какие вклады должна учитывать лаборатория при оценивании неопределенности измерений

Какие вклады должна учитывать лаборатория при оценивании неопределенности измерений

Об актуальных изменениях в КС узнаете, став участником программы, разработанной совместно с АО “Сбербанк-АСТ”. Слушателям, успешно освоившим программу выдаются удостоверения установленного образца.

Программа разработана совместно с АО “Сбербанк-АСТ”. Слушателям, успешно освоившим программу, выдаются удостоверения установленного образца.

Обзор документа

Политика Росаккредитации в отношении неопределенности измерений при калибровках СМ N 03.1-1.0010 (утв. Федеральной службой по аккредитации 30 декабря 2020 г.) Версия 01. Декабрь 2020 г.

Предисловие

Настоящая политика разработана Федеральной службой по аккредитации с учетом требований документа ILAC P14:09/2020 и стандарта ГОСТ ISO/IEC 17011-2018 и вводится впервые. Настоящая политика вводится в действие по истечении десяти рабочих дней со дня его утверждения.

1. Область применения

1.1. Настоящая политика устанавливают политику Росаккредитации в отношении требований к оцениванию неопределенности измерений при калибровках, оцениванию калибровочных и измерительных возможностей (CMC) и к представлению неопределенности измерений в сертификатах калибровки или отчетах о калибровке.

1.2. Настоящая политика может использоваться как калибровочными лабораториями, так и другими аккредитованными лицами, в том числе лабораториями, выполняющими измерения для лабораторной медицины, органами инспекции, изготовителями стандартных образцов, провайдерами проверки квалификации, которые выполняют калибровку в рамках своей аккредитации в соответствии с ILAC MRA.

2. Нормативные ссылки

2.1. В настоящей политике использованы ссылки на следующие документы:

2.2. При пользовании настоящей политикой следует проверять действие ссылочных документов. Если ссылочный документ заменен, то при пользовании настоящей политикой следует руководствоваться замененным (измененным) документом.

3. Термины и определения

3.1. В настоящем политике применяются термины в соответствии с Международным словарем по метрологии, а также:

3.2. В настоящей политике применяются следующие сокращения:

4. Общие положения

Настоящая политика касается оценки неопределенности измерений и ее представления в сертификатах калибровки, выдаваемых аккредитованными лабораториями, а также вопросов оценивания CMC при их представлении в областях аккредитации в соответствии с принципами, согласованными между ILAC и BIPM.

Подписанты ILAC MRA договорились в 1999 году использовать в работе документ EAL-R2 до тех пор, пока не будет разработан соответствующий документ ILAC. В настоящее время используется переработанная версия этого документа под номером EA-4/02.

ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2018 требует от лабораторий оценивать неопределенности измерений для всех действий по калибровке.

ISO 15195:2003 и ISO 17034:2016 содержат похожие требования для референтных лабораторий и изготовителей стандартных образцов 1

Более подробную информацию можно найти в ISO/IEC Directives, Part 2.

5. Политика Росаккредитации по оценке неопределенности измерений

5.1. Росаккредитация должна требовать от своих аккредитованных калибровочных лабораторий оценивать неопределенность измерений для всех калибровок и измерений, включенных в область аккредитации.

5.2. Калибровочные лаборатории, аккредитованные Росаккредитацией, должны оценивать неопределенности измерения в соответствии GUM. Чтобы быть уверенными в том, что аккредитованные калибровочные лаборатории оценивают неопределенность измерения в соответствии с GUM, Росаккредитация может использовать документы, опубликованные другими организациями или опубликованные Росаккредитацией и содержащими практическое руководство и обязательные требования. Эти обязательные требования должны быть разработаны в соответствии с документами, на которые выше по тексту были приведены ссылки.

6. Политика Росаккредитации в отношении области аккредитации калибровочных лабораторий

6.1. Область аккредитации аккредитованной калибровочной лаборатории должна включать калибровочные и измерительные возможности (CMC), которые могут быть определены с помощью следующих понятий:

– измеряемая величина или стандартный образец;

– метод /методика калибровки/ измерений и/ или тип средства измерений/ материала, подлежащего калибровке или измерению;

– диапазон измерения и дополнительные параметры при необходимости, например, частота приложенного напряжения;

