Validarea testelor cuvetă pentru analizele de apă potabilă

Transkript

1 STUDIU DE CAZ ANALIZE DE LABORATOR TESTELE CUVETĂ APĂ POTABILĂ Validarea testelor cuvetă pentru analizele de apă potabilă În 2007 Rheinisch-Westfälische Institut für Wasser Beratungs- und Entwicklungsgesellschaft mbh (IWW) a fost însărcinat să efectueze un studiu pentru a determina permisiunea oficială de utilizare a testelor cuvetă pentru analiza apei potabile în conformitate cu Ordonanța privind Apa Potabilă din 2001 (Trinkwasserverordnung 2001). Studiul a stabilit că: Precizia, veridicitatea şi limita de detectare a testelor cuvetă LANGE studiate, corespund cu cerințele Ordonanței referitoare la Apa Potabilă (DWO) privind metodele de analiză. Acestea sunt, prin urmare, potrivite în principiu pentru analize oficiale ale apei potabile. Autor: Ralf König - Dipl.-Chim. - Vertical Market Manager HACH LANGE

2 2 CERINȚELE PRIVIND ANALIZA APEI POTABILE Testele cuvetă respectă legislația în ceea ce priveşte apa potabilă? Acreditare În principiu, metodele nestandardizate pot fi incluse în activitatea de acreditare, în cazul în care acestea s-au dovedit a fi potrivite pentru utilizator şi au fost validate în consecință. Caracteristicile metodei de analiză trebuie să satisfacă cerințele specificate în Anexa 5 a Ordonanței privind Apa Potabilă. Pe lângă dovada de bază a potrivirii metodelor (ex. prin acest studiu), un laborator trebuie să furnizeze dovada simplificată că îndeplineşte cerințele cu privire la caracteristici. Metoda de testare trebuie să fie aprobată de organismul de acreditare, ca parte a procesului de acreditare (ISO 17025) şi trebuie să fie inclusă în certificat (sau în anexa certificatului) În acest context trebuie să fie furnizată dovada potrivirii metodei pentru scopul intenționat (în conformitate cu secțiunea 5.4 a ISO 17025). Munca de validare necesară trebuie sa fie efectuată de către laborator şi, daca este necesar, de către producătorul metodei. Laboratorul se ocupă de asigurarea calității interne (carduri de control) şi externe (participarea cu succes la testele inter-laboratoare) pentru metodă. În cele din urmă, trebuie să fie confirmată oficial conformitatea cu cerințele menționate mai sus, sau recunoscută de către organismul de notificare în conformitate cu secțiunea 15 (5) a Ordonanței privind Apa Potabilă. Dacă aceste criterii sunt îndeplinite, nu există nici un impediment legal, care să justifice neincluderea testelor cuvetă în portofoliul intern de metode al laboratorului. Fundalul În Germania, analizele oficiale ale apei potabile sunt reglementate prin lege. Ele pot fi realizate numai de către laboratoarele notificate, special autorizate, folosind metode specificate în conformitate cu Ordonanța privind Apa Potabilă. Pentru că Ordonanța Germană privind Apa Potabilă din 2001 înglobează aproape complet conținutul Directivei Europene privind Apă Potabilă, cele mai multe condiții si cerințe ale sale se aplică în mod similar în celelalte State Membre UE. În contrast cu situația relativă la apa uzată, legislația pentru apă potabilă nu specifică concret cerințele metodologice. În principiu, orice metodă care produce rezultate suficient de sigure, și a cărei caracteristici de performanță respectă cele definite în Anexa 5, secțiunea 15 a Ordonanței privind Apa Potabilă, poate fi folosită. Caracteristicile de performanță (CP) sunt veridicitatea, precizia și limita de detectare, exprimate în procente (în acest caz 10 %) din valoarea limită. Un alt criteriu de autorizare, nu mai puțin important, este cerința ca metoda alternativă să fie conformă cu standardele tehnice general recunoscute. În plus, un laborator care vrea sa folosească testele cuvetă ca alternativă la metodele standardizate, trebuie să dețină o acreditare valabilă în conformitate cu DIN ISO Cerințe privind acreditarea Dacă nicio metodă nu este specificată de către client, un laborator de analize este obligat sa aplice cele mai potrivite metode de analiză [3]. Aceste metode adecvate trebuie să fi fost publicate în standarde internaționale, regionale sau naționale sau de către organizațiile tehnice de renume sau în revistele științifice relevante sau să fi fost descrise în mod clar de către producătorul metodelor (ex. testele cuvetă) Metodele dezvoltate sau adoptate de către laborator pot fi de asemenea folosite dacă sunt adecvate pentru utilizare și validate corespunzător. Clientul trebuie informat cu privire la metoda aleasă. Validarea de bază a testelor cuvetă O metodă de testare este validată prin examinarea: - incertitudinii măsurătorii - limitei de detectare și limitei de cuantificare - selectivității - linearității - preciziei - veridicității - stabilității față de influențele externe (sensibilități cauzate de proba anterioară, influențe în matricea eșantion) În plus, metoda alternativă ar trebui să producă niște rezultate care sunt suficient comparabile cu cele obținute folosind metoda standard corespondentă.

