merged document 3
DESCRIPTION
cromaTRANSCRIPT
1
MetrologieMetrologie-- GeneralitatiGeneralitati --
Metrologia este stiinta masurarilor
Sistemul acopera conceptele de baza ale masurarilor, cum ar fi:trasabilitatea, incertitudinea, calibrarea, validarea etc. –
Ce trebuie sa asigure datele analitice :
1. exprimarea conform unitatilor recunoscute, in principal, unitatiale ‘‘Sistemului International’’ (SI)
2. comparabile intre laboratoare si in timp
3. oferite utilizatorilor impreuna cu informatii clare cu privire la importanta lor
2
MetrologieMetrologieCatevaCateva definitiidefinitii
Precizia : apropierea ca marime dintre rezultatele unei seriide analize repetate ale unei substante dintr-o singura proba.
a. repetabilitate (aceleasi instrumente, analisti, locatie,conditii de utillizare, si perioada de timp pe termen scurt)
b. reproductibilitate (variatiile ale conditiilor, metodelor,analistilor, locatiei ).Informatiile legate de precizie sunt in general exprimate informa deviatilor standarde sau, de cele mai multe ori, informa coeficientilor de variatie a rezultatelor in seria demasurari.Robustetea = capacitatea metodei de a ramane neafectatade schimbarile minore ale proceduri (de exemplu: furnizoriide reactivi sau mediu)
3
MetrologieMetrologieCatevaCateva definitiidefinitii
Specificitatea : raspunsul analitului, ce nu este afectat deposibilele interferenteSensibilitatea : variatii semnificantive minimale alerezultatelor masurateLinearitatea : capacitatea de a obtine, intr-un interval dat,de rezultate ce sunt direct proportionale cu concentratiaanalituluiLimita de detectie : cea mai mica cantitate de analit cepoate fi detectata dar nu si masurata (limita de detectie estestrans legata de sensibilitatea sistemului analitic)Limita de determinare : expresia celei mai mici cantitati deanalit care poate fi masurata – aceasta limita este in generalconsiderata ca fiind echivalenta cu 5 pana la 10 ori limita dedetectie
4
MetrologiaMetrologia in Bioanalizain Bioanaliza--AspecteAspecte specificespecifice--
Influenta matricei probei
Variatia problemelor analitice in relatie cu milioanele de substante simiile de tipuri de probe
Nevoia de operatii preliminarii inaintea analizei (prelevarea de probe,depozitarea etc.) si probleme legate de aceste aspecte (stabilitatea,omogenitatea probelor etc.)
Nevoia de « unelte » pentru controlul calitatii masurarilor(determinarilor) (« matricea » materialelor de referinta)
Nevoile specifice pentru validarea metodelor de includ mai multi pasi
Dificultati pentru demonstrarea trasabilitatii rezultatelor si calculareaincertitudini totale
5
ConsecinteleConsecintele erorilorerorilor analiticeanalitice
Toxicitateproduseloralimentare(dioxine)
Poluareamediului
(apa potabila)
Diagnosticemedicale,
Stiinta medicineilegale
Produse industriale(impact asupra comertului)
DECIZII
O analiza statistica permite studiul distributiei uneipopulatii de date dar nu poate explica diferentadintre rezultate
6
MasurariMasurari AnaliticeAnalitice--PunctePuncte criticecritice--
Cadrul general
Selectarea metodeiadecvate
(prelevarea de probe,analiza, depozitarea )
Asigurarea calitatii(validarea, controlul calitatii)
Depozitarea pe termenlung
7
MasurariMasurari AnaliticeAnaliticePunctePuncte criticecritice
Cateva criterii de selectie
Prelevarea de probe
Reprezentativitatea,tipuri de probe,strategia de prelevare(locul, frecventa, procedura, etc.)
Conservare/Depozitare
Pastrarea integritatii(conditiile de transport si
conservare/depozitare, tipuri de
containere,temperatura, etc. )
Metode AnaliticeEchipament si consumabile
(agenti reactivi de puritatecunoscuta),
administrare, costuri siadaptarea la scopul analizelor
8
SelectareaSelectarea MetodelorMetodelor
CalibrareaDISPONIBILITATEA CALIBRANTILOR
Calibranti primari (calibrare)Standarde interne (*)
(corectia interferentelor matricilor, cu riscuri associate, de exemplu,diferite raspunsuri, linearitate) stoichimetria, puritatea
METODE DE CALIBRAREExterne
Potrivirea matricelorAdaugari standarde
(*) Termenul «standard» este predispus confuziei (calibranti, RM, standarde scrise)
CALITATEA MASURARILORCALITATEA MASURARILORBIOANALITICEBIOANALITICE
OO problemaproblema dede interdependentainterdependenta
NOI CERINTE DE REGLEMENTARE:NOI CERINTE DE REGLEMENTARE:DIRECTIVEDIRECTIVE UEUE IVDIVD
OO nouanoua directivadirectiva::DirectivaDirectiva UEUE IVD a intra inIVD a intra in vigoarevigoare in 2003.in 2003. ContinutulContinutuldirectiveidirectivei:: eliminareaeliminarea barierelorbarierelor comercialecomerciale dindin EuropaEuropaprinprin asigurareaasigurarea accesuluiaccesului lala intreagaintreaga piatapiata europeanaeuropeanaprinprin aprobareaaprobarea unuiunui singursingur produsprodus..
CerinteCerinte esentialeesentialeCalibrarileCalibrarile IVDIVD si/sausi/sau materialelematerialele de controlde control trebuietrebuie sasa fiefie““trasabiletrasabile lala standardelestandardele dede specialitatespecialitate superioaresuperioare..””
-- recunoasterearecunoasterea nationalanationala sisi internationalainternationala aamaterialelormaterialelor dede referintareferinta..
TrasabilitareaTrasabilitarea standardelorstandardelor sisi incredereaincredereaglobalaglobala inin aceastaaceasta realizarerealizare suntsunt bazelebazelerecunoasteriirecunoasterii mutualemutuale sisi aa increderiiincrederii inindateledatele utilizateutilizate pentrupentru usurareausurarea sisifavorizareafavorizarea comertuluicomertului internationalinternational dardar sisiaa deciziilordeciziilor referitoarereferitoare lala sanatatesanatate,,sigurantasiguranta,, comertcomert si/sausi/sau cercetarecercetare..
DIRECTIVELE DE DIAGNOSTIFICARE ADIRECTIVELE DE DIAGNOSTIFICARE APROCEDEURILORPROCEDEURILOR IN VITROIN VITRO ALE UEALE UE
““ TrasabilitateaTrasabilitatea valorilorvalorilor utilizateutilizate lalacalibratoricalibratori sisi lala materialelematerialele de controlde controltrebuietrebuie sasa fiefie asigurataasigurata prinprin proceduriproceduristandard destandard de masuraremasurare si/sausi/sau materialematerialestandard destandard de referintareferinta..””
TrasabilitateTrasabilitate:: ProprietateaProprietatea unuiunui rezultatrezultat sausau aa valoriivaloriiunuiunui standard de astandard de a fifi pusepuse inin corelarecorelare cucu referintereferintestandard, destandard, de obiceiobicei nationalenationale sausau internationaleinternationale,, printrprintr--unun lantlant neintreruptneintrerupt dede comparatiicomparatii,, toatetoate prezentandprezentandincertitudiniincertitudini..IncertitudineaIncertitudinea masurarilormasurarilor esteeste unun parametruparametruasociatasociat cucu rezultatulrezultatul uneiunei masurarimasurari carecarecaracterizeazacaracterizeaza dispersiadispersia valorilorvalorilor datoratadatorata factoruluifactoruluiumanuman/material./material.
TrasabilitateaTrasabilitatea sisi comparabilitateacomparabilitatea globalaglobala suntsunt bazebazepentrupentru recunoasterearecunoasterea mutualamutuala,, comertulcomertulinternationalinternational sisi incredereaincrederea inin dateledatele utilizateutilizate lala luarealuareaunorunor deciziidecizii referitoarereferitoare lala sigurantasiguranta,, sanatatesanatate,,comertcomert si/sausi/sau dezvoltareadezvoltarea stiintificastiintifica..
ComparareaCompararea rezultatelorrezultatelor RezultateleRezultatele suntsunt folositoarefolositoare numainumai atunciatunci
candcand suntsunt comparatecomparate::--cucu altealte rezultaterezultate pentrupentru observareaobservareauneiunei tendintetendinte;;--cucu limitelimite pentrupentru stabilireastabilirea domeniuluidomeniuluiuneiunei actiuniactiuni;;--cucu diferitediferite rezultaterezultate masuratemasurate inin pozitiipozitiidiferitediferite sausau lala timpitimpi diferitidiferiti ––
““comparabilitateacomparabilitatea inin spatiuspatiu sisi timptimp””
PentruPentru masurarilemasurarile bioanaliticebioanalitice““trasabilitateatrasabilitatea”” nunu asiguraasigura ““calitateacalitatea””
TrasabilitateaTrasabilitatea nunu esteeste oo ““umbrelaumbrela sub care nesub care neputemputem ascundeascunde”” –– face parte dinface parte din calitatecalitate..
