Utilizzo delle carte di controllo in cromatografia ionica and chemometrics for analytical chemistry....

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Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010

Utilizzo delle carte di controlloUtilizzo delle carte di controlloin cromatografia ionicain cromatografia ionica

Applicazioni pratiche al CNRApplicazioni pratiche al CNR--ISE VerbaniaISE Verbania

ee--mail: [email protected]: [email protected]

http://www.iii.to.cnr.it

C.N.R.Istituto per lo Studio degli Ecosistemi

Verbania Pallanza (Italy)

Gabriele Tartari & Aldo MarchettoGabriele Tartari & Aldo Marchetto


• Campionamento, trasporto e conservazione dei campioniSul campo

In laboratorio

Quality Control

• Formazione del personale.• Validazione dei metodi analitici.• Scelta della strumentazione analitica più adatta e

regolare manutenzione.• Utilizzo di vetreria tarata e di sistemi di dosaggio di qualità.• Elevata purezza dei reagenti e dell’acqua ultrapura, ecc.

QC interno •• Ottimizzazione del metodo e calibrazione.• Bianchi, LOD e LOQ.• Analisi replicate.

•• Archivio dei risultati opportunamente organizzato.• Criteri di valutazione dei risultati (bilancio ioni e conducibilità).

Uso di carte di controllo preparate da standardo da campioni naturali.

•• Analisi di campioni certificati o di altri materiali di riferimento.

• Esercizi interlaboratorio (Proficiency Test).

QC esterno

2


Carte di controllo - introduzioneLa carta di controllo è un grafico in cui vengono riportati in funzione del tempo i risultati analitici di un campione di riferimento per il controllo di qualità.La fluttuazione dei valori nella carta di controllo consente il monitoraggio continuo e l’interpretazione delle prestazioni della tecnica analitica.

Esistono vari tipi di carte di controllo, le più diffuse sono la carta Shewhart e la carta CUSUM (CUmulative SUM).

In questo contesto tratteremo la carta Shewhart dove sull’asse delle ordinate sono riportate le misure consecutive di xiin concentrazione del campione di controllo, mentre sulle ascisse sono riportati i tempi (o il numero ordinale) in cui le misure sono state effettuate.

Valore NON atteso

Valore NON atteso

Valore atteso

Limite di controllo superiore (+3 SD)

Limite di attenzione superiore (+2 SD)

Limite di controllo inferiore (-3 SD)

Limite di attenzione inferiore (-2 SD)

Linea -1 SD

Linea +1 SD

Linea centrale di riferimento

xi

date o numero ordinale


Carte di controllo Shewhart - costruzioneNella costruzione della carta Shewhart i limiti (di controllo e di attenzione) sono vincolati alla precisione (SD o RSD) del metodo a quella concentrazione media (xm) in un laboratorio, questi valori dovrebbero essere indicati nei metodi di riferimento con il termine ripetibilità (non la riproducibilità che invece è la variabilità tra laboratori). Nel caso il metodo sia stato validato internamente al laboratorio si può utilizzare la (SD o RSD) ottenuta in precedenti misure di ripetibilità.

Valore NON atteso

Valore NON atteso

Valore atteso

Limite di controllo superiore (+3 SD)

Limite di attenzione superiore (+2 SD)

Limite di controllo inferiore (-3 SD)

Limite di attenzione inferiore (-2 SD)

Linea -1 SD

Linea +1 SD

Linea centrale di riferimento

xi

date o numero ordinale

In alternativa si possono eseguire analisi replicate (2-3) giornaliere con un minimo di 30 determinazioni, ed utilizzare la SD ottenuta in queste determinazioni preliminari.La carta Shewhart avrà2 aree principali:

1. la regione esterna ai limiti di controllo (valori NON attesi);

2. area interna ai limiti di controllo (± 3 SD = 99,7 %).

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Carte di controllo - interpretazioneAll’interno della serie analitica dei dati costituenti la carta di controllo, si possono evidenziare situazioni sotto o fuori controllo statistico, evidenziando cosìsituazioni anomale di scostamenti persistenti attorno al valore atteso. La tabella elenca alcuni valori critici, possibili cause che li hanno generati e decisioni da adottare.