3 3 Toate măsurătorile au fost efectuate cu un spectrofotometru HACH LANGE DR 5000 UV-VIS (a se vedea Fig. 1) Calibrarea de bază a fost efectuată folosind soluțiile de calibrare pregătite prin întărirea soluțiilor fără matrice (apa ultrapură) cu respectivele probe [1]. Au fost utilizate materiale de referință certificate pentru a întări probele. Limita de cuantificare a fost determinată măsurând zece soluții de calibrare cu niveluri de concentrație echidistante, începând cu cea mai mică concentrație a unui test cuvetă pe parcursul a 10 zile. Întregul interval de măsurare a fost validat prin măsurarea de la două la cinci soluții de calibrare suplimentare până la cel mai înalt nivel de concentrație al intervalului de măsurare. Pentru validarea testelor cuvetă, datele de calibrare de bază au fost evaluate și folosite pentru a calcula următoarele specificații ale metodei: Funcția de calibrare și caracteristici de performanță - Gradient (b, măsura sensibilității) - Interceptare - Deviația standard a reziduurilor (s y, dispersarea valorilor măsurate în jurul liniei de regresie.) - Metoda de deviație standard (s x0, măsura absolută a preciziei calibrării) - Coeficientul de variație al metodei (V x0 deviația standard a metodei relative, măsura relativă a preciziei calibrării) Verificarea linearității și Determinarea limitelor de detectare şi cuantificare în conformitate cu DIN În plus, s-a examinat omogenitatea varianțelor din intervalul de măsurare. Caracteristicile de performanță au fost calculate cu Programe pentru controlul statistic al datelor analitice SQS (Versiunea 1.51, Perkin Elmer, Rodgau-Jügesheim). Fig. 1: DR 5000 Spectrofotometru cu touchscreen, rotativ, măsurare rotativă a codurilor de bare şi detectare automată a erorilor, pentru o evaluare fiabilă a tuturor testelor cuvetă LANGE Nr. Parametru LANGE test cuvetă Standard Interval de măsurare Valoarea limită DWO PC (%) PC (mg/l) al testului cuvetă 1 Aluminiu LCK301 DIN ISO ,02 0,5 mg/l 0,2 mg/l 10 0,02 (Cromazurol S) (Violet pirocatecol) 2 Amoniu LCK304 DIN ,02 2,5 mg/l 0,5 mg/l 10 0,05 (Albastru indofenol) (Albastru indofenol) 3 Clor, liber LCK310 DIN EN ISO ,05 2 mg/l min. 0,1 mg/l, - - (după dezinfecție) (DPD) (DPD) max. 0,3 mg/l 4 Clor, total LCK310 DIN EN ISO ,05 2 mg/l (DPD) (DPD) 5 Fier, urme LCK521 DIN E1-1 0,01 1 mg/l 0,2 mg/l 10 0,02 (1,10 fenantrolină) (1,10 fenantrolină) 6 Mangan, urme LCW532 DIN E2 0,005 0,5 mg/l 0,05 mg/l 10 0,005 (Indicator PAN) (Formaldoxim) 7 Azotat LCK339 (Dimetilfenol 2,6) DIN38405 D9-1 (Dimetilfenol 2,6) 1 60 mg/l 50 mg/l Azotit, urme LCK541 DIN EN ,005 0,1 mg/l 0,5 mg/l, sau 0,1 mg/l 10 0,01 (Deazotizare) (Deazotizare) la ieşirea instalației de tratare a apei 9 Ortofosfat LCK349 (Albastru molibden) DIN EN ISO 6878 (Albastru molibden) 0,15 4,5 mg/l 6,7 mg/l - - Tabel 1: Metodologie, valorile limită şi caracteristicile de performanță (PC) ale parametrilor de analiză selectați în conformitate cu Ordonanța privind Apa Potabilă din 2001 (DWO)

