MATERIALI DI RIFERIMENTO CERTIFICATI Roberto Morabito ENEA – UTS PROT morabito@casaccia.enea.it CORSO CIMACQ Qualità del dato analitico e validazione dei metodi di analisi chimica Ferrara, 15-16 aprile 2003

METODO ANALITICO CAMPIONAMENTO CONSERVAZIONE DEL CAMPIONE TRATTAMENTO DEL CAMPIONE Estrazione Derivatizzazione Purificazione ANALISI ELABORAZIONE E PRESENTAZIONE DEI RISULTATI

UT = (USampling + UStorage + UTreatment + UAnalysis + …) UNCERTAINITY OF ENVIRONMENTAL MEASUREMENTS UT = (USampling + UStorage + UTreatment + UAnalysis + …) 2 2 2 2 1/2

Uncertainty components for measurement of trace organophosphorus pesticide in bread. From: B. King, Analyst, 112, 197-204 (1997). Homogeneity Weighing Extraction Clean-up Concentration Dilution GC Determination 50 40 30 20 10 RSD (%)

SOURCES OF ERRORS IN ENVIRONMENTAL ANALYSIS SAMPLING Contamination Losses Change in speciation Representativeness STORAGE Adsorption on the containers walls Stability TREATMENT Contamination Losses Change in speciation Low extraction recovery Low derivatization yields ANALYSIS Interferents Matrix effects Calibration Blanks Analytical staff expertise

BASSA QUALITA’ DEI DATI Rischi sanitari Alimenti, farmaci, cosmetici, diagnosi,etc. Rischi ambientali Ecosistemi, biodiversità, gestione ambientale, etc. Rischi economici Ripetizione di analisi, distruzione di merci, etc.

IMPATTO ECONOMICO DELLE MISURE I Paesi industrializzati spendono circa il 6% del PIL in misure ed operazioni correlate con le misure. Fonte: Dati Unione Europea 1991 Il costo per la ripetizione di misure “non adeguate allo scopo” è stato stimato essere in: Germania 1982 ca. 12 miliardi di marchi (6 miliardi di EURO) USA 1988 ca. 5 miliardi di dollari (5 miliardi di EURO) UK 1993 ca. 1.3 miliardi di sterline (2 miliardi di EURO)

TOOLS FOR QUALITY ASSURANCE MEASUREMENT QUALITY CONTROL GLP SOP’s Staff Training Instrument Control Calibrants and Blank Control ASSESSMENT Independent methods Spiking experiments Reference materials Interlaboratory studies Statistic analysis

STANDARD OPERATION PROCEDURE Collection of samples. b) Pretreatment and storage of samples. c) Analysis of samples. d) Analytical quality control. e) Storage of data.

TOOLS FOR QUALITY ASSURANCE MEASUREMENT QUALITY CONTROL GLP SOP’s Staff Training Instrument Control Calibrants and Blank Control ASSESSMENT Independent methods Spiking experiments Reference materials Interlaboratory studies Statistic analysis

TOOLS FOR QUALITY ASSURANCE MEASUREMENT QUALITY CONTROL GLP SOP’s Staff Training Instrument Control Calibrants and Blank Control ASSESSMENT Independent methods Spiking experiments Reference materials Interlaboratory studies Statistic analysis

According to ISO: A reference material (also known as “Laboratory Reference Materials) is defined as a material, one or more properties of which are sufficiently well established to be used for the calibration of an apparatus, the assessment of measurement method or for assigning values to materials. A certified reference material (also known as “Standard Reference Materials) is defined as a reference material, one or more of whose property values are certified by a technically valid procedure, accompanied by or traceable to a certificate or other documentation that is issued by a certifying body.

