- 分析化學綜合教程(第二版)
- 馬惠莉 劉杰主編
- 3861字
- 2020-07-31 17:45:21
2.6 分析質量的控制與保證
2.6.1 分析質量保證的內容和目標
在實際分析工作中,分析測試的質量保證尤為重要。如果把實驗比作一個生產過程,把化驗室收到的樣品比作生產中使用的原材料,對原材料進行一系列的操作加工,則產生的“產品”即為分析測試數據報告。在化驗室中應用的許多質量控制和質量保證技術,如控制圖、儀器校正等,在形式上和生產過程中使用的質量控制和質量保證技術相似。
然而,進入化驗室的試樣不是均勻的,得到的“產品”也不是一個直覺的實體,而是有關試樣的信息,即分析測試數據。這些數據的報告可能在技術(生產、科研)領域、商業領域、國家安全領域或法律上有著非常重要的意義。那么,怎樣衡量數據的質量呢?當數據具有一致性,而且它們的不確定度小于準確度要求時,就認為這些數據有合格的質量;當數據過分離散或不確定度滿足不了準確度要求時,就認為這些數據是不合格的。
(1)質量保證
所有用于確保正確分析的手段均稱為“質量保證”(QA)。換句話講,質量保證就是確認測量數據達到預定目標的步驟。在各個領域中所用的質量保證體系應保證所獲得的測試數據與測量結果都能滿足所要求的準確度和精密度,并且應與操作者、時間與地點無關。這是至關重要的!
質量保證的任務就是把所有的誤差減小到預期的水平,以避免得出財產損失和危害人類健康的錯誤結論(見表2.6)。它包括兩方面內容:
① 質量控制 為產生達到質量要求的測量所遵循的步驟;
② 質量評定 用于檢驗質量控制系統處于允許限內的工作和評價數據質量的步驟。
表2.6 分析測試質量保證的任務及其意義
以上不僅表明了分析測量的重要性,同時也體現出企業通過提高分析測量的質量以保證對用戶的服務質量是多么必要。
分析測試是一個復雜的系統,在測試過程中的誤差來源/影響測試數據的因素也多。為了保證獲得高質量的分析結果,必須對可能影響結果的各種因素和測量環節進行全面的控制、管理,使之處于受控狀態。為此,必須建立一個完善的實驗室質量保證體系。
實際上,重要的是要知道生產工藝是否已經完全改變,以便采取措施校正這種新情況。這樣的問題屬于質量控制問題。
質量控制技術包括從試樣的采集、預處理到數據處理的全過程的控制操作和步驟。質量控制工作不僅是一項具體的技術工作,而且也是一項實驗室管理工作。實驗室質量保證體系主要包括以下幾方面內容:完善的組織機構、科學的實驗室管理、嚴格的過程控制、合理的資源配置、正確的操作規程以及分析工作者的技術考核等。其中過程控制在整個質量控制中占有非常重要的地位。
(2)過程控制
所謂過程控制是指“使過程處于受控狀態所采取的控制技術和活動”,即采取一定的措施對影響過程質量的所有因素,包括人員、環境條件、設備狀態、量值溯源和檢測方法等加以控制。過程控制的目的就是使分析測試過程始終處于受控制狀態,一旦發現“失控”,能及時找到原因,予以彌補糾正,從而將質量管理工作做到檢測的過程之中,起到“預防為主”的作用。
質量控制圖?是實驗室經常采用的一種簡便而有效的過程控制技術。它是以過程中某一特定統計量為質量特征按抽樣順序繪出的。用以繪制質量控制的統計量有平均值、標準偏差和極差等,其中平均值應用最廣。
在質量控制中,通常將以相距中心線(CL,平均值)±3倍標準差的波動范圍作為合理的控制界限,稱為上控制限(UCL)和下控制限(LCL)。有時還在質量控制圖上畫出上警告限(UWL)和下警告限(LWL),其波動范圍是±2倍標準差,如圖2.6所示。
圖2.6 質量控制圖
根據控制圖可以判斷數據是否是在統計控制之中,即是否可將數據看作來自單一總體的隨機樣本。若某次控制標準的分析結果未超出控制限,說明此次分析過程處于受控狀態,同時進行的那批試樣的分析結果是可靠的。若某次控制標準的分析結果超出了控制限,則可認為那次分析過程“失控”,應查明原因后重新測定。
由于具有實驗隨機性的特性,控制圖在找出實驗室研究數據的系統誤差源、評價企業生產及控制分析數據方面是非常有用的。由此可見,分析測試質量保證的基本內容就是統計學和系統工程與特定的生產或測量實踐的有機結合。
注:質量控制圖的繪制原理及方法可查閱相關手冊或資料。
2.6.2 分析測試的質量評價
分析測試的質量評價是對測量過程進行監督的方法與過程。
(1)分析測試質量評價的目的
分析測試質量評價的目的是讓委托方或主管部門相信分析測量結果是準確可靠的,能滿足預期要求,或者測量實驗室具有進行某一測量工作的能力,有提供準確、有效測量結果的組織和技術保證,從而實現在國際貿易和技術交流中雙邊相互承認測量結果。
(2)分析測試質量評價的方法
分析測試質量評價的方法是對分析結果是否“可取”做出判斷。質量評價方法分為“實驗室內”的質量評價和“實驗室間”的質量評價兩種。
① 實驗室內的質量評價 包括:通過多次重復測定確定偶然誤差;用標準物質或其他可靠的分析方法檢驗系統誤差;互換儀器以發現儀器誤差,交換操作者以發現操作誤差;繪制質量控制圖以便及時發現測量過程中的問題。
② 實驗室間的質量評價 由一個中心實驗室指導進行。它將標準樣(或管理樣)分發給參加的各實驗室,從而考核各實驗室的工作質量,評價這些實驗室間是否存在明顯的系統誤差。