6.2. Не должно быть никакой двусмысленности при выражении CMC, представленных в области аккредитации и, следовательно, в отношении наименьшей неопределенности измерения, которую, как ожидается, может достичь лаборатория при выполнении калибровки или измерения. Особое внимание нужно уделить случаю, когда измеряемая величина представлена в виде диапазона значений. В этом случае неопределенность, как правило, выражается одним или более из следующих способов:

– единственное значение, которое достоверно во всем диапазоне измерения;

– диапазон, в этом случае калибровочная лаборатория должна разработать соответствующий способ выполнения интерполирования с целью получения неопределенности промежуточных значений;

– функция в явном виде, определяющая зависимость значений неопределенности от измеряемой величины или параметра;

– матрица, в которой значения неопределенности зависят от значений измеряемой величины и дополнительных параметров;

– графическая форма, обеспечивающая соответствующее разрешение по каждой из осей для получения, как минимум, двух значащих цифр для неопределенности.

При указании неопределенности не допускаются открытые интервалы например, “0 U вместе с единицами измерений для y и U. Можно использовать табличное представление результата измерения, при необходимости также может быть приведена относительная расширенная неопределенность U/|y|. В сертификате калибровки должны указываться коэффициент охвата и вероятность охвата. Для них следует добавлять поясняющее примечание со следующим содержанием: “указанная расширенная неопределенность измерений установлена как стандартная неопределенность измерений, умноженная на коэффициент охвата k, который соответствует вероятности охвата около 95%”.

Примечание 5: Для несимметричных неопределенностей может потребоваться представление в форме, отличной от y U. Это касается также случаев, когда неопределенность определяется с помощью метода моделирования Монте-Карло (трансформирования распределений) или в логарифмических единицах.

7.3. Числовое значение расширенной неопределенности должно приводиться как минимум с двумя значащими цифрами. При этом следует применять следующие положения:

– числовое значение результата измерения при его окончательном представлении следует округлять до, как минимум, двух значащих цифр в значении расширенной неопределенности, связанной с результатом измерения;

– при округлении следует пользоваться обычными правилами округления чисел, содержащимися в рекомендациях по округлению, а именно в разделе 7 GUM.

Примечание 6: Более детальная информация по округлению содержится в ISO 80000-1:2009.

7.4. Вклады в неопределенность, приведенную в сертификате калибровки, должны включать соответствующие кратковременные вклады, возникающие в процессе калибровки и вклады, которые могут быть с достаточным основанием приписаны средству измерений потребителя. При необходимости неопределенность должна охватывать такие же вклады в неопределенность, которые были включены в составляющие неопределенности, представленной для CMC, за исключением того, что составляющие неопределенности, оцененные для наилучшего существующего средства измерений, должны быть заменены на составляющие, связанные со средством измерений потребителя. Поэтому указываемые в сертификатах неопределенности, как правило, оказываются больше чем неопределенность, представленная в CMC. Случайные вклады, которые не могут быть известны лаборатории, такие как неопределенности, возникающие из-за транспортировки, как правило, не включаются в указываемую неопределенность. Если, однако, лаборатория предполагает, что такие вклады будут иметь значительное влияние на неопределенности, приписываемые лабораторией, пользователь должен быть уведомлен об этом в соответствии с основными разделами ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2018, касающимися тендеров и анализа договоров.

7.5. В соответствии с определением CMC, аккредитованные калибровочные лаборатории не должны указывать неопределенность измерений, меньшую, чем неопределенность, представленную в CMC, на которые аккредитована лаборатория.

7.6. В соответствии с требованиями ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2018 аккредитованные калибровочные лаборатории должны предоставлять неопределенность измерения с помощью таких же единиц, как и измеряемую величину, или в относительной по отношению к измеряемой величине форме, например, в процентах.

1 В Российской Федерации требования к стандартным образцам реализуется через процедуры утверждения типа.

Лист регистрации изменений

Обзор документа

Разработана политика Росаккредитации в отношении требований к оцениванию неопределенности измерений при калибровках, оцениванию калибровочных и измерительных возможностей и к представлению неопределенности измерений в сертификатах калибровки или отчетах о калибровке.

Росаккредитация должна требовать от своих аккредитованных калибровочных лабораторий оценивать неопределенность измерений для всех калибровок и измерений, включенных в область аккредитации.

Документ вводится в действие по истечении 10 рабочих дней с даты утверждения.

