Certyfikowane materiały odniesienia - Certified reference materials

Standardowa odniesienie do zielonej herbaty

Certyfikowane materiały odniesienia ( CRM ) to „kontrole” lub standardy stosowane do sprawdzania jakości i spójności metrologicznej produktów, do walidacji analitycznych metod pomiarowych lub do kalibracji przyrządów. Certyfikowany materiał odniesienia jest szczególną formą wzorca pomiarowego .

Materiały odniesienia są szczególnie ważne w chemii analitycznej i analizie klinicznej. Ponieważ większość oprzyrządowania analitycznego ma charakter porównawczy, do dokładnej kalibracji wymagana jest próbka o znanym składzie (materiał odniesienia). Te materiały odniesienia są produkowane zgodnie z rygorystycznymi procedurami produkcyjnymi i różnią się od odczynników laboratoryjnych pod względem certyfikacji i identyfikowalności dostarczonych danych.

Systemy zarządzania jakością obejmujące akredytację laboratoriów zgodnie z krajowymi i międzynarodowymi normami akredytacyjnymi/certyfikacyjnymi, takimi jak ISO/IEC 17025, wymagają powiązania metrologicznego z certyfikowanymi materiałami odniesienia (tam, gdzie to możliwe) przy stosowaniu materiałów odniesienia do kalibracji .

Chociaż certyfikowane materiały referencyjne są preferowane tam, gdzie są dostępne, ich dostępność jest ograniczona. Materiały odniesienia, które nie spełniają wszystkich kryteriów dla certyfikowanych materiałów odniesienia, są szerzej dostępne: zasadniczą różnicą jest dodatkowy dowód spójności metrologicznej i stwierdzenie niepewności pomiaru przedstawione na certyfikacie dla certyfikowanych materiałów odniesienia.

Terminologia

Definicje ISO REMCO

ISO REMCO, komitet ISO odpowiedzialny za wytyczne dotyczące materiałów odniesienia w ramach ISO, definiuje następujące klasy materiałów odniesienia:

Materiał referencyjny: Materiał, wystarczająco jednorodny i stabilny w odniesieniu do jednej lub więcej określonych właściwości, co do którego ustalono, że nadaje się do zamierzonego zastosowania w procesie pomiarowym.
Certyfikowany materiał odniesienia: Materiał odniesienia charakteryzujący się metrologicznie ważną procedurą dla jednej lub więcej określonych właściwości, wraz z certyfikatem, który podaje wartość określonej właściwości, związaną z nią niepewność oraz oświadczenie o spójności metrologicznej.

Terminologia alternatywna

Inne organy mogą inaczej definiować klasy materiału odniesienia. Wytyczne WHO dotyczące biologicznych materiałów odniesienia zawierają terminy:

Wzorce odniesienia: materiały używane jako kalibratory w testach
Międzynarodowy standard pomiaru biologicznego: substancja biologiczna dostarczana w celu umożliwienia wyrażania wyników testów biologicznych lub procedur testów immunologicznych w ten sam sposób na całym świecie
Wtórne wzorce odniesienia: Wzorce odniesienia skalibrowane i identyfikowalne względem pierwotnych materiałów WHO i przeznaczone do użytku w rutynowych testach
Odczynnik referencyjny: wzorzec referencyjny WHO, którego aktywność jest definiowana przez WHO w jednostkach

W przypadku substancji chemicznych niektóre farmakopee używają terminów WHO

Pierwotna chemiczna substancja odniesienia: chemiczna substancja odniesienia ... której wartość jest akceptowana bez konieczności porównywania z inną substancją chemiczną.
Wtórna chemiczna substancja odniesienia: substancja, której właściwości są przypisane i/lub skalibrowane przez porównanie z pierwotną chemiczną substancją odniesienia.

United States National Institute of Standards and Technology (NIST) używa terminu handlową oznaczone Standardowy Materiał odniesienia (SRM) w celu oznaczenia certyfikowanego materiału odniesienia, który spełnia dodatkowy NIST specyficznych dla kryteriów. Ponadto, komercyjni producenci stosujący się do kryteriów i protokołów zdefiniowanych przez NIST mogą używać znaku towarowego „NIST traceable reference material” do oznaczania certyfikowanych materiałów referencyjnych z dobrze zdefiniowanym powiązaniem identyfikowalności z istniejącymi standardami NIST dla pomiarów chemicznych.

Rodzaje materiałów referencyjnych

ILAC opisuje pięć następujących rodzajów materiałów referencyjnych:

Czyste substancje; zasadniczo czyste chemikalia , charakteryzujące się czystością chemiczną i/lub śladowymi zanieczyszczeniami.
Roztwory wzorcowe i mieszaniny gazów, często przygotowywane grawimetrycznie z czystych substancji.
Materiały odniesienia matrycy, charakteryzujące się składem określonych głównych, drugorzędnych lub śladowych składników chemicznych. Takie materiały można wytworzyć z matryc zawierających interesujące składniki lub przez przygotowanie mieszanin syntetycznych.
Fizyko-chemiczne materiały odniesienia, charakteryzujące się takimi właściwościami jak temperatura topnienia, lepkość czy gęstość optyczna.
Obiekty lub artefakty odniesienia charakteryzujące się właściwościami funkcjonalnymi, takimi jak smak, zapach, liczba oktanowa, temperatura zapłonu i twardość. Ten typ obejmuje również próbki mikroskopowe charakteryzujące się właściwościami od typu włókna po próbki mikrobiologiczne.