AA fifi trasabiltrasabil,, chiarchiar sisi la ola o bunabuna referintareferinta, nu, nuinseamnainseamna caca aiai dreptatedreptate..
TransabilitateaTransabilitatea in bioanalizain bioanaliza esteeste diferitadiferita DatoritaDatorita identitatiiidentitatii,, interferenteiinterferentei sisi morfologieimorfologiei DificultatiDificultati majoremajore suntsunt intampinateintampinate inin stabilireastabilirea
trasabilitatiitrasabilitatii internationaleinternationale pentrupentru masurarimasurari ininbioanalizabioanaliza
““CALITATEACALITATEA”” IN MASURARILE BIOANALITICEIN MASURARILE BIOANALITICE
TrasabilitateaTrasabilitatea rezultatuluirezultatului-- potpot comparacompara rezultatulrezultatul
obtinutobtinut cu un altcu un alt rezultatrezultat?? ValidareaValidarea metodeimetodei-- amam masuratmasurat ceeaceea cece mimi--amam
propuspropus sasa masormasor?? IncertitudineaIncertitudinea-- cat decat de corectcorect esteeste rezultatulrezultatul
lala ceeaceea cece amam masuratmasurat??
ValidareaValidarea metodeimetodei verificaverifica modelulmodelul
-- testeazatesteaza integritateaintegritatea-- testeazatesteaza presupunerilepresupunerile-- ajutaajuta lala stabilireastabilirea tuturortuturor
incertitudinilorincertitudinilor-- asiguraasigura faptulfaptul caca analitulanalitul esteeste
celcel masuratmasurat
identificaidentifica parametriiparametriirelevantirelevanti pentrupentrumentinereamentinerea sub controlsub control
testeazatesteaza scopulscopul
OBTINEREAOBTINEREA ““CALITATIICALITATII”” ININMASURARILE BIOANALITICEMASURARILE BIOANALITICE
TrasabilitateaTrasabilitatea rezultatuluirezultatului
ValidareaValidarea metodeimetodei
TotalitateaTotalitatea incertitudinilorincertitudinilor
VALIDAREAVALIDAREAMETODELOR BIOANALITICEMETODELOR BIOANALITICE
Sarcinile validării iniţiale, numită validare de bazăsau totală, sunt următoarele:
- să dovedească potrivirea pentru scop în cazul elaborării(sau modificării) unei metode analitice;
- să stabilească, pe baza documentaţiei, competenţaanalistului în vederea atingerii caracteristicilor deperformanţă înscrise în standard, în cazul standardelorvalidate, prin înregistrarea datelor referitoare lacompatibilitate, repetabilitate, selectivitate, precizie;
- să furnizeze, în fiecare caz, date suficiente pentrustabilirea limitelor de control pentru determinări practicezilnice, astfel încât să fie îndeplinite caracteristicile deperformanţă.
ValidareaValidarea MetodeiMetodei AnaliticeAnalitice CeCe reglementarireglementari,, ghidurighiduri proceduriproceduri seseaplicaaplica?? CeCe anumeanume sese valideazavalideaza?? CeCe implicaimplica validareavalidarea metodeimetodei?? CeCe impactimpact vava aveaavea validareavalidarea ((sausau lipsalipsaeiei)?)? CandCand esteeste obligatorieobligatorie validareavalidarea??
ConcepteConcepte** ValidareaValidarea esteeste unun procesproces dede determinaredeterminare aapotriviriipotrivirii (suitability)(suitability) uneiunei proceduriproceduri datedate pentrupentrufurnizareafurnizarea dede rezultaterezultate analiticeanalitice utile.utile.** ValidareaValidarea uneiunei metodemetode analiticeanalitice esteeste ininprincipalprincipal legatalegata de:de: identificareaidentificarea surselorsurselor dede erorierori potentialepotentiale cuantificareacuantificarea erorilorerorilor potentialepotentiale aleale metodeimetodei* O* O validarevalidare descriedescrie inin termenitermeni matematicimatematici sisicuantificabilicuantificabili performanteleperformantele caracteristicecaracteristice alealeuneiunei masurarimasurari..* O* O metodametoda carecare esteeste validavalida intrintr--oo situatiesituatie poatepoatefifi invalidatainvalidata inin altaalta situatiesituatie
DefiniţiiValidarea(a) Confirmare prin furnizare de dovezi obiective că aufost îndeplinite cerinţele pentru o anumită utilizare sau oaplicaţie intenţionată.Note: 1. Termenul „validat” este utilizat pentru adesemna această stare.
2. Cerinţele de utilizare pentru validare pot fi realesau simulate.
Standardul SR EN ISO 9000:2001, ASRO, Bucureşti, 2001
(b) Este o evaluare sistematică a unei proceduri analiticeîn scopul determinării faptului că are suport/bazaştiinţific/a în condiţiile în care va fi aplicată.
Ghidul Eurachem/WELAC „Acreditarea pentru laboratoarele chimice”, 1993
NeintelegeriNeintelegeri CurenteCurente
ValidareaValidarea masurariimasurarii OptimizareaOptimizareamasurariimasurarii CuantificareaCuantificarea masurariimasurarii
OO metodametoda validatavalidata NUNU esteeste in modin mod necesarnecesaroo metodametoda performantaperformanta
RepetareaRepetarea uneiunei masurarimasurari de unde un numarnumar dedeoriori nunu constituieconstituie validareavalidarea eiei
CumCum evolueazaevolueaza oo metodametoda analiticaanalitica
Optimization
Validare
Implementare
Elaborare
Revalidare
Pre-Validare
Frecvent, dezvoltarea metodei poate implica activitatea pe un numărmare de idei diferite, simultan şi, în final, se alege ce mai bună.
Studiul de literaturăStudiul compuşilor, caracteristici,
reactivi etc.
Primirea cerinţelorclientului
Dezvoltarea metodei
Pregătirea schiţei metodeiPregătirea protocolului de
validare
Validarea metodei urmândprotocolul
Revizuirea datelor devalidare
Întocmirea raportului de validare ametodei
Trimiterea raportuluide validare şi adatelor la client
Etapele procesului de validare a unei metode analiticeelaborate la solicitarea unui client
Organismelor de reglementare europene şi internaţionale şi ghidurile şistandarde lor pe diferite aspecte ale AQA.
TestareaTestarea capabilităcapabilităţţiiiiAcreditareaAcreditarea
International Laboratory Accreditation CooperationInternational Laboratory Accreditation CooperationILACILAC
Organization Codex Committee on Method of AnalysisOrganization Codex Committee on Method of Analysisand Samplingand Sampling
CODEX/ CCMASCODEX/ CCMASValidarea metodei analiticeValidarea metodei analiticeInternational Conference on HarmonizationInternational Conference on HarmonizationICHICH
Japanese PharmacopoeiaJapanese PharmacopoeiaJPJPUnited States PharmacopoeiaUnited States PharmacopoeiaUSPUSP
Validarea metodei analiticeValidarea metodei analiticeFood and Agricultural Organization/ World HealthFood and Agricultural Organization/ World HealthFAO/WHOFAO/WHOValidarea metodeiValidarea metodeiUnited States Foods and Drug AdministrationUnited States Foods and Drug AdministrationFDAFDA
Controlul intern al calităControlul intern al calităţţiiiiTestareaTestarea capabilităcapabilităţţiiiiAcreditareAcreditare
Association of Official Analytical ChemistsAssociation of Official Analytical ChemistsAOACAOACInternationalInternational
StandardizareStandardizareInternational Standardization OrganizationInternational Standardization OrganizationISOISOValidarea metodei analiticeValidarea metodei analiticeInternational Union of Pure and Applied ChemistryInternational Union of Pure and Applied ChemistryIUPACIUPACStandardizareStandardizareEuropean Committee for NormalizationEuropean Committee for NormalizationCENCENAcreditareAcreditareEuropean Cooperation for AccreditationEuropean Cooperation for AccreditationEAEA
TestareaTestarea capabilităcapabilităţţiiiiAsigurarea calităAsigurarea calităţţiiii
Cooperation of International Traceability in AnalyticalCooperation of International Traceability in AnalyticalChemistryChemistry
CITACCITACValidarea metodeiValidarea metodeiAsociationAsociation of European Analytical Chemistsof European Analytical ChemistsEurachemEurachem
DomeniulDomeniulDenumirea completă a organismuluiDenumirea completă a organismuluiOrganismulOrganismul(abreviat)(abreviat)
ParametriiParametrii esentialiesentiali aiai validariivalidarii
ValidareaValidareaMetodeiMetodei
BioanaliticeBioanalitice
Exactitatea
Precizia
Liniaritatea
Efectul de matrice
Integritatea
Specificitatea
Robustetea
Reproductibilitatea
CriteriileCriteriile dede AcceptareAcceptare
TrebuieTrebuie stabilitestabilite criteriilecriteriile specificespecifice dedeacceptareacceptare pentrupentru fiecarefiecare parametruparametru
CriteriulCriteriul dede acceptareacceptare vava fifi diferitdiferit pentrupentruprobeprobe diferitediferite
CriteriileCriteriile dede acceptareacceptare trebuietrebuie sasa fiefiestabilitestabilite inin pespectivapespectiva utilizariiutilizariirezultatelorrezultatelor
CandCand esteeste necesaranecesara validareavalidareacompletcompletăă, par, parţţialialăă,, îîncrucincrucişşatatăă
efecteleefectelecong./cong./decongelariidecongelarii duratadurata dede incubareincubare temperaturatemperatura dedeincubareincubare vechimeavechimea reactivilorreactivilor preparareaprepararea probeiprobei stocareastocarea probeiprobei
numarulnumarul dede pasajepasajecelularecelulare
loturileloturile dedemedicamentemedicamenteadministrateadministrate
variabilitateavariabilitateaserumuluiserumului provenindprovenindde lade la diferitediferite animaleanimale
variabilitateavariabilitatea dintredintrepacientipacienti
Reproductibilitatea: modificari nedoriteStabilitatea: modificari deliberate
CCaandnd esteeste necesaranecesara validareavalidareacompletcompletăă, par, parţţialialăă,, îîncrucincrucişşatatăă
CandCand sese dezvoltadezvolta oo metodametodapentrupentru primaprima oaraoara
PentruPentru unun nounou medicamentmedicament DacaDaca unun metobolitmetobolit sese
adaugaadauga la ola o metodametodaexistentaexistenta
TransferulTransferul intreintre laboratoarelaboratoare TransferulTransferul intreintre analistianalisti MatriciMatrici rarerare SchimbariSchimbari lala nivelulnivelul matriciimatricii ((urinaurina--plasma; plasmaplasma; plasma
umanaumana--plasmaplasma animalaanimala))
SchimbareaSchimbarea procesuluiprocesului dedesamplingsampling
SchimbareaSchimbarea inin volumulvolumul probeiprobei SchimbariSchimbari inin domeniuldomeniul de conc.de conc. SchimbareaSchimbarea instrumentuluiinstrumentului
analiticanalitic (GC/MS(GC/MS--LC/MS)LC/MS)
SchimbareaSchimbarea sistemuluisistemului dededetectiedetectie (UV(UV--MS)MS)
AdministrareaAdministrarea concomitentaconcomitenta dedemedicamentemedicamente
DiferiteDiferite metodemetode analiticanalitic utilizateutilizateprentruprentru acelasiacelasi componentcomponent intrintr--unun singursingur studiustudiu sausau inin diferitediferitestudiistudii
(Bio)(Bio) StandardeStandarde CareCare vava fifi standardulstandardul dede lucrulucru ?? AcestAcest standardstandard vava fifi suficientsuficient pentrupentru aa fifi facutefacute toatetoate
activitatileactivitatile de prede pre--validation,validation, protocolulprotocolul dede validarevalidare sisitoatetoate analizeleanalizele probelorprobelor pentrupentru prepre--clinicclinic sisi clinic ?clinic ?