Carte di controllo – alcuni riferimenti

ISS.PGA.903.REV00 Istituto Superiore di Sanità. Metodi analitici di riferimento per le acque destinate al consumo umano ai sensi del DL.vo 31/2001. Controllo di qualità. Rapporti ISTISAN 07/31.

APAT IRSA-CNR. 2003. Metodi analitici per le acque. 1040. Qualità del dato analitico. Vol. 1. 1153 pp

A.P.H.A., A.W.W.A., W.E.F. 2005. Standard Methods for the examination of water and wastewater. 1020 B. Quality control. Am. Publ. Health Ass., Washington

ISO 13530:2009. Water quality. Guidance on analytical quality control for chemical and physicochemical water analysis.

ISO 13530/TR:1997. Water quality. Guide to analytical quality control for water analysis.

ISO 82528:1991. Shewhart control charts.

Corsi UNICHIM Costruzione e gestione delle carte di controllo.Materiali di riferimento.Prove interlaboratorio.

Miller J.N. & J.C. Miller. 2005. Statistics and chemometrics for analytical chemistry. Pearson Education Limited. 268 pp.

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Carte di controllo della ripetibilitàapplicazioni pratiche al CNR ISE Verbania

La carta di controllo è un campione stabile nel tempo, analizzato per un lungo periodo (da 2 mesi ad 1 anno), dal quale si ottengono elaborazioni grafiche dei dati analitici finalizzate a verificare la ripetibilità (espressa come RSD) delle misure nel tempo, rispetto al suo valore medio di concentrazione.

Tipi di carte di controllo:singolo analita (standard)multi elemento (standard)preparate da acque superficiali stabilizzateacque naturali ad uso potabile acquistate in bottiglia.

Preparazione di un volume adeguato (1÷5 litri):filtrazione se necessaria a 0,2 µmaggiunta di stabilizzanti (cloroformio o acido a pH~4)conservazione in frigorifero al buio a 4°C.

Il valore di RSD atteso viene scelto sulla base di precedenti ripetibilità o dai valori indicati nei metodi di riferimento (generalmente 3÷7 %)

Durante l’utilizzo attenzione agli inquinamenti con la manipolazione.


Solfati

19

20

21

22

23

24

22/0

4/20

09

mg

L-1

Dati

Media

Esempio di carta di controllo

RSD attesaSD attesaRSD datiSD dati

21,04Media dati20,96 – 21,12

Prime 2 analisi dopo la preparazione del campione (1 litro) da usare come carta di controllo per la determinazione dei solfati.

5


Solfati

19

20

21

22

23

24

22/0

4/20

0929

/04/

2009

05/0

5/20

0912

/05/

2009

26/0

5/20

0908

/06/

2009

18/0

6/20

0902

/07/

2009

07/0

7/20

0914

/07/

2009

21/0

7/20

0922

/07/

2009

30/0

7/20

0917

/08/

2009

25/0

8/20

0901

/09/

2009

10/0

9/20

0915

/09/

2009

24/0

9/20

0907

/10/

2009

13/1

0/20

0922

/10/

2009

03/1

1/20

0909

/11/

2009

17/1

1/20

0924

/11/

2009

02/1

2/20

0914

/12/

2009

22/1

2/20

0912

/01/

2010

18/0

1/20

1027

/01/

2010

02/0

2/20

1009

/02/

2010

22/0

2/20

1002

/03/

2010

09/0

3/20

1017

/03/

2010

mg

L-1

UCL

UWL

Dati

Media

LWL

LCL

Esempio di carta di controlloAlle prime 2 analisi si fissano i limiti di controllo ed attenzione sulla base delle indicazioni contenute nel metodo di riferimento o da esperienze precedenti.