LRMs CRMs LA FONDAMENTALE DIFFERENZA E’ NEL FATTO CHE I PARAMETRI CERTIFICATI SONO NOTI CON UNA ELEVATA ACCURATEZZA ED UNA PICCOLA INCERTEZZA

A reference material (also known as “Laboratory Reference Materials) is defined as a material, one or more properties of which are sufficiently well established to be used in an interlaboratory exercise for the evaluation of the comparability of data provided by the laboratories, or in the establishment of a quality control chart to evaluate the long term reproducibility of the laboratory. A certified reference material (also known as “Standard Reference Materials) is defined as a reference material, one or more properties of which are certified, with a stated uncertainity, by a technically valid procedure, which are traceable to a stated reference and accompanied by a certificate or other documentation issued by an accreditated body, to be used for the evaluation of the accuracy of the method(s) used by the laboratory. R. Morabito: EU Workshop on the “Needs for Improvement of the Measurement Infrastructure in Europe”, (1999).

VERIFICA DELL’ACCURATEZZA STIMA DELL’INCERTEZZA MATERIALE DI RIFERIMENTO CERTIFICATO VERIFICA DELL’ACCURATEZZA STIMA DELL’INCERTEZZA MATERIALE DI RIFERIMENTO DI LABORATORIO VERIFICA DELLA RIPRODUCIBILITA’ E DELLA CONFRONTABILITA’ DEI DATI TRA LABORATORI

CERTIFIED REFERENCE MATERIALS (CRMs) CAN BE: Pure substances or solutions for calibration and/or identification Matrix RMs with a composition close to real samples with a certified content of elements/compounds Methodologically defined RMs for parameters such as leachable or extractable elements/compounds (certified value defined according to a very strict protocol)

CRMs FOR ENVIRONMENTAL ANALYSIS Certified for chemical, sometimes physical, parameters Classical matrices are: Waters, soils, sediments and wastes for QC of inorganic and organic analysis (e.g. river, lake, sea, ground, and rainwaters, urban, agricultural and industrial soils, fresh and marine sediments, etc.) Biological samples for QC of environmental monitoring (e.g. mussels, oysters, plankton, fish tissues, aquatic, marine and terrestrial plants)

MATERIALI DI RIFERIMENTO Caratteristiche Rappresentatività Implica la piu’ elevata similarità tra il materiale di riferimento e i campioni routinariamente analizzati (simili fonti di errore) in termini di: Composizione della matrice Concentrazione degli analiti Modo con cui gli analiti sono legati alla matrice Stato fisico del materiale Omogeneità/stabilità - Omogeneità all’interno delle singole unità e tra le unità - - Stabilità a lungo termine - Certificazione del materiale Metodo primario utilizzato da un laboratorio specializzato – Metodo validato utilizzato da un laboratorio di un Ente certificante - - Metodi indipendenti utilizzati da un laboratorio di un Ente certificante - - Metodi indipendenti utilizzati da laboratori indipendenti -

Certifying Bodies BCR (Standards, Measurements and Testing Programme - EU) NIST (National Institute for Standards and Technology - USA) NRCC (National Research Council - Canada) NIES (National Institute for Environmental Sciences - Japan) IAEA (International Atomic Energy Agency - NATO) LGC (Laboratory for Government Chemist - UK)

PROPERTIES OF ENVIRONMENTAL RMs HOMOGENEOUS STABLE Maximum particle sizes : 60 m m and 40 m m - Soil, Plant Ash, Coal, Milkpowders - City Waste Ash, Freshwater Plankton Maximum particle sizes: 90 m m - Soils, Sediments, Sewage Sludges, Waste Material Maximum particle sizes: 125 m m - Plants, Foods, Animal Feeding Stuff, Tissues STABLE Stabilization by g irradiation Stabilization by drying (oven-drying; freeze-drying)

TRITURAZIONE parti a contatto del materiale: in plastica o teflonate; Centrifuga con setaccio 1 mm

liofilizzazione in bulk (ca. 1m2) Tmin = - 40° C Tmax = 30°C o 40°C Pmin 30 mtorr

Linea suoli (e sedimenti)

Valutazione dell’ omogeneità e della stabilità Utilizzo di metodi adeguati metodi in grado di evidenziare piccole differenze tra i campioni metodi, non importa se accurati, altamente riproducibili,utilizzati in condizioni di maggiore ripetibilità (stesso giorno, stesso operatore, stessa strumentazione, stessa calibrazione) Stabilità ripetuta ad intervalli periodici per l’intera “vita” del CRM

TEST di OMOGENEITA’ Numero di campioni (unico lotto) Tra unità (Between-bottles): singole analisi su un numero di unità pari al 2 – 5 % del lotto (tipicamente 20) Entro l’unità (Within-bottle): 5 o 6 analisi in ciascuna di 2 unità

Valutazione del grado di inomogeneità Il grado di inomogeneità (sinh) di un materiale viene valutato come differenza tra la varianza complessiva osservata (so2) e la varianza del metodo (sa2) (sinh= so2 - sa2) è importante ridurre quanto più possibile la varianza del metodo per migliorare la valutazione del grado di inomogeneità di un materiale.

