di misura CONDIZIONI DI RIPETIBILITÀ Definizioni Guida all’espressione dell’incertezza di misura Condizioni secondo cui i risultati indipendenti sono ottenuti con lo stesso metodo, sugli stessi campioni, nello stesso laboratorio, con lo stesso operatore, usando la stessa apparecchiatura entro brevi intervalli di tempo (ISO 5725:1994) Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CONDIZIONI DI RIPRODUCIBILITÀ Definizioni Guida all’espressione dell’incertezza di misura Condizioni secondo cui i risultati indipendenti sono ottenuti con lo stesso metodo, sugli stessi campioni, in laboratori diversi, con operatori diversi e diverse apparecchiature (ISO 5725:1994) Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali APPROCCIO OLISTICO: FONDAMENTI Guida all’espressione dell’incertezza di misura utilizza i risultati reali di una stessa prova eseguita in più laboratori; considera casuali i risultati dei singoli laboratori evitando di confinare il risultato dell’incertezza in un unico laboratorio con un unico strumento con un unico operatore (condizioni di ripetibilità); casualizzazione dei risultati di un laboratorio ? Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali APPROCCIO OLISTICO: FONDAMENTI sperimentazione interlaboratorio Guida all’espressione dell’incertezza di misura S1 S2 x1 x2 n x1 = ∑∑x x j x1 = j =1 j j =1 n n _ 2 x j − x1 ∑ j =1 2 s1 = n −1 n x1 xi n n x2 = ∑x j =1 j _ 2 x j − x2 ∑ j =1 2 s2 = n −1 x2 Dott. Stefano De Martin xp n n n n Sp Si xi = ∑x j =1 j n _ 2 x x − i j ∑ j =1 2 si = n −1 n xi xp = ∑x j =1 Medie dei singoli laboratori j n _ 2 x x − p j ∑ j =1 2 sp = n −1 n Varianze di ripetibilità ristretta dei singoli laboratori xp Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali APPROCCIO OLISTICO: FONDAMENTI Guida all’espressione dell’incertezza di misura Sr x1 x2 Media generale (media delle medie o grande media) p 1 2 S = ( x − x ) i ∑ ( p − 1) i =1 2 M xi xp x= p ∑ xp i =1 S r2 = p Varianza delle medie di ciascun laboratorio Dott. Stefano De Martin ∑s i =1 2 i p S r2 S =S − n 2 L S =S +S 2 R xp 2 L 2 r 2 M Media delle varianze di ripetibilità calcolate sugli scarti aleatori di ogni singolo laboratorio Varianza interlaboratorio Varianza di riproducibilità Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali APPROCCIO OLISTICO: FONDAMENTI Guida all’espressione dell’incertezza di misura LA GRANDEZZA SIGNIFICATIVA PRESA IN CONSIDERAZIONE COME PARAMETRO FONDAMENTALE PER LA VALUTAZIONE DELL’INCERTEZZA È LA RIPRODUCIBILITÀ DEL METODO Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali APPROCCIO OLISTICO: FONDAMENTI Guida all’espressione dell’incertezza di misura La riproducibilità del metodo è il parametro completo nella valutazione della precisione; tiene conto di tutte le possibili variabilità all’interno e all’esterno dei laboratori Si attribuisce alla riproducibilità il valore dell’incertezza composta e successivamente, tramite opportuno fattore di copertura, si ottiene l’incertezza estesa Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CONDIZIONI PER L’APPLICABILITÀ Criterio olistico Guida all’espressione dell’incertezza di misura ¾Conoscere lo scarto tipo di riproducibilità, o limite di riproducibilità o coefficiente di variazione della riproducibilità, estratti dal metodo normalizzato; (previa verifica delle performances del laboratorio con quelle del metodo pubblicato) ¾In assenza di informazioni l’alternativa è la partecipazione a esercizi di interlaboratorio Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CONDIZIONI PER L’APPLICABILITÀ Criterio olistico Guida all’espressione dell’incertezza di misura Conoscere il dato di riproducibilità, ad un livello di concentrazione, non ne permette l’utilizzo ad un diverso livello di concentrazione (se ne potrebbe permettere l’utilizzo in un intorno di massimo il 20 %) Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali ESERCIZI DI INTERCALIBRAZIONE: TIPOLOGIE Criterio olistico Guida all’espressione dell’incertezza di misura TRA GLI ESERCIZI INTERLABORATORIO DISTINGUIAMO TRE TIPOLOGIE: 9Method Performance Study (Collaborative Trial); 9Certification Study; 9Proficiency Study Dott. Stefano De Martin (ring-test). Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CONDIZIONI PER L’APPLICABILITÀ Criterio olistico Guida all’espressione dell’incertezza di misura Se il laboratorio ha partecipato ad un esercizio interlaboratorio, è necessario valutarne il tipo ed eventualmente estrapolarne dalla totalità dei dati soltanto quelli ottenuti con il metodo in questione previa verifica dell’esattezza dell’esercizio (condizioni di esattezza del metodo) Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CONDIZIONI PER L’APPLICABILITÀ (II) Criterio olistico Guida all’espressione dell’incertezza di misura Se il laboratorio non ha partecipato ad un esercizio interlaboratorio, ma ne conosce l’esistenza può verificare la sua ripetibilità, con i consueti metodi, con quella dell’esercizio collaborativo e, dopo esito positivo, utilizzare lo scarto tipo di riproducibilità previa verifica dell’esattezza del circuito (condizioni di esattezza del metodo) Esempio applicativo Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali ESPRESSIONE DEL RISULTATO Criterio olistico Guida all’espressione dell’incertezza di misura ( y ± K SR ) u.m. y K SR Valore misurando Fattore di copertura Scarto tipo di riproducibilità u.m. Unità di misura Dott. Stefano De Martin =2 al 95% di probabilità =t di Student per N.g.L. effettivi. valutati dalla riproducibilità Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CRITERIO HORWITZ Guida all’espressione dell’incertezza di misura CVR % = 2 (1− 0 , 5 log C ) CVR%= scarto tipo di riproducibilità relativo percentuale C= concentrazione come frazione di massa •Valutazione empirica eseguita per prove chimiche con dati obsoleti •Alcuni Autori indicano di utilizzare la predittività limitandosi all’intervallo 120 ppb-10 ppm •Alcuni autori indicano di utilizzare sotto i 120 ppb la seguente: σR=0,22C Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali ESPRESSIONE DEL RISULTATO SUL RAPPORTO DI PROVA (proposto (proposto da da UNICHIM) UNICHIM) Guida all’espressione dell’incertezza di misura Parametro Metodo di prova N° di repliche Risultato Incertezza estesa Unità di misura Mercurio MI-AA-0012 1 162,4 ± 9,7 (k = 2,20) mg/kg Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali CONCLUSIONI Guida all’espressione dell’incertezza di misura UNI CEI ENV 13005:2000 § 3.4 CONSIDERAZIONI PRATICHE 3.4.8 “…..l’incertezza non può sostituirsi al pensiero critico, all’onestà intellettuale ed alla capacità professionale. La valutazione dell’incertezza non è né un compito di routine né un esercizio puramente matematico, ma dipende dalla conoscenza approfondita della natura del misurando e dalla misurazione. La qualità e l’utilità dell’incertezza attribuita al risultato di una misurazione dipendono pertanto, in definitiva dall’approfondimento, dall’analisi critica e dall’integrità morale di chi contribuisce ad assegnare il valore.” Dott. Stefano De Martin Validazione dei metodi e incertezza di misura nei laboratori di prova: le linee guida delle Agenzie Ambientali