CareCare esteeste stabilitateastabilitatea standarduluistandardului ?? CandCand trebuitrebui preparatpreparat standardulstandardul ? de? de fiecarefiecare datadata candcand sese
faceface analizaanaliza sausau poatepoate fifi utilizatutilizat dupadupa stocarestocare ((prinprininghetareinghetare) ?) ?
SeSe poatepoate masuramasura standardulstandardul pentrupentru fiecarefiecare tip detip de probaproba ininmatriceamatricea respectivarespectiva ??
Cum seCum se coreleazacoreleaza concentratiaconcentratia standarduluistandardului ? Cum se? Cum sepoatepoate determinadetermina lala inceputinceput, la, la mijlocmijloc sisi lala sfarsitulsfarsitultrasarariitrasararii curbeicurbei standard ?standard ?
AdaugareaAdaugarea standarduluistandardului inin probaproba farafara diluarediluare poatepoate fififacutafacuta directadirecta ??
PreciziaPrecizia StandardelorStandardelor IndustrialeIndustriale((EuropeneEuropene))
Enzyme based assayEnzyme based assay <10%<10% ELISAELISA 1010--20%20% Cell based assayCell based assay aproxaprox. 25%. 25% Animal assayAnimal assay 2020--50%50% Virus plaque assayVirus plaque assay 330% (0.5 log)330% (0.5 log) Target for cell basedTarget for cell based <50%<50%
TestulTestul pentrupentru PParalelismaralelism
Cand se traseazagraficul logaritmic alraspunsului analitic alunei serii de dilutii alesubstantei de referinta(standardului) si a uneiserii de dilutii aleprobei trebuie saobtinem curbe paralele
ParametriParametri SSpecificipecifici lala AnalizaAnaliza CCelulelorelulelor
-- sursasursa dede celulecelule((inceputulinceputul,, mijloculmijlocul sausau sfarsitulsfarsitul inghetariiinghetarii))
-- nivelulnivelul pasajuluipasajului utilizatutilizat-- densitateadensitatea celulelorcelulelor stocstoc
(cat(cat timptimp pentrupentru sedimentaresedimentare))-- varstavarsta celulelorcelulelor (de(de catecate zilezile suntsunt inin culturacultura))-- timpultimpul dede incubareincubare-- recipientulrecipientul-- lotullotul dede mediumediu dede culturacultura folositfolosit-- sursasursa dede reactivireactivi
Rolul validării în asigurarea calităţii în laboratoareleanalitice de măsurare şi încercare
Validarea unei metode analitice este o investigaţie în ceea ce priveştefaptul că scopul analitic al unei metode este atins, obţinându-serezultate analitice cu un nivel de incertitudine acceptabil.
Validarea analitică (validarea metodei, validarea instrumentaţiei,validarea soft-urilor, validarea personalului) reprezintă primul nivel alasigurării calităţii (QA) în laborator.
Validarea este necesară pentru orice metodă nouă; pentru un anumit tipde material şi un anumit domeniu de concentraţii de operare, metodatrebuie să fie capabilă să rezolve o problemă analitică etc.
Revalidarea este necesară ori de câte ori un component al sistemuluianalitic este modificat sau dacă există indicaţii că metoda stabilită nufuncţionează corect.
a. Laboratorul utilizează o metodă validată complet.Metoda a fost studiată într-un studiu colaborativ şi, din acest motiv,laboratorul trebuie să verifice dacă este capabil să asigurecaracteristicile de performanţă ale metodei publicate (sau altfel spus,dacă este capabil să îndeplinească cerinţele sarcinii analitice). Înacest caz, laboratorul ar trebui să efectueze studii de precizie, studiide adecvare (incluzând studii de variaţie ale matricei) şi posibil studiide liniaritate, iar anumite teste, cum ar fi cel de robusteţe, ar putea fiomise.
b. Laboratorul utilizează o metodă o metodă validatăcomplet, dar apare o nouă matriceMetoda a fost studiată într-un studiu colaborativ şi din acest motiv,laboratorul trebuie să verifice dacă nu cumva noua matrice nuintroduce noi surse de erori în sistem. În acest caz, laboratorul artrebui să efectueze studii de adecvare (incluzând studii de variaţii alematricei) şi posibil studii de liniaritate.
c. Laboratorul utilizează o metodă bine stabilită, darnestudiată colaborativÎn acest caz laboratorul ar trebui să efectueze studii de precizie,studii de adecvare şi posibil, studii de liniaritate.
d. Metoda a fost publicată în literatura de specialitateîmpreună cu câteva caracteristici analiticeÎn acest caz, laboratorul ar trebui să efectueze studii de precizie,studii de adecvare (incluzând studii de variaţii ale matricei), studii deliniaritate şi robusteţe.
e. Metoda a fost publicată în literatura de specialitate fărăcaracteristici analitice sau a fost dezvoltată „in house”.În acest caz, laboratorul ar trebui să efectueze studii de precizie,studii de adecvare (incluzând studii de variaţii ale matricei), studii deliniaritate şi robusteţe.
f. Metoda este empiricăO metodă empirică este aceea în care cantitatea estimată esterezultatul găsit prin aplicarea procedurii stabilite ca atare. Aceasta sedeosebeşte de metodele în care măsurările care au drept scop de aevalua cantităţi independente, cum ar fi concentraţia unui anumitanalit într-o probă, la care potrivirea (adecvarea) metodei esteconvenţional zero şi variaţia matricei este irelevantă (aceea este înclasa definită).
g. Analiza ad-hocAnaliza ad-hoc este necesară ocazional pentru a stabili, în general,domeniul unei valori fără prea mari cheltuieli şi cu exigenţă scăzută.Efortul care trebuie făcut pentru validare este în consecinţă strictlimitat. În acest caz, adecvarea trebuie studiată prin metode cum ar fiestimarea recuperării sau adiţiilor multiple de analit, iar precizia dinmăsurări repetate.
h. Modificări ale analitului sau echipamentului
Având în vedere activitatea complexă dintr-un laborator, pot existaurmătoarele situaţii care să impună efectuarea de studii de validare:-modificări majore pe care le suferă instrumentele;-loturi noi sau foarte variabile de reactivi;-schimbări efectuate în încăperile laboratorului;-metode utilizate pentru prima dată de către analişti noi;-metodă validată folosită după o perioadă de întrerupere.
În acest caz acţiunea esenţială este să se demonstreze că nici oînrăutăţire nu s-a produs. Verificarea minimă constă într-un test depotrivire singular ce presupune un experiment de verificare înainteşi după modificarea survenită pe un material de control sau detestare.