4 4 ANALIZEI APEI POTABILE_VALIDAREA Validarea testelor cuvetă: precizie Fig. 2: Cuvetă dreptunghiulară de 5 cm pentru depistarea precisă a urmelor de fier, mangan şi azotit V x0 (%) 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 LCK301 Aluminiu Precizie Evaluarea preciziei metodei folosind coeficientul de variație în proces Coeficientul de variație în proces (deviația standard relativă în proces, V x0 ) este utilizat pentru a evalua nivelul de precizie a unei operațiuni de calibrare. Coeficientul de variație în proces, este o măsură a calității unei metode de testare. Mai mult, aceasta permite compararea metodelor de analiză cu diferite intervale de măsurare. Coeficienții de variație în proces ai testelor cuvetă examinate (Fig. 3) sunt toți sub 3 %. Metodele, prin urmare, demonstrează o precizia bună spre foarte bună. De remarcat sunt în special testele cuvetă pentru amoniu, fier, azotit și fosfat, ai căror coeficienți de variație în proces sunt sub 1 %, indicând faptul că sunt într-adevăr precise. Coeficienți de variație în proces ai testelor cuvetă 2,2 2,21 2,13 1,84 LCK304 Amoniu 0,42 LCK521 Fier, urme 0,70 LCW532 Mangan, urme 1,19 LCK339 Azotat LCK541 Azotit, urme LCK349 ortofosfat LCK310 Clor, liber LCK310 Clor, total Fig. 3: Coeficienți de variație în proces (V x0 ) ai testelor cuvetă LANGE (calibrare de bază) 0,51 0,74 Precizia analizei la valoarea limită ( 10 %) În chimia analitică, precizia unei metode depinde de concentrația probelor de analizat. Aceasta scade în momentul în care se apropie de limita de jos a intervalului de măsurare. În conformitate cu legislația referitoare la apa potabilă, rezultatele metodelor de măsurare autorizate trebuie să nu se abată cu mai mult de 10 % de la valorile limită specificate în legislație. Caracteristicile de performanță specificate pentru precizie în Ordonanța privind Apa Potabilă, se referă la concentrația parametrului la valoarea limită. Aceasta este destinată asigurării că metoda de analiză aplicată este cel puțin potrivită pentru detectarea concentrației probei la valoarea limită. Precizia analitică a testului cuvetă a fost calculată cu Programul pentru controlul statistic al datelor analitice SQS (Versiunea 1.51, Perkin Elmer, Rodgau-Jügesheim) și datele validării de baza. Toate testele cuvetă validate, ale căror caracteristici de performanță sunt specificate în Ordonanța privind Apa Potabilă (aluminiu, amoniu, fier, mangan, azotit şi azotat) au un nivel înalt de precizie analitică la valoarea limită. Toate oferă rezultate a căror deviație nu depaşeşte 10 %. În cazul amoniului, fierului și nitratului, dispersarea rezultatelor este sub 3 %. Ordonanța privind Apa Potabilă nu definește caracteristici de performanță pentru parametrii clorului (liber/total) și pentru orto-fosfați.