3RSD attesa0,63SD attesa

RSD datiSD dati

21,04Media dati

RSD = SD / media x 100

SD = RSD x media / 100

Ponendo RSD attesa al 3 %

SD = 3 x 21,04 / 100 = 0,63

ISO 10304-1: 2007


Solfati

19

20

21

22

23

24

22/0

4/20

0929

/04/

2009

05/0

5/20

0912

/05/

2009

26/0

5/20

0908

/06/

2009

18/0

6/20

0902

/07/

2009

07/0

7/20

0914

/07/

2009

21/0

7/20

0922

/07/

2009

30/0

7/20

0917

/08/

2009

25/0

8/20

0901

/09/

2009

10/0

9/20

0915

/09/

2009

24/0

9/20

0907

/10/

2009

13/1

0/20

0922

/10/

2009

03/1

1/20

0909

/11/

2009

17/1

1/20

0924

/11/

2009

02/1

2/20

0914

/12/

2009

22/1

2/20

0912

/01/

2010

18/0

1/20

1027

/01/

2010

02/0

2/20

1009

/02/

2010

22/0

2/20

1002

/03/

2010

09/0

3/20

1017

/03/

2010

mg

L-1

UCL

UWL

Dati

Media

LWL

LCL

Esempio di carta di controlloFissati i limiti di attenzione (WL) e di controllo (CL) attorno al valore medio, si procede con l’utilizzo giornaliero della carta di controllo.Da questo momento questi limiti NON verranno più cambiati e resteranno indipendenti dall’andamento dei dati introdotti nella carta di controllo.

3RSD attesa0,63SD attesa

RSD datiSD dati

21,04Media dati

+ 3 SD

- 3 SD

- 2 SD

+ 2 SD

6


Solfati

19

20

21

22

23

24

22/0

4/20

0929

/04/

2009

05/0

5/20

0912

/05/

2009

26/0

5/20

0908

/06/

2009

18/0

6/20

0902

/07/

2009

07/0

7/20

0914

/07/

2009

21/0

7/20

0922

/07/

2009

30/0

7/20

0917

/08/

2009

25/0

8/20

0901

/09/

2009

10/0

9/20

0915

/09/

2009

24/0

9/20

0907

/10/

2009

13/1

0/20

0922

/10/

2009

03/1

1/20

0909

/11/

2009

17/1

1/20

0924

/11/

2009

02/1

2/20

0914

/12/

2009

22/1

2/20

0912

/01/

2010

18/0

1/20

1027

/01/

2010

02/0

2/20

1009

/02/

2010

22/0

2/20

1002

/03/

2010

09/0

3/20

1017

/03/

2010

mg

L-1

UCL

UWL

Dati

Media

LWL

LCL

Esempio di carta di controlloL’andamento dei risultati giornalieri ci segnalerà le anomalie analitiche, sarànostra cura intervenire per individuare e risolvere i malfunzionamenti.