O procedura prin care o entitate autorizatarecunoaste formal ca o organizatie/o persoana estecompetenta sa indeplineasca anumite sarcini specifice( ISO/IEC Guide 2:1996)
Cuvinete cheie :
entitate autorizata; competenta; sarcini specifice
CeCe esteeste acreditareaacreditarea ??
AnalizeAnalize,,testeteste,,masurarimasurarispecificespecificesi/sausi/saucalibraricalibrari
EvaluareaEvaluarea
AcreditareaAcreditarea LaboratoarelorLaboratoareloresteeste unun procesproces dede evaluareevaluare prinprin carecare autoritateaautoritatea dindindomeniudomeniu ((RENARRENAR) face o) face o recunoastererecunoastere oficialaoficiala cacalaboratorullaboratorul esteeste competentcompetent sasa efectuezeefectueze masurarimasurari ((analizeanalize,,testeteste,, incercariincercari)) si/sausi/sau calibraricalibrari intrunintrun domeniudomeniu specificspecific
CompetenteTehniceCompetenteTehnice
ManagementulManagementul SistemuluiSistemului
EsentaEsenta AcreditariiAcreditariiacreditareaacreditarea sese bazeazabazeaza pepe evaluareaevaluarea sisi confirmareaconfirmarea valabilitatiivalabilitatii((adecvariiadecvarii lala scopscop) a:) a:
metodelormetodelor
procedurilorprocedurilor
rezultatelorrezultatelor
CompetentaCompetenta personalpersonal
echipamentechipamentprobeprobe
metodametoda
mediumediutestareatestarea
competentelorcompetentelor
ManagementulManagementul SistemuluiSistemului dede CalitateCalitate
EsentialEsential pentrupentru AcreditareaAcreditarea LaboratoarelorLaboratoarelor
ACREDITAREA
SR EN ISO 17025:2005
SR EN ISO 15189:2007
Evaluarea independentă a sistemului de
management al calităţii şi a competenţei
tehnice a laboratorului.
Confirmă competenţa laboratorului faţă de:clienţi;
organismul de acreditare;
autorităţile de reglementare.
ACREDITAREA este voluntară;
ACREDITAREA este realizată de
organismul national /international de
acreditare (RENAR)
REACREDITAREA la 3-5 ani.
COSTURILE ACREDITĂRIICOSTURILE ACREDITĂRII
ÎÎn ROMÂNIA costurile acreditării depind den ROMÂNIA costurile acreditării depind de::
mărimea organiza mărimea organizaţţiei;iei; numărul numărul şşi complexitateai complexitatea
îîncercărilor ce vor fi acreditatencercărilor ce vor fi acreditate;; numărul de entită numărul de entităţţi ce vor fii ce vor fi
evaluate;evaluate; activită activităţţile din laborator.ile din laborator.
COSTCOSTURILEURILE ACREDITACREDITĂRIIĂRII
400 Euro400 Euro200 Euro200 Euro(5)(5).. DeciDecizziiaa dede acreditacreditrere..CertificatCertificat dede aacreditacreditarere..
or 50)+nPx10] (*or 50)+nPx10] (*[ nEx100 +[ nEx100 + nLnL ( 25( 25(4)(4).. AAuditudit de acreditarede acreditare
400 Euro400 Euro200 Euro200 Euro(3).(3). AAuditudit preliminarpreliminar
200 Euro200 Euro200 Euro200 Euro(2).(2). EEvaluareavaluareadocumentelordocumentelor
150 Euro150 Euro150 Euro150 Euro(1)(1) InrInregistraegistrarearea aplicaaplicaţţieiieipentrupentru acreditaacreditarere..
MinMin.. 44Max.3Max.3
NumNumărăr de personal din laborator:de personal din laborator:ActivitActivitateate
NATA
INMETRO
SCC CNASHKAS
FINAS
COFRAC
DAP
ISRACSINCERT
JABIA Japan
KOLAS
DSM
RvA
SANAS
SAS
CNLA
TLAS
UKAS
NABL
SIC
NA
SWEDAC
NAB
PSB
A2LA/NVLAP/IAS
OrganismeleOrganismele dede acreditareacreditare aa laboratoarelorlaboratoarelordistributiadistributia internationalainternationala
IAF12
INAZ
SAC
ILACILACINTERNATIONAL LABORATORYINTERNATIONAL LABORATORY
ACCREDITATIONACCREDITATIONCOOPERATIONCOOPERATION
ILACILAC(SADAC)
(IAAC) (EA)
(APLAC)
Sisteme regionale si internationalepentru acreditarea laboratoarelor
MecanismeMecanisme interactiveinteractive
50
AspecteAspecte specialespeciale aleale analizeloranalizelordindin industriaindustria alimentaraalimentara
Hazard Analysis and Critical Control Points
51
IstoriculIstoricul HACCPHACCPStandarde internationale in industria alimentara
• HACCP este un standard international acceptat in industriaalimentara, prevazut in anexa “Codului de practicirecomandat international – Principii generale de igiena aalimetelor”
• HACCP a fost dezvoltat de WHO/FAO Comisia CodexAlimentarius pentru siguranta alimentelor destinateastronautilor. UE a intrat in comisie in 2003.
• Prima versiune a fost publicata 1960, versiunea curenta fiinddin 2003
• HACCP a fost intial integrat in legislatia europeana in1993, prin Directiva Consiliului 93/43/EEC. Toate statelemembre UE sunt membre si in Codex Alimentarius.
52
LegislatiaLegislatia UE inUE in domeniuldomeniulalimentaralimentar
Legislatia recenta din UE a integrat HACCP la cerinteleprivind asigurarea igienei si sigurantei alimentelorConsta intr-o suma de regulamente, cum ar fi
• Regulamentul (EC) 852/2004: Reguli comune de igiena inindustria alimentara
• Regulamentul (EC) 853/2004: Igiena produselor de origineanimala
• Regulamentul (EC) 854/2004: Reguli de sanatate la animalesi controlul acestora
• Regulamentul (EC) 2073/2005, si 1441/2007 privindincarcatura microbiana in alimente
53
IgienaIgiena produselorproduselor alimentarealimentareCerintele cuprinse in regulamentele UE sunt prevazute pentrua asigura concordanta cu
• Criteriul microbiologic• Cerintele de control al temperaturii• Mentinerea “lantului de racire”• Curatenia si intretinerea• Prelevarea, analiza, rapoartele
54
IgienaIgiena produselorproduselor alimentarealimentareRegulamentul (EC) 852/2004 stipuleaza cerintele generalepentru igiena alimentelor, definind igiena acestora drept :
• “masurile si conditiile necesare pentru a controla riscurile si aasigura compatibilitatea cu consumul uman al alimentelortinandu-se seama de aceasta intentie la producere
Domeniu• Elaborarea premiselor initiale• Elaborarea procesului de
productie• Indepartarea deseurilor• Asigurarea apei• Facilitati pentru igiena
personala
• Igiena personala si starea desanatate a personalului
• Curatenie si intretinereconforme
55
CurateniaCuratenia sisi intretinereaintretinereaAnexa 2 din Regulament prevede ca pentru spatii
• Trebuie sa fie curate si bine intretinute• Trebuie sa fie proiectate pentru a se putea efectua
o curatenie si dezinfectie adecvate si sa asigureun spatiu de lucru adecvat
• Cand apar acumulari de mizerie, produsele simateriile prime trebuie protejate
• Nici un material toxic nu trebuie sa vina in contactcu produsele si materiile prime (incluzand agentii decuratare si dezinfectie)
56
GhiduriGhiduri sisi proceseproceseNu exista recomandari privind procesele de curatenie sidezinfectieIn loc de aceasta, legislatia se refera la ghiduri nationale siinternationale pentru igiena si HACCP cum ar fi:
• Ghiduri de Bune practici in igiena, de ex. DIN 10516Igiena alimentelor – Curatenia si dezinfectia din ghidurileCodex Alimentarius• Ghiduri sectoriale prifind aplicarea HACCP• Ghiduri comunitare ce se refera la Bune practici
de igiena si HACCP, de ex. Standardul internationalpentru alimente (IFS)
Implicatiile HACCP la firmele de curatenieModulul 6 -Legislatia UE pentru curatenie si dezinfectie in industria alimentara 57
GhiduriGhiduri comunitarecomunitare
NivelulFAO/WHO
Regulamentul EC 852/2004
Codul international de practiciCAC/RCP 1-1969
Nivelul UE
Nivelul statelormembre
Industrie
Grupuri deconsumatori
Autoritateanationala
Regulamentul (EC) 852/2004 permite dezvoltarea de ghiduri noinationale sau internationale. Cautati ghiduri noi!