Источник

Оценка неопределенности отбора проб

Содержание

Вступление

Неопределенность измерения – наиболее важный обобщенный параметр, характеризующий качество измерений. В настоящее время в разработке методов оценки неопределенности, возникающей на аналитическом этапе измерения, достигнут значительный прогресс, однако измерение почти всегда включает процесс отбора пробы.

Отбор пробы часто вносит существенный вклад в неопределенность и требует тщательного планирования и контроля. В связи с этим ужесточаются требования по оценке неопределенности, связанной с процессом отбора пробы.

Какие НД требуют оценивать неопределенность отбора пробы?

ГОСТ ISO/IEC 17025-2019 прямо говорит о том, что “лаборатории должны определять вклад(ы) в неопределенность измерений“ и “при оценивании неопределенности измерений все существенные вклады, в том числе связанные с отбором образцов, должны учитываться с применением соответствующих методов анализа (п. 7.6.1).

Также Примечание 1 к п. 7.6.3 позволяет считать оценку неопределенности выполненной, “если хорошо известный метод испытаний устанавливает пределы значений основных источников неопределенности измерений и указывает форму представления результатов”, а лаборатория следует методу испытаний и инструкции по представлению результатов. Однако, лаборатория должна уметь показать, что “выявленные критические факторы, оказывающие влияние, находятся под контролем”, а значит контролировать качество результатов измерений и демонстрировать постоянство составляющих неопределенности, в том числе неопределенности отбора проб.

Какие бывают неопределенности?

Существуют различные источники неопределенности, и их классифицируют различными способами. Руководство Eurachem по оценке неопределенности говорит о восьми основных категориях, куда относятся такие факторы как неоднородность объекта, транспортирование и хранение проб, загрязнение, пробоподготовка, погрешности разбавления и т.д. В самом простом виде классификацию источников неопределенности можно свести к двум категориям: “неопределенность отбора пробы” и “неопределенность анализа”.

Подходы к оценке неопределенности

Существуют два основных подхода к оценке неопределенности. Согласно одному из них, называемому “экспериментальным”, “эмпирическим”, “ретроспективным” или “нисходящим”, выполняют определенное количество повторов полной процедуры измерения, чтобы получить прямую оценку неопределенности для окончательного результата измерения.

Второй подход, который называют “теоретическим”, “модельным”, “расчетным” или “восходящим”, состоит в количественной оценке каждого отдельного источника неопределенности и последующем их объединении с использованием некоторой принятой модели.

Эти подходы взаимно не исключают друг друга. Каждый из них имеет свои преимущества в определенных обстоятельствах.

Экспериментальный подход

Целью экспериментального подхода является достоверное оценивание неопределенности без обязательного знания каких-либо отдельных ее составляющих. В рамках этого подхода можно описать общий вид источников неопределенности и подразделить их на те, которые возникают в процессе отбора пробы и во время анализа. А рассчитав количественные оценки для каждого из факторов по отдельности и объединив их, получить оценку неопределенности результата измерения в целом.

Экспериментальный подход можно относительно быстро и легко применить на практике (особенно для “метода двойных проб”). Его методы являются в целом более применимыми для самых различных материалов и не зависят так сильно от наличия предварительной информации о системе или всех источниках неопределенности. В связи с этим их реализация требует меньше времени и, следовательно, затрат, что особенно важно при разовых исследованиях различных целевых объектов.

Модель случайных эффектов от одного объекта пробоотбора описывается следующей формулой:

где X_true — истинное (действительное) значение измеряемой величины; ε_sample — составляющая неопределенности, обусловленная процедурой пробоотбора; ε_analysis — составляющая неопределенности, обусловленная процедурой анализа.

Для единичного целевого объекта, если источники дисперсии независимы, дисперсия результата измерения σ 2 _meas описывается уравнением:

а аппроксимация значений дисперсий их статистическими оценками дает выражение:

В этом случае cтандартную неопределенность измерений с учетом вклада дисперсии пробоотбора рассчитывают по формуле:

Дисперсию, обусловленную физической подготовкой пробы, можно включить в дисперсию отбора пробы или, при необходимости, выразить ее отдельным членом уравнения (s 2 _prep).

При исследовании на нескольких целевых объектах, которое рекомендуется проводить для оценивания неопределенности отбора пробы, модель нужно расширить:

где дополнительный член ε_target характеризует рассеяние концентрации между целевыми объектами.