5 5 Precizia în conformitate cu condițiile de repetabilitate Un alt obiectiv de calitate al analizei de rutină este acela de a asigura precizia constantă și veridicitatea rezultatelor analizelor pe o perioadă lungă de timp. Precizia metodei a fost examinată și evaluată pe o perioadă de 2 până la 3 săptămâni, efectuând în mod sistematic analize de control repetate (zece în total, cu dublă determinare) în probe de apă potabilă reală fortificate și în zile diferite de măsurare. În acest scop, deviația standard în serie (dublă determinare pe zi de măsurare) precum și deviația standard între serii au fost calculate, la fel ca deviația standard totala, în conformitate cu Funk et al. [5]. În condiții de repetabilitate, toate testele cuvetă examinate prezintă o precizie bună spre foarte bună. Rezultatele analizelor nu au variat în funcție de timp. Rezistență: Influența diferitelor loturi de reactivi asupra preciziei Rezistența este o măsură a insensibilității relative a unei metode de analiză față de schimbările din condițiile analitice generale. Rezistența testelor cuvetă a fost examinată folosind reactivi din diferite loturi de producție. Pentru a face acest lucru, a fost efectuată o triplă determinare a unei soluții standard întro soluție fără matrice (apă ultrapură) în condiții de repetabilitate cu teste cuvetă din două loturi de producție diferite. Valorile medii ale celor două serii de măsurare (în fiecare caz N=3) cu loturi diferite de reactivi diferă doar puțin. Pentru toate testele cuvetă examinate, deviația standard relativă pentru toate valorile măsurate (N=6), ca măsură de dispersare, este bună spre foarte bună. Pentru toate metodele, deviația standard relativă, este sub 3 %. Lotul de reactivi nu are o influență detectabilă asupra preciziei. Corectitudine Determinarea ratelor de recuperare Corectitudinea este o măsura a deviației valorii măsurate (sau media mai multor valori măsurate) de la valoare corectă (adevărată) din cauza unei erori sistematice. Pentru a testa corectitudinea testelor cuvetă, probele au fost îmbogățiți cu materiale de referință certificate pentru a crea matrice reale de apă potabilă [1]. Soluțiile fortificate de testare au fost analizate de șase ori în condiții de repetabilitate, folosind testele cuvetă. Corectitudinea a fost determinată prin rata de recuperare după ce valorile măsurate au fost verificate din punct de vedere al deviațiilor (metoda Grubbs, P=99 %). Rata de recuperare corespunde cu media valorilor măsurate (N=6) exprimată ca procentaj din concentrația țintă a probelor fortificate. Fig. 4: Test cuvetă LCK310 Clor (liber şi total) Fig. 5: Test cuvetă LCK349 ortofosfat

6 6 ANALIZEI APEI POTABILE_VALIDAREA Validarea testelor cuvetă: corectitudine Ratele de recuperare ale testelor cuvetă examinate sunt între 92,5 si 102 %. Acestea îndeplinesc prin urmare, toate cerințele Ordonanței privind Apa Potabilă, cu privire la corectitudinea cerută (10 % deviație relativ la valoarea limită). o excepție. Cele mai mari rate de recuperare pe întregul interval al matricelor au fost obținute cu testele cuvetă cu fier și ortofosfat (96,9 98,6 %). Ratele de recuperare pentru toate metodele sunt bune spre foarte bune, în funcție de matrice. Fig. 6: Ideal pentru determinarea concentrațiilor scăzute de mangan LCW532 LCK/Parametru Rata de recuperare (%) LCK301 Aluminiu 91,8 LCK304 Amoniu 98,2 LCK310 Clor, liber 94,9 LCK310 Clor, total 91,5 LCK521 Fier, urme 99,2 LCW532 Mangan, urme 98,0 LCK339 Azotat 100,8 LCK541 Azotit, urme 91,2 LCK349 ortofosfat 97,6 Tabelul 2: Rata de recuperare a testelor cuvetă în apă ultrapură Ratele de recuperare în diferite matrice Unul dintre principalele criterii de calitate al unei metode de testare este oportunitatea utilizării ei cu probe reale. Efectele