Produkcja

Główne etapy wytwarzania certyfikowanych materiałów odniesienia

Standardowe referencyjne masło orzechowe.

Przygotowanie certyfikowanych materiałów odniesienia opisano ogólnie w ISO Guide 17034, a bardziej szczegółowo w ISO Guide 35. Przygotowanie biologicznych standardów odniesienia opisano w wytycznych WHO. Ogólne kroki wymagane przy produkcji certyfikowanego materiału odniesienia zazwyczaj obejmują:

Zbieranie lub synteza materiału
Przygotowanie próbki (w tym homogenizacja, stabilizacja, butelkowanie itp.)
Testowanie jednorodności
Ocena stabilności
Przypisanie wartości („charakterystyka” w warunkach ISO REMCO).

Ponadto może być ważna ocena zamienności materiału odniesienia; jest to szczególnie ważne w przypadku materiałów biologicznych.

przygotowanie próbki

Szczegółowe przygotowanie próbki zależy od rodzaju materiału. Czyste wzorce są najprawdopodobniej wytwarzane przez syntezę chemiczną i oczyszczanie i charakteryzują się oznaczeniem pozostałych zanieczyszczeń. Często robią to producenci komercyjni. Naturalne CRM z matrycą (często skracane do „CRM z matrycą”) zawierają analit lub anality w naturalnej próbce (na przykład ołów w tkance ryb). Są one zazwyczaj wytwarzane przez homogenizację naturalnie występującego materiału, a następnie pomiar każdego analitu. Ze względu na trudności w produkcji i przypisaniu wartości, są one zwykle tworzone przez krajowe lub międzynarodowe instytuty metrologiczne, takie jak NIST (USA), BAM (Niemcy), KRISS (Korea) i EC JRC (Wspólne Centrum Badawcze Komisji Europejskiej).

W przypadku materiałów naturalnych homogenizacja jest często krytyczna; materiały naturalne rzadko są jednorodne w skali gramów, więc produkcja stałego materiału odniesienia o naturalnej matrycy zazwyczaj wymaga przetwarzania na drobny proszek lub pastę. Homogenizacja może mieć niekorzystny wpływ, na przykład na białka, dlatego producenci muszą uważać, aby nie przetwarzać materiałów nadmiernie. Ważna jest również stabilność certyfikowanego materiału odniesienia, dlatego można zastosować szereg strategii w celu przygotowania materiału odniesienia, który jest bardziej stabilny niż materiał naturalny, z którego jest przygotowywany. Na przykład można dodać środki stabilizujące, takie jak przeciwutleniacze lub środki przeciwdrobnoustrojowe , aby zapobiec degradacji, płyny zawierające certyfikowane stężenia metali śladowych mogą mieć dostosowane pH, aby utrzymać metale w roztworze, a kliniczne materiały odniesienia mogą być liofilizowane w celu długotrwałego przechowywania, jeśli można z powodzeniem odtworzyć.

Trzy kroki w produkcji naturalnego CRM do wody

Źródło: naturalny strumień
Homogenizacja i filtracja
Butelkowy CRM

Testowanie jednorodności

Testowanie jednorodności dla kandydującego materiału odniesienia zazwyczaj obejmuje powtórzone pomiary na wielu jednostkach lub podpróbkach materiału.

Testy jednorodności CRM są zgodne z zaplanowanymi projektami eksperymentalnymi . Ponieważ eksperyment ma na celu przetestowanie (lub oszacowanie wielkości) zmienności wartości między różnymi jednostkami CRM, projekty są wybierane tak, aby umożliwić oddzielenie zmienności wyników z powodu losowego błędu pomiaru i zmienności spowodowanej różnicami między jednostkami CRM. Wśród najprostszych projektów zalecanych do tego celu jest prosty zrównoważony projekt zagnieżdżony (patrz schemat).

Schemat zrównoważonego projektu zagnieżdżonego dla testu jednorodności CRM. Duże butelki pokazują zapakowane pojedyncze jednostki CRM; małe fiolki przedstawiają podpróbki przygotowane do pomiaru.

Zazwyczaj z partii pobiera się losowo 10-30 jednostek CRM; Zalecane jest losowe dobieranie warstwowe, tak aby wybrane jednostki były rozłożone w całej partii. Z każdej jednostki CRM pobiera się i mierzy taką samą liczbę podpróbek (zwykle dwie lub trzy). Podpróbki są mierzone w kolejności losowej. Inne projekty, takie jak losowe projekty blokowe , zostały również wykorzystane do certyfikacji CRM.