實驗室間的質量評價是十分重要的,通過評定可以避免化驗室內部的主觀誤差因素,客觀地評價測量結果的系統誤差。同時它也是對化驗室測試水平進行鑒定、認可的重要手段。
此外,在質量管理中也常用“允許差”(或公差)。在我國分析方法的國家標準中,經常見到某方法的允許差。表2.7所示即為國家標準規定(代用法)的硅質原料分析結果的允許誤差范圍。
表2.7 國家標準規定(代用法)的硅質原料分析結果的允許誤差范圍
“公差”是生產部門對分析結果允許誤差的一種表示方法。如果分析結果超出允許的公差范圍,稱為“超差”。該項分析工作應該重做。
允許差實質上是各分析值差的置信限,其置信概率通常取95%。允許差是對標準樣品而言的,即是指對標準試樣獨立進行n次測定,其平均值與標準值之差不超過某一定值,則稱為“標準允許差”,它反映對測定值準確度的要求。
如光度法測定鑄鐵中的P(磷),方法規定:
P含量≤0.050% 時,允許差為0.005%;
P含量= 0.051%~0.15%時,允許差為0.01%。
允許差是對特定分析方法及試樣中被測組分含量來定義的,是衡量測試方法的精密度和準確度的指標。如上述P含量≤0.050%時,則要求分析者得到的K個測定值的極差不能超過0.005%,否則就叫“超差”,這其中至少有一個值可疑。
許多時候,判別試樣中某組分的分析結果是否可靠,往往是在真值未知的情況下,根據復驗結果與原結果之間差值的大小來確定的。這時要區別的是兩個測定值之差是否在許可范圍內的問題,而不是誤差問題。
目前,國家標準中,對含量與允許公差的關系常常用回歸方程式表示。
習題
1.說明隨機誤差與系統誤差之間的差別。
2.解釋重復性和重現性的含義。
3.什么是實驗室之間的實驗?為什么需要進行實驗室之間的實驗?
4.個人誤差不能靠“估計”來校正,為什么?
5.簡述空白實驗的意義,為什么空白值不宜很大?
6.對系統誤差進行檢驗或消除有哪些方法?談談對照實驗的意義。
7.如何保證測量結果的準確性?
8.討論分析方法的選擇原則。
9.為了探討某江河地段底泥中工業污染物的聚集情況,某單位于不同地段采集足夠量的原始平均試樣,混勻后,取部分試樣送交分析部門。分析人員稱取一定量試樣,經處理后,用不同方法測定其中有害化學成分的含量。試問這樣做對不對?為什么?
10.下列情況中將引起什么誤差?哪些為系統誤差?應如何消除?
(1)砝碼被腐蝕;
(2)滴定管最后一位數據估計不準;
(3)容量瓶和移液管不配套;
(4)以含量為99%的硼砂作基準物質標定HCl溶液的濃度;
(5)以失去少量結晶水的基準H2C2O4·2H2O標定NaOH溶液的濃度;
11.用正確的有效數字報告下列計算結果:
(1)計算質量分數為37%的HCl溶液的物質的量濃度(摩爾質量為36.441g·mol?1,密度為1.201kg?L?1)。
(2)計算2.5×10?2mol?L?1HCl溶液的pH值。
(3)計算pH值為2.58的某溶液的H+ 濃度。
12.用返滴定法測定某組分的含量,按下式計算結果:
問:該分析結果應用幾位有效數字報出?
13. 用分光光度法測定Fe,得到以下一組吸光度數據:0.390,0.380,0.381,0.380,0.370,0.375。根據以上數據計算:
(1)中位數;(2)平均值;(3)標準偏差;(4)RSD;
(5)絕對誤差和相對誤差(用千分率表示,假定吸光度的真值是0.370)。
14.黏土標準試樣SiO2含量(%)為64.30。甲用NH4Cl法測得結果分別為:64.51,64.52,64.50。乙用K2SiF6法測得結果分別為:64.36,64.32,64.31。計算甲乙二人測定結果的絕對誤差和相對誤差,并比較二人的準確度和精密度。
15.某試樣經分析測定含錳的質量分數(%)為:41.24,41.27,41.23,41.26。 求分析結果的平均偏差、標準偏差和變異系數。
16.若分析5片藥片得到阿司匹林含量的平均值為245mg,已知一批止痛片中的阿司匹林含量的總體平均偏差為7mg。求此時描述的止痛片95%置信區間是多少?
17.某人測定一溶液的濃度(mol?L?1),結果如下:0.1038,0.1042,0.1053,0.1039。問第3個結果是否應舍去?若測定了第5次,結果為0.1041,此時第3個結果(0.1053)是否應舍去?用Q檢驗法判斷(P = 0.90)。
18.標定某HCl溶液,4次平行測定結果(mol?L?1)分別是:0.1020,0.1015,0.1013,0.1014。分別用檢驗法和Q檢驗法(P=0.90)判斷數據0.1020是否應該舍去。
19.有一分析天平的稱量誤差為 ±0.3mg,如稱取0.05g試樣,相對誤差是多少?如稱取1g試樣,相對誤差又是多少?這說明什么問題?
20.測定水泥熟料中SiO2的含量(%),所得分析結果為:21.45,21.30,21.20,21.50,21.25。
(1)試判斷該組數據中是否有應該舍去的數據;
(2)計算測定結果的算術平均值、個別測量的絕對偏差、算術平均偏差和標準偏差。
(3)報出分析結果。
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