matrice și pașii individuali ai procesului se pot exprima în imprecizia crescută și/sau ca o deviație sistematică constantă sau proporțională a rezultatelor analizelor față de valorile reale. Calcularea funcției de recuperare într-o matrice de apă potabilă specială este un mod potrivit pentru a determina un efect matrice. Ca matrice, apa potabilă reală a fost fortificată cu soluții standard: hipoclorit (0,8 mg/l Cl 2 liber), calciu 365 mg/l CaCO 3 = 20 dh), fier (2 mg/l Fe) și mangan (1 mg/l Mn). Pentru fiecare test cuvetă, a fost generată o funcție de recuperare pe tot intervalul de măsurare, folosind cele patru matrice de apă potabilă. Ratele de recuperare ale testelor cuvetă examinate au fost între 90 și 100 % și îndeplinesc cerințele Ordonanței privind Apa Potabilă din 2001 cu privire la caracteristica de performanță corectitudine. Testul cuvetă cu aluminiu, care a prezentat o rată de recuperare de doar 85,1 % în matricea de mangan, a fost Verificarea limitei de cuantificare (în conformitate cu DIN 32645) Anexa 5 a Ordonanței privind Apa Potabilă definește caracteristicile de performanță pentru limita de detectare ca procent din valoarea limită. Limita de detectare este cea mai joasă concentrație a unei probe care poate fi determinată din punct de vedere calitativ, în timp ce limita cuantificării este cea mai joasă concentrație a unei probe care poate fi determinată din punct de vedere cantitativ. Limita de cuantificare este cea mai joasă concentrație la care măsurarea satisface o anumită cerință de precizie. Pentru că analizele de apă potabilă implică determinarea cantitativă a concentrației probelor, s-a utilizat mai degrabă limita de cuantificare, decât limita de detectare în scopul acestei validări, pentru a evalua performanța metodei de testare. Limita de cuantificare a fost determinată în conformitate cu DIN (metoda liniei de calibrare) măsurând 10 soluții standard de calibrare cu concentrații echidistante, începând cu cea mai joasă concentrație a intervalului de măsurare a metodei de testare HACH LANGE, pe o perioadă de zece zile.

7 7 Testele cuvetă pentru determinarea aluminiului, amoniului, fierului (urme), mangan (urme), azotat si azotit (urme) satisfac specificația caracteristicilor de performanță pentru limita de detectare. Pentru parametrii clor (liber și total) și ortofosfat, nu e specificată nici o caracteristică de performanță în Ordonanța privind Apa Potabilă din Limitele de cuantificare ale acestor metode sunt în intervalul obținut folosind metodele fotometrice standard similare. Nr. Test cuvetă examinat Interval de măsurare al testului cuvetă în mg/l Limita de cuantificare (mg/l) Limita de detectare (%) 1 LCK301 Aluminiu 0,02 0,5 0,017 8, LCK304 Amoniu 0,02 2,5 0,0086 1, LCK310 Clor, liber 0,05 2 0, LCK310 Clor, total 0,05 2 0, LCK521 Fier, urme 0,01 1 0, LCW532 Mangan, urme 0,005 0,5 0, LCK339 Azotat ,44 0, LCK541 Azotit, urme 0,005 0,1 0,0063 6, LCK349 ortofosfat 0,15 4,5 0,045 0,67 - PC al limitei de detectare DWO (%) Tabel 3: Limite de detectare ale testelor cuvetă LANGE examinate în comparație cu cele specificate în Ordonanța privind Apa Potabilă Compararea testelor cuvetă cu metode fotometrice standard Acest studiu se bazează pe o comparație a caracteristicilor de performanță ale celor două metode (teste cuvetă versus metode fotometrice standard). Caracteristicile de performanță ale metodelor de testare fotometrice au fost determinate separat, în cadrul studiului [1]. În plus, în scopul de a evalua comparabilitatea rezultatelor analizelor din probele reale, au fost efectuate de 6 ori analizele eșantioanelor matrice de apă potabilă fortificată, în condiții de repetabilitate, folosind testele cuvetă și metodele fotometrice standardizate. Toate metodele fotometrice