Przetwarzanie danych do testów jednorodności zwykle obejmuje test istotności statystycznej w celu wykazania różnic między jednostkami potencjalnego CRM. W przypadku powyższego prostego, zrównoważonego projektu, zazwyczaj wykorzystuje się test F następujący po ANOVA . Zaleca się również sprawdzenie trendów w zleceniu produkcyjnym. Takie podejście nie zostało przyjęte w ISO Guide 35:2017; nacisk kładzie się raczej na podjęcie decyzji, czy odchylenie standardowe między jednostkami jest wystarczająco małe do zamierzonego zastosowania końcowego. Jeśli jednak stosowane są testy statystyczne, eksperyment jednorodności powinien być w stanie wykryć istotną niejednorodność, a ISO Guide 35:2017 z kolei wymaga wystarczającej kombinacji precyzji procedury pomiarowej, liczby jednostek RM i liczby powtórzeń na jednostkę. Obliczenia mocy statystycznej mogą pomóc w zapewnieniu wystarczająco skutecznego testu.

W skrajnych przypadkach, takich jak mikroanaliza, materiały muszą być sprawdzane pod kątem jednorodności w skali submikronowej; może to wiązać się ze znacznie większą liczbą obserwacji i korekt w analizie statystycznej.

Ocena stabilności

Ocena stabilności i strategie testowania

Stabilność jest jedną z podstawowych właściwości CRM (patrz definicje powyżej), a ocena stabilności jest odpowiednio wymagana dla certyfikowanych materiałów odniesienia. Oczekuje się, że zostanie oceniona zarówno stabilność przy długotrwałym przechowywaniu, jak i w warunkach transportu. „Ocena” nie jest równoznaczna z „testowaniem”; niektóre materiały - na przykład wiele minerałów i stopów metali - mogą być tak stabilne, że badania eksperymentalne nie są uważane za konieczne. Inne materiały odniesienia są zwykle poddawane eksperymentalnym testom stabilności w pewnym momencie przed dystrybucją materiału do sprzedaży. W przypadku gdy materiały odniesienia są certyfikowane dla więcej niż jednej właściwości, oczekuje się wykazania stabilności dla każdej certyfikowanej właściwości.

Istnieją dwie ważne strategie testowania stabilności CRM; proste badania w czasie rzeczywistym i przyspieszone testy. Badania w czasie rzeczywistym po prostu utrzymują jednostki materiału w planowanej temperaturze przechowywania przez odpowiedni okres czasu i obserwują materiał w odstępach czasu. Przyspieszone badania wykorzystują szereg bardziej rygorystycznych warunków, najczęściej podwyższoną temperaturę, w celu sprawdzenia, czy materiał będzie prawdopodobnie stabilny w dłuższych skalach czasowych.

Badania stabilności w czasie rzeczywistym

Badania stabilności w czasie rzeczywistym po prostu przechowują zestaw jednostek RM w proponowanej temperaturze przechowywania i testują ich część w regularnych odstępach czasu. Wyniki są zwykle oceniane przez kontrolę i regresję liniową w celu określenia, czy nastąpiła znacząca zmiana mierzonej wartości w czasie.

Przyspieszone badania stabilności

Badania przyspieszone są stosowane od co najmniej połowy lat pięćdziesiątych, przynajmniej w przypadku biologicznych materiałów odniesienia. CRM są zazwyczaj monitorowane w zakresie temperatur, a wyniki są wykorzystywane do przewidywania szybkości zmian w proponowanej, zwykle niskiej temperaturze przechowywania. Często prognoza wykorzystuje dobrze znany model degradacji, taki jak model Arrheniusa . Przewaga nad badaniami w czasie rzeczywistym polega na tym, że wyniki są dostępne wcześniej, a prognozy stabilności w znacznie dłuższym okresie, niż można obronić badanie stabilności. Dla niektórych zastosowań badania przyspieszone zostały opisane jako jedyne praktyczne podejście:

W przypadku braku metody referencyjnej lub normy wyższego rzędu ... przyspieszone badania w warunkach stresowych stanowią jedyne podejście do oceny stabilności

— Światowa Organizacja Zdrowia

Główną wadą badań przyspieszonych jest to, że materiały odniesienia, jak każdy inny materiał, mogą ulegać degradacji z nieoczekiwanych przyczyn w czasie lub mogą ulegać degradacji zgodnie z różnymi modelami kinetycznymi ; prognozy mogą wtedy stać się niewiarygodne.

Badania izochroniczne

W większości badań stabilności, w czasie rzeczywistym lub przyspieszonych, kilka jednostek materiału odniesienia jest testowanych w odstępach czasu. Jeśli system pomiarowy używany do badania materiałów nie jest idealnie stabilny, może to generować nieprecyzyjne dane lub może być mylone z niestabilnością materiału. Aby przezwyciężyć te trudności, często możliwe jest przenoszenie jednostek RM w określonych odstępach czasu do pewnej temperatury odniesienia, w której pozostają one stabilne, a następnie testowanie wszystkich skumulowanych jednostek – które przeszły różne czasy ekspozycji – w tym samym czasie. Nazywa się to badaniem izochronicznym. Strategia ta ma tę zaletę, że poprawia precyzję danych wykorzystywanych do oceny stabilności kosztem opóźnienia wyników do końca okresu badania stabilności.

Languages

In other projects