CC BY
46
УДК 556.114(045)
СТАНДАРТНЫЕ ОБРАЗЦЫ. К ВОПРОСУ О СОЗДАНИИ И АТТЕСТАЦИИ
ТРУБАЧЕВА Л.В., ДИДИК М.В., ЧЕРНОВА СП., СЛОБОДИНА В.Ш.
Удмуртский государственный университет, 426034, г.Ижевск, ул.Университетская, 1
АННОТАЦИЯ. Основной задачей настоящей статьи является ознакомление читателей с вопросами прослеживаемости измерений с использованием стандартных образцов, внедрением в работу испытательных лабораторий специальных образцов для контроля (ОК), которые используются для обеспечения качества результатов измерений и проверки технической компетентности аналитических лабораторий.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: стандартный образец, прослеживаемость, аттестованное значение и его
неопределенность
Принятый Государственной Думой 15 декабря 2002 года Федеральный закон «О техническом регулировании» нормирует правовые отношения в области установления, применения и исполнения обязательных требований к продукции, или связанным с ними процессам [1].
Техническое регулирование осуществляется в соответствии с рядом принципов. К ним относятся такие как:
• применение единых правил установления требований к продукции;
• независимость органов по аккредитации, органов по сертификации от изготовителей, продавцов, исполнителей и приобретателей;
• недопустимость ограничения конкуренции при осуществлении аккредитации и сертификации;
• единство правил и методов исследований и измерений при проведении процедур обязательной оценки соответствия и некоторые другие.
Для регулирования отношений, возникающих при выполнении измерений, установления и соблюдения требований к измерениям, единицам величин, стандартным образцам, средствам измерений принят Федеральный закон № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений», вступивший в силу 1 января 2009 года [2].
Государственное регулирование в области обеспечения единства измерений осуществляется в следующих формах:
• утверждение типа стандартных образцов или типа средств измерений;
• поверка средств измерений;
• метрологическая экспертиза;
• государственный метрологический надзор;
• аттестация методик (методов) измерений;
• аккредитация юридических лиц и индивидуальных предпринимателей на выполнение работ и (или) оказание услуг в области обеспечения единства измерений.
Наряду с аттестацией методик (методов) измерений, относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, поверкой средств измерений, обязательной метрологической экспертизой стандартов, продукции, проектной, конструкторской, технологической документации, к этим работам и услугам относятся испытания стандартных образцов средств измерений в целях утверждения типа.
В ряде документов международных метрологических организаций поднимается вопрос о необходимости установления прослеживаемости результатов измерений. Согласно [3], условием установления прослеживаемости результатов измерений является использование «первичных» методов, а также согласованных эталонов и стандартных образцов (СО). В свою очередь СО должны иметь прослеживаемую связь к единицам СИ или принятым опорным значениям и аттестованные значения.
Прослеживаемость - это свойство результата измерений или значения, которое заключается в возможности его соотнесения с принятыми реперами (эталонами)
посредством неразрывной цепи сличений с установленными неопределенностями [1]. Это определение может быть отнесено и к понятию «прослеживаемость аттестованного значения СО». Для СО состава веществ и материалов установление прослеживаемости, выбор репера имеют свою специфику и трудности. Детальное описание алгоритмов оценки неопределенности процедуры установления прослеживаемости приведено в МИ 3174-2009 [4], в которой предложены такие способы характеризации материала СО как:
• использование МВИ, основанной на первичном методе;
• использование другого СО, имеющего установленную прослеживаемость;
• привлечение нескольких лабораторий;
• процедура приготовления СО, предусматривающая установление значения аттестуемой характеристики расчетным путем;
• использование МВИ, предусматривающую градуировку по СО, прослеживаемость аттестованных значений которых установлена.
Согласно [5], СО - средство измерений в виде определенного количества вещества или материала, предназначенное для воспроизведения и хранения размеров величин, характеризующих состав или свойство этого вещества, значения которого установлены в результате метрологической аттестации, используемое для передачи размера единицы при поверке, калибровке, градуировке средств измерений, аттестации методик выполнения измерений и утвержденное в качестве стандартного образца в установленном порядке. Из определения можно выделить несколько основных областей назначения СО. В первую очередь СО применяются для определения метрологических характеристик средств измерений при их испытаниях с целью утверждения типа. Кроме того - для поверки и калибровки средств измерений и их градуировки, аттестации МВИ. Используются СО при внутрилабораторном контроле для сопоставления, прослеживаемости результатов измерений, т.е. для контроля правильности получаемых результатов испытаний; при внешнем контроле и проверках квалификации лабораторий; для аттестации других СО.