Ghiduricomunitarepentruigiena siHACCP
Codul de bunepractici deigiena
GhiduriHACCP
draft
HACCP pentru intreprinderiMici si mijlocii
Implicatiile HACCP la firmele de curatenieModulul 6 -Legislatia UE pentru curatenie si dezinfectie in industria alimentara 58
GhiduriGhiduri comunitarecomunitare inin vigoarevigoare
Lista de ghiduri comunitare in vigoare poate fi obtinuta dehomepage-ul HygTrain sau de pe site
• Germania: Bundesverband des Gebäudereiniger Handwerks(DE)
• Cehia: Asociatia ceha a curateniei (CAC)• Slovenia: Camera pentru mestesuguri si mici intreprinderi a
Sloveniei• Romania: Euroactiv• Olanda: CINET
59
AnalizaAnaliza dede riscrisc in HACCPin HACCPHazard Analysis and Critical Control Points
• Sistemul de control al proceselor destinat identificariisi prevenirii infectarii microbiene sau altor riscuri inindustria alimentara
• Cere o analiza a riscurilor, atat chimice cat si biologice
• Este urmata de implementarea unor puncte de controlcritice (CCP)
• Implementarea unui asemenea sistem este ghidata decele 7 principii ale HACCP
• Este similar cu alte sisteme de management alcalitatii igienei cum ar fi RABC
60
CumCum suntsunt interconectateinterconectateHAACPHAACP sisi QM ?QM ?
HACCP introduce un sistem de monitorizare cupuncte de control critic (CCP) intr-un sistem QM
• HACCP este un sistem de QM aligienei care functioneaza ca ocompletare la un sistem de QMpreexistent
• Trebuie asigurata preexistenta unuiprogram cum ar fi Bune practicide igiena
• Stabilirea si validarea proceselor(QM) ca o garantie pentrusiguranta alimentelor
• HACCP poate fi integrat in altsistem QM si ceritificat conformacestuia
HACCP
QMBunepractici de
igiena
QM
CCPProiectareafacilitatilor
61
ScaraScara dede prioritateprioritate aa risculuiriscului(RPN)(RPN)
Riscul asupra unui produs sau proces poate fi cuantificatfolosind o scara de prioritate a riscului (RPN) definita deurmatorii factori:
• Severitatatea unei potentiale probleme• Posibilitatea aparitiei, adica potentialul de aparitie• Detectarea, adica posibilitatea de a fi detectat ininte
de a afecta consumatorul final
Scarile pot fi gradate de la 12 – 5 sau 1 – 10. Cu cat este mai marevaloarea cu atata posibilitatea de aparitie este mai mare
RPN = Severitatea x Posibilitatea aparitiei x Detectarea
62
ElementeleElementele unuiunui sistemsistem HACCPHACCPII
Un sistem HACCP contine elemente cum ar fi:• Un plan HACCP :
Diagrama de proces, rezultatele analizei riscurilor,descrierea CCP-urilor si un sistem de monitorizare.Limitele critice si actiunile corective se pot efectua, sepoate modifica planul HACCP dupa stabilirea lui.
• Instructiuni si proceduri de lucru.• Documentatia activitatilor de monitorizare a CCP, liste
de sarcini, devieri, actiuni corective efectuate. Reviziaperiodica a devierilor/analizelor de trend
• Documente al reviziilor periodice ale intregului sistemHACCP. Descrierea procedurilor, testelor, metodelor deaudit
63
ElementeleElementele unuiunui sistemsistem HACCPHACCPIIII
Alte element pot fi
• Reguli comune de igiena(a se vedea Anexa 2 din852/2004)
• Un plan de igiena al personalului• Documentatia legata de activitatile de training• Continutul trainingului: principiile HACCP si aplicarea
instructajelor de munca si a documentatiei de lucru• Documentatia trainingului initial si celui ocazional
Trainingul trebuie facut direct sau indirect tuturorpersoanelor care intra in contact cu alimentele
64
AplicareaAplicarea HACCPHACCPA se urma cele 7 principii HACCP
1. Efecuarea unei analize a riscurilor2. Determinarea (CCPs)3. Stabilirea limitelor critice pentru fiecare CCP4. Stabilirea procedurilor de monitorizare a CCP-
urilor5. Stabilirea actiunilor corective cand s-au
depasit limitele6. Stabilirea procedurilor de tinere a evidentelor7. Stabilirea de proceduri pentru a se verifica
daca sistemul HACCP functioneaza conformplanificarii
CeCe esteeste CALITATEACALITATEA??““CALITATEACALITATEA”” este definită drept este definită drept ““măsuramăsura îîn caren careun ansun ansaamblu de caracteristicimblu de caracteristici intrinseciintrinseciîîndeplinescndeplinesc anumiteanumite cerincerinţţeleele””..[ISO 9000[ISO 9000--2000].2000].
ÎÎn activitatea dn activitatea dinin laboratolaboratoarelearele dede analizeanalize,,““CALITATEACALITATEA”” poate fi definită drept poate fi definită drept ““furnizareafurnizarearezultatelorrezultatelor îîncercncercăărilorrilor îîn cursul unui intervaln cursul unui intervalde timpde timp şşi a unor condii a unor condiţţii stabilite, la costurileii stabilite, la costurilefixatefixate şşi cu respectarea conditiilor de securitatei cu respectarea conditiilor de securitateimpuseimpuse““
66
AsigurareaAsigurarea CalitatiCalitati--AnalizaAnaliza chimicachimica--
Asigurarea Calitatii :Actiuni prestabilite si sistematice necesare pentru a oferi incredereaadecvata ca un produs sau un serviciu va satisface pe deplinnecesitatile legate de calitate
Controlul Calitati :Tehnici si activitati operationale ce sunt folosite pentru a raspundecerintelor de calitate. Implica activitati care tintesc atat spre aurmari un proces si pentru a elimina cauzele esecului cuperspectiva de a atinge cea mai buna eficienta economica
Sistemul de calitate :Structura organizationala, ce acopera responsabilitatile, procedurilesi procesele, pentru a implementa activitatile de calitate(determinand politicile de calitate ale unei compani)
67
AsigurareaAsigurarea calitaticalitati--NevoileNevoile utilizatorilorutilizatorilor--
Rezultatele trebuie sa fie apte pentru scopul masurarii, casi mijloacele care sunt folosite (cel mai mare nivel deacuratete nu este sistematic necesar)
Un client bine informat va intreba: (1) daca metoda estecea optima, (2) daca a fost validata, (3) care sunt surselede incertitudine si (4) care nivelul de incredere ce poate fiasteptat de la rezultate.
Va fi luat de asemenea in considerare si raportulcalitate/pret.
Prelevarea si prelucrarea
probelor de alimente.
Cursul 7
Definitii
lot - o cantitate identificabilă de produs alimentar, livrată la un moment dat şi
determinată de către o persoană autorizată, avînd caracteristici comune privind
originea, varietatea, tipul de ambalaj, ambalatorul,
expeditorul, marcajele si în cazul peştelui, dimensiunea
sublot - o anumită parte a unui lot, separată din punct de vedere fizic
identificabilă din care se prelevă probe;
probă elementară - o cantitate de produs prelevată dintr-un singur punct al
lotului sau sublotului;
Definitii
probă globală - amestecul tuturor probelor elementare reprezentativ pentru
lotul sau sublotul din care au fost prelevate probele
respective;
probă de laborator - o probă destinată examenului de laborator.
Cerinete la prelevarea probelor
Prelevarea de probe se efectuează de către o persoană
autorizată, desemnată de autoritatea competentă.
Probele se prelevează separat din fiecare lot sau sublot care este examinat.
În timpul prelevării de probe, trebuie să se ia măsuri de
precauţie pentru a evita orice schimbări care ar afecta
nivelurile de contaminanţi.
Probele elementare trebuie să fie prelevate din locuri
diferite repartizate în întregul lot sau sublot.
Orice abatere de la această procedură se consemnează în fişa de prelevare
Cerinte la prelevarea probelor
Proba globală se obţine prin amestecarea tuturor probelor elementare.
Probele utilizate în scopul controlului, dreptului la
recurs şi arbitraj se prelevează dintr-o probă globală omogenizată
Fiecare probă se introduce într-un recipient curat şi
inert, care asigură:
◦ o protecţie adecvată împotriva contaminării,
◦ a pierderii substanţelor de analizat
măsurile de precauţie transport
schimbare a compoziţiei probei, care ar putea surveni în timpul transportului şi
depozitării. Fiecare probă prelevată:
◦ se sigilează la locul de prelevare ◦ se identifică corespunzător, ◦ se inregistrează ◦ şi se păstrează astfel încît să se poată
identifica fiecare lot sau sublot (se va face referire la numărul lotului, cu precizarea datei şi locului prelevării).
Planurile de prelevare de
probe Loturile mari se împart în subloturi, cu condiţia ca
sublotul să poată fi separat fizic.
Avînd în vedere faptul că greutatea lotului nu este întotdeauna un multiplu exact al greutăţii subloturilor,
greutatea sublotului poate depăşi greutatea menţionată cu maxim 20 %.
Proba globală este de cel puţin 1 kg sau 1 litru, cu
excepţia cazului în care
acest lucru nu este posibil, atunci proba constă într-un pachet sau o unitate.
Numărul minim de probe elementare care sînt prelevat
conserve, dar din raţiuni practice este necesar să se folosească o abordare bazată pe probe globale.