Оценки дисперсий s 2 _target, s 2 _sample и s 2 _analysis могут быть получены по методике «анализ дисперсии» (ANOVA), детальное описание которой дано, например, в ГОСТ Р ИСО 5725-3 (см. приложение В.1). При этом оценками s 2 _target, s 2 _sample и s 2 _analysis являются s 2 ₍₀₎, s 2 ₍₁₎ и s 2 _r соответственно.

Отбор можно осуществлять по схеме, приведенной на рисунке 1.

Рисунок 1. План пробоотбора

Схема описывает отбор по методу двойных проб. Он заключается в том, что один пробоотборщик дублирует часть проб (например, 10 %, но не менее чем от восьми объектов пробоотбора). Если есть только один объект, то все восемь двойных проб можно отбирать из него, но тогда оценка неопределенности будет применима только к этому объекту. Пробоотборщик отбирает параллельные пробы. Затем обе параллельные пробы подвергают пробоподготовке, в результате чего получают две отдельные лабораторные пробы. Каждую пробу анализируют независимо в условиях повторяемости.

Пример оценки неопределенности измерений с использованием экспериментального подхода

Прежде всего уточним формулу расчета суммарной cтандартной неопределенности измерений (u). В большинстве случаев лаборатория работает с аттестованными методиками измерений, в которых суммарная стандартная неопределенность анализа уже рассчитана и приведена. Поэтому уравнение (1) будет иметь вид:

а для исследования на нескольких целевых объектах:

u = (s 2 _target + s 2 _sample + u 2 _analysis) 0,5

Расширенную неопределенность измерений U рассчитывают по формуле:

где k — коэффициент охвата (k = 2 при Р = 0,95).

Рассмотрим пример оценки неопределенности измерений концентрации некоторого компонента, содержащегося в материале, пробы которого отбираются с 8 объектов по методу двойных проб (рисунок 1). Результаты измерения концентрации анализируемого компонента приведены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты измерения концентрации анализируемого компонента

Используя алгоритмы, приведенные в ГОСТ Р ИСО 5725-3 (приложение В.1), рассчитаем:

Таблица 2. Расчет дисперсии между анализами (s 2 _analysis)

* в ГОСТ Р ИСО 5725-3 s 2 _analysis обозначена как s_r 2 ; p = 8 (количество объектов пробоотбора)

Таблица 3. Расчет дисперсии между пробами (s 2 _sample)

** в ГОСТ Р ИСО 5725-3 s 2 _sample обозначена как s₍₁₎ 2 ; p = 8 (количество объектов пробоотбора)

Таблица 4. Расчет дисперсии между объектами пробоотбора (s 2 _target)

*** в ГОСТ Р ИСО 5725-3 s 2 _target обозначена как s₍₀₎ 2 ; p = 8 (количество объектов пробоотбора)

Полученные дисперсии между пробами и между объектами пробоотбора соответствуют неопределенностям, возникающим при отборе проб с одного и с нескольких объектов.

Поскольку в используемой методике приведено относительное значение u_analysis (7,5%), будет удобно представить дисперсию между пробами также в виде относительной неопределенности:

u_{sample отн} = ((s 2 _sample) 0,5 × 100) / y_{общ ср}

u_{sample отн} = (0,0009 0,5 × 100) / 2,46

Подставив найденное значение неопределенности отбора проб в уравнение (2) получим:

u = (1,22 2 + 7,5 2 ) 0,5

Расширенная относительная неопределенность согласно уравнению (4) будет равна 15,2%, что в данном примере говорит об увеличении суммарной неопределенности измерений на 0,2% при учете неопределенности, вносимой отбором проб.

Аналогично, используя дисперсию между объектами пробоотбора, из уравнения (3) можно найти суммарную неопределенность измерений с учетом отбора проб на разных объектах.

Дисперсия между анализами (s 2 _analysis) не только необходима для расчета остальных дисперсий, но и может быть использована для расчета собственной лабораторной неопределенности анализа при условии, что она не превышает значение неопределенности, установленное методикой, и обеспечено контролем стабильности результатов измерений.

Теоретический подход

Сущность подхода состоит в том, что вначале выявляют все источники неопределенности, количественно оценивают вклад каждого источника, а затем сводят все составляющие в бюджет неопределенности и получают оценку суммарной стандартной неопределенности. Каждый из этапов измерения рассматривают по отдельности. Неопределенность измерения, возникающую на каждом из этапов, оценивают независимо, экспериментальным или другими методами.