Solfati

19

20

21

22

23

24

22/0

4/20

0929

/04/

2009

05/0

5/20

0912

/05/

2009

26/0

5/20

0908

/06/

2009

18/0

6/20

0902

/07/

2009

07/0

7/20

0914

/07/

2009

21/0

7/20

0922

/07/

2009

30/0

7/20

0917

/08/

2009

25/0

8/20

0901

/09/

2009

10/0

9/20

0915

/09/

2009

24/0

9/20

0907

/10/

2009

13/1

0/20

0922

/10/

2009

03/1

1/20

0909

/11/

2009

17/1

1/20

0924

/11/

2009

02/1

2/20

0914

/12/

2009

22/1

2/20

0912

/01/

2010

18/0

1/20

1027

/01/

2010

02/0

2/20

1009

/02/

2010

22/0

2/20

1002

/03/

2010

09/0

3/20

1017

/03/

2010

mg

L-1

UCL

UWL

Dati

Media

LWL

LCL

Esempio di carta di controllo

7


Solfati

19

20

21

22

23

24

22/0

4/20

0929

/04/

2009

05/0

5/20

0912

/05/

2009

26/0

5/20

0908

/06/

2009

18/0

6/20

0902

/07/

2009

07/0

7/20

0914

/07/

2009

21/0

7/20

0922

/07/

2009

30/0

7/20

0917

/08/

2009

25/0

8/20

0901

/09/

2009

10/0

9/20

0915

/09/

2009

24/0

9/20

0907

/10/

2009

13/1

0/20

0922

/10/

2009

03/1

1/20

0909

/11/

2009

17/1

1/20

0924

/11/

2009

02/1

2/20

0914

/12/

2009

22/1

2/20

0912

/01/

2010

18/0

1/20

1027

/01/

2010

02/0

2/20

1009

/02/

2010

22/0

2/20

1002

/03/

2010

09/0

3/20

1017

/03/

2010

mg

L-1

UCL

UWL

Dati

Media

LWL

LCL

3RSD attesa0,63SD attesa2,5RSD dati

0,53SD dati21,12Media dati

17 marzo 201022 aprile 2009

Esempio di carta di controlloLa carta di controllo si considera terminata quando ècirca 1/5 del volume iniziale o quando si evidenziano andamenti non giustificabili analiticamente.


Solfati

0

5

10

15

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60mg L-1

R.S.D.

3RSD attesa0,63SD attesa2,5RSD dati

0,53SD dati21,12Media dati

Utilizzo dei risultati della carta di controlloTerminato il periodo di utilizzo in laboratorio della carta di controllo, i valori di SD e RSD ottenuti dai dati e riferiti alla media, possono essere utilizzati come informazione sulla ripetibilità del metodo.

E’ consigliabile “l’eliminazione” di eventuali dati anomali generati da situazioni fuori controllo.

Media 21,12

RSD dati 2,5 %

8


Solfati

0

5

10

15

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60mg L-1

R.S.D.

Utilizzo dei risultati della carta di controlloRiportando in questo grafico della ripetibilità (RSD) i dati relativi alle carte di controllo a diverse concentrazioni analizzate per un lungo periodo, si ottiene una rappresentazione della variabilità analitica per questo metodo applicato nel laboratorio.

RipetibilitàCNR-ISE Verbania

laboratorio idrochimicaperiodo 1989 ÷ 2009


Esempio di carta di controllo multi elemento in IC. Per la determinazione dei nitrati sono stati utilizzati 2 rivelatori (CDM e UV215 nm).Le determinazioni sono state eseguite su 2 diverse linee analitiche, una con eluente KOH con CDM e UV215, l’altra eluente Na2CO3-NaHCO3 solo CDM.

Esempio di carta di controlloCloruri

3,5

3,7

3,9

4,1

4,3

4,5

4,7

4,9

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 101

106

111

116

121

126

131

136

141

146

151

156

161

166

171

176

181

186

191

mg

L-1

Solfati

18192021222324

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 101

106

111

116

121

126

131

136

141

146

151

156

161

166

171

176

181

186

191

mg

L-1

Dati Media UCL UWL LWL LCL

Nitrati (rivelatore CDM & UV)

7,8

8,3

8,8

9,3

9,8

10,3

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 101

106

111

116

121

126

131

136

141

146

151

156

161

166

171

176

181

186

191

mg

L-1

Ripetibilità CNR-ISE VerbaniaAnioni in Cromatografia Ionica - loop 100 µLCampione analizzato dal 22/04/2009 al 17/03/2010

Cl NO3 CDM N-NO3 UV215 SO4

Statistica mg L-1 mg L-1 mg L-1 mg L-1

Media 4,28 9,16 9,26 21,12Deviazione Standard 0,13 0,23 0,14 0,53S.D attesa 0,13 0,27 0,28 0,63R.S.D. 3,1 2,5 1,5 2,5R.S.D. attesa 3,0 3,0 3,0 3,0Minimo misurato 3,83 8,27 8,83 19,51Massimo misurato 4,60 9,65 9,59 22,43Numero di dati 187 187 155 187UCL Upper Control Limit (massimo accettato) = Media + 3 D.S. attesaUWL Upper Warning Limit (massimo consigliato) = Media + 2 D.S. attesaLWL Lower Control Limit (minimo consigliato) = Media - 2 D.S. attesaLCL Lower Warning Limit (minimo accettato) = Media - 3 D.S. attesa

Inquinamento?

9


Ripetibilità in cromatografia ionica

Cloruri

0

5

10

15

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

mg L-1

R.S.D.