Pregătirea şi analiza probelor
Proba de laborator trebuie să fie omogenă şi reprezentativă,
fără o contaminare secundară. Colaboratorul trebuie să se asigure că probele
nu se vor contamina în timpul pregătirii lor. Aparatele, echipamentele care vin în contact
cu proba nu trebuie să conţină metalele care urmează să fie determinate şi
trebuie să fie confecţionate din materiale inerte, precum polipropilena sau
politetrafluoretilena (PTFE) etc., care se curăţă cu acid pentru a reduce riscul de
contaminare.
La pregătirea probelor de produsetrebuie folosite procedurile
specifice
descrise în standardul CEN „Produse alimentare - Criterii de
performanţă, consideraţii generale şi pregătirea probelor".
Staniul anorganic trebuie să fie prelevat în soluţie- evitarea
pierderilor
rapide, în special datorită hidrolizei hidroxizilor de Sn(IV) insolubili.
măsuri pentru evitarea si minimizarea riscului de contaminare a probelor în
◦ timpul pregătirii:
◦ înainte de utilizare,
◦ recipientele se spală cu acetonă sau hexan de înaltă puritate;
◦ aparatele şi echipamentele care vin în contact
cu proba trebuie să fie confecţionate din materiale interne precum aluminiu, sticlă sauoţel inoxidabil şlefuit.
Nu se permite utilizarea materialelor plastice.
Proba globală completă se macină fin (dacă este cazul)
şi se amestecă temeinic,
Probele utilizate în scopul controlului se prelevează din materialul
omogenizat, cu excepţia cazului în care acest lucru contravine cerinţelor privind
prelevarea de probe.
Metodele de analiză pentru staniul total sînt adecvate celor pentru controlul
oficial al nivelurilor de staniu anorganic.
În cazul în care nu sînt descrise metode specifice pentru determinarea
contaminanţilor în produse alimentare se permite utilizarea oricărei metode validate
de analiză (unde este posibil, validarea va include un material de referinţă certificat),
cu condiţia ca metoda selectată să corespundă criteriilor specifice de performanţă
În cazul în care există un număr limitat de metode de analiză integral
validate, poate fi folosită alternativ abordarea „adecvării la scop" pentru a evalua
adecvarea metodei de analiză.
Metodele adecvate pentru controlul oficial trebuie să producă rezultate cu
incertitudini de măsurare standard inferioare incertitudinii de măsurare standard
maxime calculate folosindu-se următoarea formulă:
Uf = √ (LOD/2)2 + (αC)2 , unde:
Uf - este incertitudinea de măsurare standard maximă (μg/kg);
LOD - este limita de detecţie a metodei (μg/kg);
C- este concentraţia care prezintă interes (μg/kg); α - este un factor numeric care va fi folosit în funcţie
de valoarea lui C.
Valorile care trebuie utilizate sînt prevăzute în tabelul nr 8 din anexă la prezentele
Raportarea şi interpretarea
rezultatelor Rezultatele trebuie exprimate în aceleaşi unităţi şi
cu acelaşi număr de cifre
semnificative ca şi nivelurile maxime stabilite pentru
contaminanţi în produsele
alimentare.
În cazul în care metoda analitică prevede aplicarea extracţiei, rezultatul
analitic trebuie corectat din punct de vedere al recuperării i consemnat nivelul de
recuperare.
În cazul în care metoda analitică nu prevede aplicarea extracţiei (în cazul
metalelor), rezultatul trebuie consemnat fără corecia recuperării, cu condiia
prezentării dovezilor, utilizînd material de referinţă validat adecvat, care asigură
atingerea concentraţiei certificate ce permite
determinarea incertitudinii de măsurare
(acurateţe crescută a măsurării).
Rezultatul analizei trebuie consemnat ca:
„ x +/- U", unde:
„ x " - este rezultatul analitic;
„ U " - este incertitudinea de măsurare extinsă, folosind un factor de acoperire
2, care dă un nivel de încredere de aproximativ 95 % (U = 2u).
Analistul trebuie să ţină cont de raportul privind relaţia dintre rezultatele
analitice, incertitudinea de măsurare, factorii de recuperare si cerinele fată de
produsele alimentare si hrana pentru animale.
Raportarea şi interpretarea
rezultatelor Lotul sau sublotul este acceptat dacă
rezultatul analizei probei de laborator
nu depăşeşte nivelul maxim respectiv prevăzut pentru contaminanţi în produsele alimentare, .
Lotul sau sublotul este respins în cazul în
care rezultatul analizei probei de
laborator depăşeşte cu certitudine nivelul maxim respectiv prevăzut pentru
contaminanţi în produsele alimentare, ţinînd
cont de incertitudinea de măsurare
Impărţirea loturilor în subloturi pentru produsele comercializate în vrac
Împărţirea loturilor în subloturi
pentru alte produse
Numărul minim de probe elementare de prelevat din lot sau sublot
Numărul de ambalaje sau unităţi (probe elementare)
de prelevat pentru a constitui proba globală în cazul
în care lotul sau sublotul este format din ambalaje
sau unităţi distincte
STUDIU DE CAZ
Prelevarea probelor de produse
alimentare în vederea testării microbiologice
Samplingul in procesul
de masurare
Incertitudine a de masurare
Cursul 8
Diagrama
schematica
a
procesului
de
masurare
Obiectul supus samplingului
Este portiunea de material pe care proba trebuie sa o
reprezinte.
Trebuie definit inainte de realizarea planului de sampling
Poate fi definit printr-o reglementare
sau un intreg set, lot sau transport de marfa
Orice obiect supus samplingului va genera
un rezultat raportat al masurarii si o incertitudine
Probele primare
constituite dintr-un nr. de incremente
combinate formeaza o proba compusa
este ceruta incertitudinea acestei valori individuale a masurarii, realizata pe aceasta proba combinata
in practica de labnorator are loc diferentierea ‘probelor’
determinarea sursei incertitudinii.
Incertitudinea masurarii
Parametru asociat rezultatului unei masurari
care caracterizeaza dispersia valorilor ce pot fi
atribuite in mod rezonabil masurandului
‘Parametrul’ – un domeniu, o abatere standard,
un interval (interval de incredere) sau o alta
masura a dispersiei precum abaterea standard
relativa.
Incertitudinea este asociata cu fiecare rezultat al
masurarii. Forma x±U
x –rexultatul masurarii; U – incertitudinea extinsa
Incertitudinea masurarii
O valoare estimata atasata rezultatului unei
incercari care caracterizeaza domeniul de valori in
care se declara ca se afla valoarea adevarata
in metrologie incertitudinea exprima ‘dispersia
valorilor care pot fi atribuite in mod rezonabil,
masurandului’
Ex: masurandul poate fi masa totala de aur dintr-un
depozit geologic.
esentiala este sursa de erori (BIAS) din timpul
experimentelor
Incertitudinea masurarii
Ex. masurarea conc. dintr-un solid va implica
extractia materialului, cantariri, operatii
volumetrice, spectrofotometrice sau chiar
cromatografie.
Extractia rareori e completa si rezultatele vor fi
mai mici – recuperari, materiale de referinta
Incertitudinea masurarii
E legata de exactitate, eroare, justete, precizia.
Include toleranta pentru toate efectele ce pot influenta
un rezultat (erorile aleatoare si sistematice.
E valida pentru aplicarea corecta a procedurilor de
masurare si sampling.
Surse de incertitudine in
sampling
• Eterogenitate (sau ne-omogenitatea)
•Efectele strategiei de sampling (aleatoriu, aleatoriu
stratificat, proportional)
•Efectele mobilitatii mediului (densitatea de selectie)
•Starea fizica a materialului (solid, lichid, gaz)
•Efectele datorate temperaturii si presiunii
•Efectele asupra compozitiei; Transportul si depozitarea
probei.
Prepararea probei
Omogenizarea si/sau efectele de sub-sampling
Uscarea
Macinarea
Dizolvarea
Extractia
Contaminarea
Derivatizare (efecte chimice)
Erori de dilutie; preconcentrarea;
Surse de incertitudine datorat
prelevarii – teoria samplingului
Eroare funfamentala a saplingului (FSE)
Rezultat al eterogenitatii constitutionale (particulele fiind diferite fizic si chimic.
Eroare datorata gruparii si segregarii (GSE)
Rezultat al eterogenitatii distributionale
Eroare datorata selectiei unui punct dintr-un domeniu vast (PSE1)
Tendinte in spatiu si timp
Surse de incertitudine datorat
prelevarii – teoria samplingului
Eroare datorata selectieiperiodice a punctelorvast (PSE2)
Nivele periodice in spatiu si timp
Eroare datorata delimitarii incrementului (IDE)
Identificarea probei corecte care sa fie selectata. Ia in considerare forma marginilor dispozitivului de sampling
Surse de incertitudine datorat
prelevarii – teoria samplingului
Eroare datorata extractiei incrementului (IXE)
Indepartarea probei dorite. Ia in considerare forma marginilor dispozitivului de sampling
Eroarea datorata prepararii incrementului su probei (IPE)
Contaminarea (material strain in proba);
Pierderi (adsorbtie, condensare, precipitare)
Alterarea compozitiei chimice (pastrare)
Aterarea compozitiei fizice (aglomerarea, spargerea particulelor, umiditatea)
Surse de incertitudine datorat
prelevarii – teoria samplingului
Greseli involuntare (numerotarea gresita a
probelor, lipsa de cunostinte, neglijenta)
Greseli deliberate (sararea minereurilor aurifere,
greseli deliberate in delimitarea incrementelor,
falsificare)
Eroarea de ponderare (SWE)
Rezultatul erorilor de atribuire a greutatii
diferitelor parti ale unei probe compuse inegal
Estimarea incertitudinii de masurare
Masurandul
Este o valoare medie care reprezinta compozitia
intregului obiect supus samplingului
Este estimatprintr-un proces de sampling si
analiza.