standardizate care au fost examinate au dat rate de recuperare în matricea de apă potabilă, ca măsură a corectitudinii, între 91,0 și 103,8 %. Pentru toate metodele examinate, deviația standard relativă în serie, în condiții de repetabilitate, ca măsură a preciziei, s-a aflat între 0,29 și 2,6 %, astfel putând fi descrisă ca bună până la foarte bună. Metoda de testare fotometrică standard pentru azotat este o excepție, la fel cum coeficientul de variație în proces de 4,9 % se află peste limita de 3 % pe care toate celelalte valori o respectă. Este de remarcat faptul că precizia testelor cuvetă pentru mangan și azotat este mai bună decât cea a metodei fotometrice standard. În general, limitele de cuantificare ale testelor cuvetă au aceeaşi magnitudine ca cele ale metodelor fotometrice standardizate. Fig. 7: Test cuvetă LCK521 Fier, urme

8 ANALIZEI APEI POTABILE_REZUMATUL Evaluarea finală a validării Într-un studiu de validare al IWW, nouă teste cuvetă fotometrice LANGE au fost validate la nivel experimental iar caracteristicile lor de performanță au fost examinate și evaluate conform Ordonanței privind Apa Potabilă din Testele cuvetă pentru determinarea aluminiului, amoniului, fierului (urme), mangan (urme), azotat şi azotit (urme) satisfac cerințele Ordonanței privind Apa Potabilă din 2001 cu privire la corectitudinea caracteristicilor de performanță, precizie şi limita de detectare. Caracteristicile de performanță sunt toate sub 10 %. Pe baza caracteristicilor de performanță determinate, aceste teste cuvetă sunt în esență adecvate pentru utilizare în analizele apei potabile și brute. Ordonanța privind Apa Potabilă din 2001 nu menționează caracteristici de performanță pentru trei din testele cuvetă HACH LANGE examinate: cu clor (liber), clor (total) și ortofosfat. Caracteristicile de performanță pentru testele cuvetă cu ortofosfat (corectitudine, precizie și limita de cuantificare) sunt toate sub 10 %. Acest test cuvetă ar respecta de asemenea cele trei caracteristici de performanță și îndeplinesc toate criteriile. În cazul testelor cuvetă cu clor (liber) și clor (total), precizia și limita de cuantificare sunt peste 10 % iar corectitudinea este sub 10 %. Test cuvetă LANGE Principiu de măsurare similar cu cel al standardului Deviația corectitudinii 10 % Deviația preciziei 10 % LCK301 Aluminiu Nu Da Da Da LCK304 Amoniu Da Da Da Da LCK521 Fier, urme Da Da Da Da LCW532 Mangan, urme Nu Da Da Da LCK339 Azotat Da Da Da Da LCK541 Azotit, urme Da Da Da Da Tabel 4: Caracteristicile de performanță ale testelor cuvetă LANGE Fig. 8: Test cuvetă LCK339 cu Azotat Conform acestui rezultat, caracteristicile de performanță sunt în mare de magnitudinea celor ale metodelor fotometrice standard. Motivul este stabilitatea limitată a soluțiilor standard de control, care trebuie sa fie proaspăt preparate ceea ce este prin urmare independent de metoda de analiză. Limita deviației cuantificării 10 % Bibliografie [1] Prüfung und Bewertung ausgewählter HACH LANGE Prüfverfahren für die Untersuchung von Trinkwasser gemäß Trinkwasserverordnung 2001, 2008, IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser Beratungs- und Entwicklungsgesellschaft mbh, Moritzstraße 26, Mülheim an der Ruhr [2] Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (Trinkwasserverordnung TrinkwV 2001) vom 21. Mai 2001; BGBl., Teil I, Nr. 24 vom , S [3] DIN EN ISO/IEC 17025: ; Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien (ISO/IEC 17025:2005); Deutsche und Englische Fassung EN ISO/IEC 17025:2005 [4] Liste der Aufbereitungsstoffe und Desinfektionsverfahren gemäß 11 Trinkwasserverordnung 2001, Umwelt Bundesamt 2004 [5] Qualitätssicherung in der Analytischen Chemie, Funk W., Dammann V., Donnevert G, 2005; Wiley-VCH, Weinheim DOC Apr09