Nitrati

0

5

10

15

0 10 20 30

mg N L-1

R.S.D.

In verde i dati UV 215 nm

Solfati

0

5

10

15

0 10 20 30 40 50 60

mg L-1

R.S.D.

Sodio

0

5

10

15

20

0 1 2 3 4 5 6 7 8

mg L-1

R.S.D.

Potassio

0

5

10

15

20

0 2 4 6

mg L-1

R.S.D.

Magnesio

0

5

10

15

20

0 1 2 3 4 5 6 7

mg L-1

R.S.D.

Calcio

0

5

10

15

20

0 10 20 30 40 50

mg L-1

R.S.D.

RipetibilitàCNR-ISE Verbania

laboratorio idrochimicaAnioni: periodo 1989 ÷ 2009Cationi: periodo 1990 ÷ 2009


La ripetibilità nel metodo analitico

10


C.N.R. I.S.E.Laboratorio Idrochimica

Verbania Pallanza

Sono campioni di acque superficiali analizzabili per molti elementi inorganici in un ampio intervallo di concentrazioni.I valori in etichetta sono solo indicativi delle concentrazioni di nostro interesse; NON sono standard certificati !

Acquistabili in confezione da 6 o più bottiglie da 0,5 o 1,5 litri, al costo di pochi euro.All’interno dello stesso lotto di produzione le bottiglie si possono ritenere omogenee e confrontabili.Si possono conservare per mesi (o anni ?)Costo trascurabile se confrontato con il costo di standard multi elemento nella stessa matrice acquosa

Queste caratteristiche rendono le acque naturali in bottiglia perfettamente adatte all’utilizzo come carte di controllo

Carte di controllo prodotte da acque naturali


Azoto nitrico IC

0,70

0,75

0,80

0,85

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

mg

N L

-1

Acque naturali in bottiglia - esempi


Verbania Pallanza

1a bottiglia 2a bottiglia

Azoto nitricodal 28/10/02al 25/08/03media 0,770SD 0,013RSD 1,7 %RSD attesa 2 %

Calciodal 28/10/02al 04/06/03media 5,99SD 0,14RSD 2,3 %RSD attesa 3 %

Calcio IC

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

1 11 21 31 41 51 61 71 81 90 101

111

121

131

141

151

161

171

181

191

mg

L-1

UCL

UWL

Media

LWL

LCL

Dati

1a bottiglia 2a bottiglia

11



Verbania Pallanza

Carta di controllo multielemento per IC, ICP-OES, ecc.analisi eseguita sulla stessa bottiglia per un lungo periodo.

Campione da analizzare periodicamente per tutte le variabili, apertura di una bottiglia ogni 2 settimane

18 bottiglie di acqua naturale analizzate dal 10/9/02 al 13/5/03

Acque naturali in bottiglia - esempi

pH χ20°C T.Alc. Cl SO4 N-NO3 Ca Mg Na K TN Si

µS cm-1 meq l-1 mg l-1 mg l-1 mg l-1 mg l-1 mg l-1 mg l-1 mg l-1 mg l-1 mg l-1

Media di tutti i dati 8,07 70,8 0,544 1,49 5,03 0,776 5,88 3,50 3,43 1,18 0,80 7,60S.D. 0,21 0,6 0,006 0,03 0,06 0,007 0,17 0,03 0,05 0,05 0,03 0,28S.D. consigiata 0,24 2,1 0,016 0,04 0,15 0,023 0,18 0,10 0,10 0,04 0,02 0,23

R.S.D. 3 1 1 2 1 1 3 1 1 4 4 4R.S.D. consigliato 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3Minimo misurato 7,52 69,4 0,535 1,45 4,86 0,762 5,69 3,45 3,37 1,08 0,74 6,98

Massimo misurato 8,26 71,8 0,554 1,58 5,12 0,786 6,23 3,56 3,53 1,27 0,83 7,86Numero di dati 18 18 18 18 18 18 18 18 18 17 13 13Valori in etichetta 8,10 70,0 0,552 1,1 4,7 0,768 5,7 3,4 3,5 1,2 7,80


Carte di controllo dei segnali in area degli standardLa carta di controllo applicata al monitoraggio dei segnali in area degli standard in IC, è un valido strumento per:

1. seguire prestazioni e stabilità della linea analitica (colonne e soppressori);

2. evidenziare errori nella preparazione degli standard o progressivi inquinamenti tipici per gli standard a concentrazione più bassa (Cl e Na).