1. Abordarea empirica – de jos in sus
2. Abordarea modelarii – cauza - efect
Abordarea empirica a
Incertitudinii – de jos in sus
Intentioneaza sa obtina o valoare estimata fara a
cunoaste individual sursele.
Se bazeaza pe estimarile globale de repetabilitate
din incercarile in-house sau inter-organizationale.
Estimarile fiecarui efect pot fi realizate separat din
proprietatile metodelor de masurare, precum si
precizia samplingului (pt. efecte aleatorii datorate
samolingului), sau eroarea (bias) analitica (pt.
efectele sistematice ce qapar dat. Analizei chimice)
Surse de incertitudine
Se pot considera 4 surse de eroare:
1. Erori aleatorii dat. met. de sampling
2. Erori aleatorii dat. met. de analiza
3. Erori sistematice met. de sampling
4. Erori sistematice met. de analiza
Au fost cuantificate ca:
Precizia samplingului
Precizia analitica
Eroarea (bias) datorata samplingului
Eroarea (bias) analitica
Surse de incertitudine
Estimarea contributiilor incertitudinii in
abordarea empiruica
Model statistic pentru exprimarea
empirica a incertitudinii
Modelul statistic descrie corelatia dintre valoarea masurata si valoarea adevarata a concentratiei analitului.
Cuprinde efectele intamplatoare – ia in considerare o singura masurare a concentratiei analitului (x) pe o singura proba (compusa sai individuala) dintr-un anumit obiect supus samplingului:
x=Xadevarat + esampling + eanaliza
Unde Xadevarat – valoarea adevarata a conc. Analitului (echivalentul valorii masurandului)
Model statistic pentru exprimarea
empirica a incertitudinii
Pt. un singur obiect supus samplingului, daca
sursele de variatie sunt independente, varianta
masurarii σ2 max este data de:
σ2 max= σ2 sampling + σ2 analitica
σ2 sampling – varianta dintre probe pe obiect (dat.
eterogenitatii analitului)
σ2 analitica varianta dintre analize pe o singura
proba
Model statistic pentru exprimarea
empirica a incertitudinii
Daca val. Exprimate statistic ale variantei s2 sunt
utilizate pt. aproximarea acestor parametrii
obtinem:
Incertitudinea standard (u) poate fi estimata
folosind s masurare
2 2
masurare sampling analiticu s s s
Model statistic pentru exprimarea
empirica a incertitudinii
Cand se cerceteaza mai multe obiecte, modelul
trebuie extins si se foloseste ANOVA.
Metoda Descrierea
metodei Persoanele care
realizeaza
samplingul
Protocoale Componentele estimate
Sampling Analiza
Precizie Eroare
(bias) Precizie Eroare
(bias)
1 duplicate una singura unul da nu da nu
2 protocoale una singura mai multe intre protocoale da nu
3 studiu
colaborativ
sampling
mai multe unul intre persoane da nu
4 test de
capabilitate
a
samplingului
mai multe mai multe intre protocoale +
intre persoane da nu
Calculul incertitudinii extinse U
U=2smasurare
Exprimata procentual:
Unde x – valoarea raportata
' 2*100* %masurares
Ux
Incertitudinea relativa – nu se modifica apreciabil in functie de
concentratie la val. Mai mari decat limita de detectie (mai mare de
10 ori)
'2*
100* %sampling
sampling
sU
x
' 2*100* %analitic
analitic
sU
x
METODE ELECTROCHIMICE DE ANALIZA
CELULA ELECTROCHIMICA – ROL IMPORTANT - ELECTRODUL
ELECTRODUL – senzor cu rol de a converti semnalul de intrare (semnal de excitare a sist. electrochimic)
intr-un semnal masurabil pe o scala
(semnal de raspuns al sist. electrochimic)
In functie de natura semnalului de raspuns (de iesire) se deosebesc 3 mari cat. de senzori electrochimici: - senzori potentiometrici;
- senzori amperometrici;
- senzori conductometrici;
CARACTERISTICILE SENZORILOR ELECTROCHIMICI
Functia de transfer
Sensibilitatea
Selectivitatea
Domeniul de raspuns
Timpul de raspuns
Gradul de participare al senzorului
Siguranta in exploatare
Economicitate
CARACTERISTICILE SENZORILOR ELECTROCHIMICI
Functia de transfer – expresia relatiei dintre semnalul de intrare si cel de iesire al senzorului;
Ecuatia lui Nernst sau Ilkovic sunt functii de transfer;
Functia de transfer – e cunoscuta sub forma unei expresii matematice care sa aiba o interpretare teoretica;
O relatie de dependenta lineara este ideala;
CARACTERISTICILE SENZORILOR ELECTROCHIMICI
Sensibilitatea – este exprimata prin derivata de ordinul intai a functiei de transfer;
Pentru ca senzorul sa fie sensibil este necesar ca valoarea derivatatei sa fie cat mai mare;
Limita de detectie - determina concentratia minima pe care senzorul o poate semnala;
CARACTERISTICILE SENZORILOR ELECTROCHIMICI
Selectivitatea – reprezinta abilitatea unui senzor de a extrage selectiv analitul sau o clasa de analiti si de a discrimina speciile interferente care raspund la un anumit semnal de excitare. Este specificata prin intermediul coeficientului de
selectivitate;
Selectivitatea poate fi crescuta pe 2 cai: Prin eliminarea sursei de zgomot;
Prin marirea specificitatii senzorului;
CARACTERISTICILE SENZORILOR ELECTROCHIMICI
Domeniul de raspuns – electrodul de tip potentiometric sau amperometric aflat intr-o celula electrochimica impreuna cu un electrod de referinta, va avea un domeniu de raspuns (exprimat in unitati de activitate sau de concentratie) situat intre val. Cea mai mica si cea mai mare a limitei de masurare. Curba de raspuns – variatia tensiunii masurate a unei
cel. electrochim. in functie de log. activitatii analitului;
Sau – var. intensitatii curentului limita in functie de concentratie – pt. masuratorile - polarografice si
- voltametrice;
CARACTERISTICILE SENZORILOR ELECTROCHIMICI
Timpul de raspuns – reprezinta timpul neceasr pentru ca tensiunea celulei electrochimice sa ajunga la 1 mV din val. tensiunii de echilibru;
Timpul de raspuns - practic reprezinta marimea intervalului de timp care se scurge intre mom. in care conc. ionului de interes din sol. aflata in contact cu un electrod ion sensibil si unul de referinta se modifica;
CARACTERISTICILE SENZORILOR ELECTROCHIMICI
Gradul de participare al senzorului – interactiunea senzorului cu sist. studiat sa fie cat mai redusa;
Perturbatiile cauzate de prezenta senzorului in sistem sa fie minime;
Este avantajos sa functioneze cat mai reversibil;
A.
B.
A. Concept general
B. Experiment electrochimic
B. Semnalul de excitare – este o treapta de potential;
Raspunsul este curba i=f(t);
A.
C.
A. Concept general;
C. Experiment spectrometric;
C. Semnalul de excitare – radiatia luminoasa de diferite lungimi de unda;
Semnalul de raspuns este curba A=f();
POTENTIOMETRIE
• tehnica electrochimica care are la baza masurarea tensiunii electromotoare a celului electrochimice fata de un electrod indicator si unul de referinta;
• cel mai simplu electrod indicator este cel metalic al carui potential depinde de concentratia cationului al electrodului metalic;
PRINCIPIUL OPERATIONAL AL POTENTIOMETRIEI DIRECTE
Este o tehnica electroanalitica – implica masurarea tensiunii unei celule galvanice sau electrolitice (I curent. – const.);
Electrod indicator – cerinte: Sa aiba un raspuns nernstian la variatiei activitatii
analitului;
Nu trebuie sa raspunda in acelasi mod la activitatea altor specii chimice prezente in sol, deci trebuie sa fie specific;
Suprafata activa a electrodului indicator trebuie sa ramana nemodificata atunci cand curenti cu intensitati mari traverseaza celula electrochimica;
Ecell = Eind – Eref + Ej Celula de referinta: o celula avand potentialul de electrod cunoscut Electrodul indicator: Are un potential care variaza intr-un mod cunoscut cu variatia concentratiei analitului.