По агрегатному состоянию СО можно разделить на дисперсные (порошки металлов, почвы) и монолитные (сплавы, растворы, нефть) [6].
СО может характеризовать как химический состав (содержание элементов, соединений и др.), так и свойства (термодинамические, оптические и др.), некоторые физико-химические или технические параметры (например, молекулярные массы полимеров, площадь поверхности порошков, коррозионную стойкость сплавов). Поэтому по типу аттестуемой характеристики выделяют СО состава веществ и СО свойств веществ.
Заметим, что любой СО никогда не является точным подобием пробы, но наиболее корректно использовать в работе СО на естественной основе - так называемые матричные или нативные образцы, состав которых близок к составу анализируемых рабочих проб контролируемых объектов. Однако не всегда возможно создать нативный СО. Например, из-за ограниченной стабильности исходного материала, невозможности применения консервантов и т.д. Поэтому в одних случаях в качестве СО применяют чистые вещества или их растворы, в других случаях материал СО может имитировать материал объекта анализа или аналитический сигнал пробы объекта.
У любого СО должны быть установлены метрологические характеристики - т.е. те сведения о СО, которые позволяют применять его по назначению. В первую очередь, речь идет об аттестованном значении (АЗ) какого-либо показателя, к которому всегда приписывается неопределенность аттестованного значения. Последняя является аддитивной величиной многих факторов, наиболее значимыми из которых применительно к СО можно назвать вклад от неоднородности, нестабильности СО и от способа установления аттестованного значения (способа характеризации).
Аттестованное значение СО может быть установлено разными способами в зависимости от природы образца, возможностей лаборатории, времени испытаний и т.д. [7]. Например, посредством МСИ. Это наиболее распространенный способ аттестации СО, когда АЗ СО устанавливается в условиях межлабораторной прецизионности, т.е. в разных
лабораториях и, возможно, разными методами. Необходимым условием для осуществления этого способа аттестации СО является участие не менее десяти различных лабораторий. Заметим, что в данном случае получают не истинный результат измеряемой величины, а наиболее согласованный между участвующими в эксперименте лабораториями.
Так же АЗ может быть установлено
- с использованием эталонов и образцовых средств измерений. Примером может служить установление АЗ какого-либо показателя качества объекта по конкретной МВИ путем сравнения его с АЗ ГСО - для этого в условиях повторяемости получают п значений измеряемого показателя для аттестуемого образца (х1, х2, ... хп) и ГСО (у1, у2, ... уп), и
рассчитывают АЗ СО как АЗсо = АЗгсо - ( у - х );
- по расчетно-экспериментальной процедуре приготовления. Этот способ аттестации СО используется в тех случаях, когда знают точный качественный состав СО и количества всех его компонентов;
- по аттестованной МВИ. В одной лаборатории в условиях внутрилабораторной прецизионности получают п значений измеряемого показателя для аттестуемого образца. После статистической проверки результатов на выбросы за АЗСО принимают усредненное значение всех приемлемых результатов. Разновидностью данного способа аттестации СО является установление АЗСО по методу добавок, в основе которого лежит линейная зависимость аналитического сигнала от концентрации, т.е. к изучаемому образцу добавляют строго определенные количества какого-либо компонента (как правило, не более пяти добавок), и по разнице аналитических сигналов исходной пробы и проб с добавками рассчитывают АЗСО. Данный способ применяется в основном к жидким СО с низкой концентрацией компонентов.
В зависимости от указанных выше способов аттестации СО стандартную неопределенность от характеризации оценивают по различным алгоритмам, учитывающим следующие источники ошибок: повторяемость результатов, межлабораторные расхождения результатов, погрешность аттестованных значений тех СО, которые использовались для градуировки приборов или для аттестации самого образца для контроля.
При изготовлении СО (особенно дисперсных материалов) стремятся разными способами добиться высокой однородности образца, чтобы минимизировать вклад случайной составляющей от неоднородности. Исследовать неоднородность можно по всем компонентам СО или по выбранному компоненту-индикатору - для этого из всей массы СО отбирают N проб, в каждой из которых в одинаковых условиях измеряют АЗ и по представленным в [8] математическим алгоритмам оценивают стандартную неопределенность от неоднородности (в виде стандартного отклонения от АЗ).
На стадии разработки типа СО обязательно проводят эксперименты по изучению стабильности образца, т.е. исследуют изменяемость АЗ во времени. Оценку неопределенности от нестабильности проводят по наименее стабильному компоненту СО. Допускается применять метод ускоренного старения образца, когда в несколько раз усиливают воздействие факторов, вызывающих тренд АЗ, либо классический вариант, по которому в течение определенного промежутка времени (как правило, не менее половины срока годности СО) набирают п результатов измерений АЗ и оценивают изменяемость АЗ во времени с помощью методов статистической обработки [8].