CAUSE di INSTABILITA’ degradazione o trasformazione termica; decadimento spontaneo; crescita microbiologica; evaporazione, diffusione, perdite; reazioni con (o aiutate da) O2,CO2 umidità decomposizioni fotoindotte modificazioni della distribuzione granulometrica modificazioni dell’attività biologica dovute ad irraggiamento

Prove di stabilità PARAMETRI (combinati tra loro) tempo temperatura umidità illuminazione pressione (per valutazione della tenuta delle chiusure)

PROVE di STABILITA’ Sotto stress termico T = 40°C e 70°C Temperatura ambiente Sotto stress luminoso Solar box (550 Watt/m2)

Risultati prove di stabilità nessun cambiamento = materiale stabile da conservare e trasportare senza particolari precauzioni cambiamenti a 4°C = materiale da conservare in freezer e da trasportare al freddo cambiamenti a –20°C = materiale non stabile = da non preparare e/o certificare o al quale è necessario aggiungere stabilizzanti

-3s -2s -1s 1s 2s 3s 99.7% 95% 67%

AGGIUNTA DI STABILIZZANTI Mantenere il più possibile la rappresentatività del materiale a scopo analitico Verificare omogeneità

STIMA DELL’INCERTEZZA DEI RISULTATI ANALITICI UNI ENV 13005 (2000) – (GUM) APPROCCIO MISTO GUM/CONVALIDA DEL METODO IUPAC/EURACHEM CONVALIDA DEL METODO Utilizzo di metodi standardizzati Materiali di riferimento certificati Partecipazione a studi interlaboratorio UTILIZZO DI CRITERI GUIDA Horwitz

ANALISI DI MATERIALI DI RIFERIMENTO CERTIFICATI CONVALIDA DEL METODO ANALISI DI MATERIALI DI RIFERIMENTO CERTIFICATI Il metodo non è normato ma esistono MRC con matrice adeguati. Se lo scarto tipo di ripetibilità stretta è ritenuto di qualità sufficiente, allora basta confrontare la media con il valore certificato  verificando che sia soddisfatto il seguente criterio: dove: è lo scarto tipo del valore certificato e è il valore della variabile di Student per un livello di probabilità p (di solito pari a 0,95) e un numero di gradi di libertà  ricavabile dalla relazione Nel caso di verifica positiva, l’incertezza estesa U si ricava allora dalla seguente espressione: dove m è il numero di ripetizioni effettuate in condizioni routinarie.

VALUTAZIONE DELL’ACCURATEZZA C – Uc < T + Ut < C + Uc

GERARCHIA DEI MATERIALI DI RIFERIMENTO AMBIENTALI NUMERO CRESCENTE MATERIALI DI RIFERIMENTO CERTIFICATI MATERIALI DI RIFERIMENTO DI LABORATORIO II QUALITÀ CRESCENTE MATERIALI DI RIFERIMENTO DI LABORATORIO I CARATTERISTICHE COMUNI DELLE 3 CATEGORIE - OMOGENEI - STABILI - COMPOSIZIONE DELLA MATRICE NOTA - DISPONIBILITÀ COMMERCIALE

AUMENTO DEI COSTI AUMENTO DELLA QUALITÀ DEL MATERIALE DI RIFERIMENTO CERTIFICAZIONE AUMENTO DEI COSTI ANALISI AVANZATE PRODUZIONE ANALISI ORIENTATIVE OMOGENEITÀ DELLA MATRICE AUMENTO DELLA QUALITÀ DEL MATERIALE DI RIFERIMENTO