Для оценивания неопределенности, связанной с отбором пробы, часто используют теоретическую модель Ги. На рисунке 2 показана классификация погрешностей отбора пробы, предложенная Ги. Общая погрешность определения (“глобальной погрешностью оценки” (GEE)), состоит из суммарной погрешности отбора пробы (TSE) и суммарной погрешности анализа (TAE):

TSE = (PSE + FSE + GSE) + (IDE + IXE + IPE) + SWE

Составляющие TSE можно разделить на две основные группы:

* погрешности некорректного отбора пробы показаны затененными прямоугольниками, и их не включают в оценку неопределенности

Рисунок 2. Классификация погрешностей отбора пробы по теории отбора проб Ги

Некоторые погрешности от некорректного отбора пробы можно отнести к грубым промахам, и их не следует включать в оценку неопределенности. Погрешности в рамках корректного отбора пробы не связаны с какими-либо нарушениями процедуры, и их можно рассматривать как возможные источники неопределенности.

Принципиальное преимущество теоретического подхода состоит в том, что он позволяет детально оценить известные источники неопределенности и легко выявить самый существенный. Этот подход уместно применять для хорошо изученных аналитических задач, которые предполагается решать в течение длительного времени.

К недостаткам теоретического подхода относят то, что для расчета неопределенности могут понадобиться предварительные детальные исследования параметров пробы и характера их изменения в пределах целевого объекта. Следовательно, приходится делать идеализированные допущения о составе материала. Этот подход с применением теории отбора пробы требует оценок или допущений относительно восьми типов погрешности отбора пробы, а также того, как они могут меняться в пределах целевого объекта.

Контроль качества результатов измерений с учетом неопределенности отбора проб

Помимо получения первичной единичной оценки неопределенности для конкретной схемы отбора проб, примененной к конкретному целевому объекту, регулярное применение “метода двойных проб” может быть также полезно как способ постоянного контроля качества отбора пробы. Таким образом можно учесть то, как влияет на неопределенность изменение неоднородности целевого объекта от одного случая отбора пробы до другого при использовании одной и той же методики отбора. При этом мы получаем количественное подтверждение качества отбора проб, а не просто полагаемся на допущение о том, что пробы будет репрезентативными, если их отбирать по правильной схеме.

Для успешного применения оценки неопределенности имеет смысл:

Валидация для конкретного применения включает в себя однократную оценку составляющих неопределенности в условиях, ожидаемых при рутинном применении процедуры пробоотбора, демонстрирует, какие величины неопределенности измерений могут быть получены, и согласуется ли это с требованиями к измерению.

Контроль качества результатов измерений необходим для демонстрации постоянства составляющих неопределенности, установленных при валидации.

Такой контроль проводят путем взятия двух проб из каждого объекта пробоотбора и полного дублирования плана пробоотбора. Каждую пробу анализируют и вычисляют разницу между двумя результатами измерений по формуле:

где х₁ и х₂ — результаты измерений, полученные для первой и второй проб.

Затем рассчитывают суммарную стандартную неопределенность по формуле:

где u_sample и u_analysis — неопределенности пробоотбора и анализа соответственно, установленные при процедуре оценки пригодности плана пробоотбора.

В соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-6 строят контрольную карту Шухарта (R-карту) с пределом предупреждения 2,83u и пределом действия 3,69u при числе наблюдений 2. Значение D, превышающее предел предупреждения или предел действия, свидетельствует о том, что результат должен быть тщательно проверен. Такой результат может являться результатом нарушения и при пробоотборе, и при анализе.

Что вносит наибольший вклад в неопределенность отбора проб?

Существуют разные источники погрешности и неопределенности в процессе отбора проб. Согласно IUPAC неоднородность объекта пробоотбора и ее последствия, такие как случайный разброс и смещение, связанное с отбором, остаются самой большой проблемой для правильной организации отбора проб и, в целом, самым существенным источником неопределенности отбора проб.

Библиография

1. Руководство по методам и подходам Eurachem / CITAC. Неопределенность измерения, связанная с отбором пробы. Первое издание 2007.
2. ГОСТ Р 8.878-2014 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Учет и контроль ядерных материалов. Система измерений. Оценивание неопределенности пробоотбора.
3. ГОСТ Р ИСО 5725-3-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 3. Промежуточные показатели прецизионности стандартного метода измерений.
4. ГОСТ ISO/IEC 17025-2019 Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий.

20.05.2020 14:29:29 | Автор статьи: Ахметшин М.О.

Источник