12


Carte di controllo dei segnali in area degli standard

ST 0,05 ppm

0,030,040,050,060,070,080,09

8/1/

09

9/2/

09

23/3

/09

27/4

/09

18/6

/09

20/8

/09

20/1

0/09

23/1

1/09

11/1

/10

16/2

/10

Are

a lo

op 1

00µl

ST 0,10 ppm

0,07

0,09

0,11

0,13

0,15

0,17

14/1

/09

12/2

/09

24/3

/09

5/5/

09

18/6

/09

22/7

/09

9/9/

09

20/1

0/09

17/1

1/09

11/1

/10

23/2

/10

Are

a lo

op 1

00µl

ST 0,20 ppm

0,150,170,190,210,230,250,27

8/1/

09

11/2

/09

16/3

/09

27/4

/09

10/6

/09

21/7

/09

7/9/

09

13/1

0/09

17/1

1/09

17/1

2/09

3/2/

10

17/3

/10

Are

a lo

op 1

00µl

ST 0,50 ppm

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

8/1/

09

9/2/

09

16/3

/09

22/4

/09

10/6

/09

22/7

/09

9/9/

09

13/1

0/09

17/1

1/09

17/1

2/09

3/2/

10

17/3

/10

Are

a lo

op 1

00µl

ST 2,0 ppm

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

12/1

/09

11/2

/09

16/3

/09

27/4

/09

18/6

/09

22/7

/09

7/9/

09

13/1

0/09

11/1

1/09

14/1

2/09

3/2/

10

15/3

/10

Are

a lo

op 1

00µl

ST 5,0 ppm

4,6

5,1

5,6

6,1

6,6

20/1

/09

17/2

/09

26/3

/09

11/5

/09

2/7/

09

28/7

/09

14/9

/09

20/1

0/09

24/1

1/09

11/1

/10

15/2

/10

Are

a lo

op 1

00µl


0

5

10

15

20

0,0 0,1 1,0 10,0 100,0Concentrazione degli standard (mg L-1)

R.S

.D. a

ree

dei p

icch

i CloruriNitrati CDMNitrati UV 215 nmSolfati

Carte di controllo dei segnali in area degli standardCromatografia Ionica Dionex DX320 - colonne AG19-AS19-ASRS300 loop 100 µL

Aree dei picchi relative al periodo 8 gennaio 2009 – 24 marzo 2010

1

13


Carte di controllo in Chromeleon 6.8In Chromeleon con una query si possono estrarre i cromatogrammi necessari alla costruzione della carta di controllo (filtro su nome, data, tipo campione, ecc.).

La query viene poi personalizzata con valori imposti o calcolati dai dati selezionati.


Car

te d

i con

trol

lo in

Chr

omel

eon

6.8

Esempio della carta di controllo Rip A2-7Valori di riferimento (mg/L): media 21,14 SD 0,634

14


Car

te d

i con

trol

lo in

Chr

omel

eon

6.8

Esempio della carta di controllo area standard Cl 2 mg/LValori di riferimento area media (µS min) SD dei dati


Conclusioni

Permettono di monitorare diverse fasi dei processi analitici per produrre le informazioni necessarie alla valutazione dell’affidabilità dei risultati.

Permettono di seguire nel tempo l’evoluzione delle metodologie ed assicurarne la confrontabilità nel tempo.

Le carte di controllo sono uno strumento indispensabile per il continuo esame critico e dell’attività analitica.

Le carte di controllo regolarmente applicate nell’analisi di routine, sono un valido strumento per evidenziare derive strumentali, anomalie nella preparazione degli standard ed i conseguenti errori sistematici.

Utilizzo delle carte di controllo in cromatografia ionica and chemometrics for analytical chemistry....

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