На основании экспериментов по изучению стабильности СО разработчик устанавливает срок годности образца и определяет наименьшую представительную пробу.
Сведения об аттестованных значениях величин, сроке годности, а также другую информацию, необходимую для применения СО, приводят в сопроводительных документах (паспорте, технических требованиях). К последним иногда прилагают инструкции или рекомендации по применению стандартных образцов данного типа. Разработчик присваивает СО индекс и регистрирует его в едином реестре СО.
В настоящее время существует множество СО состава природных сред. Их разработкой занимаются различные организации и предприятия - от коммерческих фирм до научных
институтов. Существуют сведения в электронной базе МАГАТЭ о более чем 750 различных измеряемых величинах (массовые доли или концентрации макро-, микрокомпонентов, ионных компонентов, органических веществ, радионуклидов и т.п.).
Удмуртский госуниверситет, кафедра неорганической и аналитической химии в настоящее время является признанным Координатором (свидетельство № ROCC RU. К01.019) проведения межлабораторных сравнительных испытаний (МСИ) среди 17 других Координаторов [9]. Рабочая группа Координатора наряду с другими видами работ проводит научно-экспериментальные исследования по разработке и созданию специальных образцов для контроля качества измерений в ходе проведения МСИ.
Образцы являются имитаторами различного типа вод (питьевых, природных, очищенных сточных), а также почв. Образцы-имитаторы по химическому и физикохимическому составу матрицы приближены к реальным объектам. Почвенные образцы отбираются в экологически чистых районах Удмуртской республики. Все образцы проходят специальную пробоподготовку. В Центральной экологической лаборатории химического анализа ГОУ ВПО «Удмуртский государственный университет» они подвергаются химическим и физико-химическим исследованиям по оцениванию содержания показателей качества (макро- и микрокомпонентов).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Федеральный закон №183-ФЗ. О техническом регулировании М. : Ось-89, 2003. 48 с.
2. Федеральный закон №102-ФЗ. Об обеспечении единства измерений / Российская газета. 2007. № 4697. 45 с.
3. Руководство ЕВРАХИМ/СИТАК. Прослеживаемость в химических измерениях. Руководство по достижению сопоставимых результатов химического анализа / пер. с англ. / под ред. Л.А. Конопелько. СПб : ВНИИМ, 2005. 149 с.
4. МИ 3174-2009. ГСИ. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Установление прослеживаемости аттестованных значений. Екатеринбург : ФГУП УНИИМ, 2009. 43 с.
5. ГОСТ 8.315-97. ГСИ. Стандартные образцы состава веществ и материалов. Основные положения. М. : Изд-во стандартов, 1998. 30 с.
6. Шаевич А.Б. Стандартные образцы для аналитических целей. М. : Химия, 1987. 184 с.
7. МИ 2838-2003. ГСИ. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Общие требования к программам и методикам аттестации. Екатеринбург : ФГУП УНИИМ, 2003. 10 с.
8. Р 50.2.058-2007. ГСИ. Оценивание неопределенностей аттестованных значений стандартных образцов. М. : Стандартинформ, 2008. 27 с.
9. План проведения проверок квалификации лабораторий посредством МСИ // Методы оценки соответствия. 2010. №3. С.32-37.
STANDARD SAMPLES. FOR THE QUESTION ABOUT CREATION AND ATTESTATION
Trnbacheva L.V., Didik M.V., Chernova S.P., Slobodina V.Sh.
Udmurt State University, Izhevsk, Russia
SUMMARY. The main aim of this article is to familiarize the readers with the issues of traceability of measurements using a standard samples, implementation to the work of testing laboratories for special control samples, which are used for providing of high quality testing results and verify the technical competence of analytical laboratories.
KEY WORDS: standard sample, traceability, attested value and its inaccuracy.
Трубачева Лариса Викторовна, кандидат химических наук, доцент кафедры неорганической и аналитической химии, доцент УдГУ, тел. (3412) 91-64-37, e-mail: [email protected]
ДидикМарина Владимировна, кандидат химических наук, доцент УдГУ, e-mail: [email protected]
Чернова Светлана Павловна, кандидат химических наук, доцент кафедры неорганической и аналитической химии, доцент УдГУ, e-mail: [email protected]
Слободина Василя Шайхинуровна, кандидат химических наук, доцент кафедры неорганической и аналитической химии, доцент УдГУ