PRINCIPII GENERALE
Electrod de referinta | punte de sare | solutia analitului | electrodul indicator
Eref Ej Eind
CLASIFICAREA ELECTROZILOR
In functie de rolul pe care il joaca in celula electrochimica: - electrozi indicatori;
- electrozi de referinta;
In functie de natura electrica a speciei chimice in raport cu care este reversibil:
- electrozi sensibili pentru cationi;
- electrozi sensibili pentru anioni;
- electrozi sensibili pentru molec.
neutre
Clasificare din punct de vedere didactic:
1. Electrozi conventionali:
- electrozi de speta zero (redox);
- electrozi de speta I;
- electrozi de speta II-a;
- electrozi de speta III-a;
2. Electrozi ioni selectivi:
- electrozi ion-sensibili cu membrana de sticla;
- electrozi ion-sensibili cu membrana solida:
- - omogena;
- - eterogena;
- - impregnata;
3. Electrozi sensibili pentru gaze;
4. Biosenzori;
5. Microelectrozi si ultramicroelectrozi potentiometrici;
- electrozi ion-sensibili cu membrana lichida: - poroasa sau neporoasa pe baza de schimbatori de ioni; - poroasa sau neporoasa pe baza de transportori neutri;
1. Electrozi conventionali: - electrozi de speta zero (redox);
Sunt constituiti dintr-un metal nobil (Pt sau Au) imersat in sol. Ox/red. solubil.
Det. pot. standard – realizarea unui electrod ce contine starile oxidata si redusa la activitati cunoscute;
Exemple de electrozi: -electrodul pentru fericianura/ferocianura utilizat in titrarile pot. de precip. cu ferocianuri;
-electrodul pentru Fe3+/Fe2+, Ce4+/Ce3+;
1. Electrozi conventionali: - electrozi de speta I;
Sunt construiti dintr-un metal M imersat intr-o solutie ce contine ionii metalului respectiv Mz+ ;
Au la baza reactia: Mz+ + ze- M0
Pot fi reprezentati printr-o semicelula de forma: M Mz+ pentru care:
]ln[0
/
z
MMM
zF
RTEE z
Ag, Hg si in anumite cond. Cu si Bi react. reversibil.
Restul metalelor nu react reversibil
1. Electrozi conventionali: - electrozi de speta II;
Sunt construiti dintr-un metal M aflat in contact cu o sare greu solubila a ionilor sai, MX si imersat intr-o solutie a sarii MX.
Functionarea lor se bazeaza pe o reactie de forma: MX + ze- Mz+ + Xz-
Pot fi reprezentati printr-o semicelula de forma: M, MXXz- pentru care:
]ln[0 X
zF
RTEE
EX: Ag AgX, X- (X-=Cl-, Br-,I-);
Pb,PbSO4SO4-; HgHg2Cl2 ,Cl-
1. Electrozi conventionali: - electrozi de speta III;
Constituiti dintr-un metal M, in contact cu o sare greu solubila a ionilor metalului respectiv MX, o sare greu solubila al unui alt metal M’ (M’X) dar cu anion comun,
Sistemul format este imersat intr-o solutie a ionilor celui de al doilea metal M’
Are la baza functionarii reactia:
MxXz + xM’z+ + xze- xM + M’xXz
1. Electrozi conventionali: - electrozi de speta III;
Pot fi reprezentati printr-o semicelula de forma: M, MX, M’XM’z+
Potentialul electrodului – o functie liniara de logaritmul conc. [M’z+] si e descris de expresia de forma:
]ln[ '0 zMzF
RTEE
Ex: 1) Tl+ TlI, AgI, Ag;
2) Cu2+, CuS, HgS Hg;
3) Ca2+ CaSO4, PbSO4,Pb
Electrozi de referinta
Sunt electrozi de speta zero sau speta a-II-a;
In cadrul unei celule electrochimice –isi pastreaza constant potentialul indiferent de sol. in care sunt imersati si fata de care poate fi masurata variatia potentialului electrodului indicator;
Ex: - 1) electrodul de hidrogen
- 2) electrodul de argint / clorura de argint
- 3) electrodul de calomel;
1) Electrodul standard de hidrogen
- electrod de referinta fundamental;
- prin definitie potentialul de echilibru este considerat zero la orice temperatura, pentru ca a fost ales arbitrar ca punct zero pentru potentialul de electrod.
- Punctual zero este este necesar pentru ca nu se poate masura potentialul de electrod pentru un singur electrd ci numai ca diferenta a doua potentiale masurabile.
1) Electrodul standard de hidrogen
• Semicelula electrochimica: Pt | H2 (1 atm)|H+
• Consta dintr-o placuta de Pt imersata intr-o sol. de HCl in care se barboteaza hidrogen gazos la presiunea de 1 atm.
• Reactia de la suprafata electrodului este de oxido-
reducere: H+ + e- ½ H2 (g)
in care ionii de hidrogen sunt in echilibru cu H2
molec. dizolvat, prin intermediul electronilor furnizati de Pt sau Pd.
.
1) Electrodul standard de hidrogen
Potentialul electrodului de hidrogen, conf. legii lui Nernst
Unde pH2- presiunea partiala a hidrogenului barbotat. pH2=1 atm
)ln(2/1
0
/
22
H
H
HH p
a
zF
RTEE
)ln(0
/ 2
HHHa
F
RTEE
pH2=1 atm si aH+=1mol x L-1 0
// 22 HHHHEE
1) Electrodul standard de hidrogen
Prin conventie pot. standard al electrodului de hidrogen este considerat = zero
Acest electrod constituie electrodul primar de referinta (etalon, standard) al tuturor masuratorilor potentiometrice deoarece
Este proportional cu lg K0 (const. Cuplului de referinta redox).
00
/ 2 HH
E
0
/ 2HHE
1) Electrodul standard de hidrogen
In conditii standard, electrodul de hidrogen este reprezentat de semicelula:
• Pt | H2 (1 atm)|H+ (aH+=1mol x L-1)
• Si functioneaza ca electrod de referinta in potentiometrie
Tinand seama de relatia devine:
00
/ 2 HH
E
pHaF
RTE
H05916,0)ln(
Este un electrod de speta a II-a.
Semicelula poate fi reprezentata:
Ag(s), AgCl (sat) AgCl, Cl-
(solid) (solutie)
Sau mai simplu: Ag, AgClCl-
Reactia electrochimica de la
suprafata electrodului:
Ag(s) + Cl– AgCl(s) + e-
2) Electrod argint / clorura de argint
Diagrama electrodului argint/clorura de argint prezinta partile
electrodului care produce potentialul elcetrodului de referinta
Eref si potentialul juctiunii Ej
Expresia pot. electrodului se deduce pornind de le ec. Nernst pt. Electrodul metalic de Ag:
AgAgAg
aF
RTEE ln0
/
Activitatea ionilor de Ag in sol sat. este data de solubilitatea compusului ce poate fi caracterizat cantitativprin constanta produsului de solubilitate:
2) Electrod argint / clorura de argint
ClAgps aaK Expresia potentialului de electrod devine:
in care ClAgAg
aF
RTEE ln'0
/
psAgAgAgAgK
F
RTEE ln0
/
'0
/
'0
/ AgAgE
Poate fi masurat cu ajutorul celulei fara jonctiune
PtH2 (p=1 atm) H+, Cl- AgCl, Ag
ClaVEAgAg
2522234,0'0
/
Avantaje ale electrod. Ag,AgClCl-
Este usor de preparat in laborator;
Reactia de electrod Ag(s) + Cl– AgCl(s) + e-
este putin influentata de alte reactii secundare;
Prezinta rezistenta mare la polarizare;
Prin mod. de compozitie se poate utiliza electrodul si la temp. de (– 80°C) sau (+ 300 °C) ceea ce a permis obtinerea electrozilor de referinta sterlizabili.
Dezavantajele ale electrodului
Ag,AgClCl-
Dupa confectionare electrodul poate fi folosit numai 24 h, pot electrd. Fiind instabil in primele ore de preparare.
Deobicei se prepara mai multi electrozi simultan urmarind sa fie folositi numai aceia al caror pot. nu difera cu mai mult de ± 0,0001V.
Expunerea prelungita la lumina poate deteriora electrodul prin reducerea AgCl la Ag.
Pot. electrod. e influentat de conc. mari de Br-si O2 dizolvat in sol. electrolitica
iar in prezenta NH4+ sunt necesare precautii.
Electrodul de referinta: mentine un potential fix: o jumatate de celula are un potential de electrod cunoscut
1) Electrod saturat de calomel
Hg(s) | Hg2Cl2 (sat.), KCl (sat.) | |
Reactia electrodului de calomel in
jumatate de celula
Hg2Cl2 (s) + 2e = 2Hg(l) + 2Cl–
Eo = + 0.268V
E = Eo – (0.05916/2) log[Cl–]2
Dependent de temperatura
Structura cristalina a calomelului (Hg2Cl2), care ii limiteaza solubilitatea in apa (Ksp = 1.8 ×10–18)
Hg2Cl2 Hg22+
+ 2Cl–
Ksp = 1.8 ×10–18
Solutia saturata de KCl = 4.6 M KCl
Diagrama unui electrod tipic de calomel saturat
Un electrod saturat de calomel facut din materiale aflate in laborator.
Potentialul lichid de jonctiune
Diferenta de potential dintre doua solutii cu compozitii diferite separate de o membrana.
Cel mai simplu exemplu – cazul a doua solutii care contin concentratii diferite ale aceleasi sari;
Sarea va difuza din comparimentul cu concentratia mai mare catre compartimentul cu concentratie mai mica.
Potentialul de jonctiune: un potential mic care exista la interfata dintre doua solutii de
elctrolit avand compozitie diferita.
Dezvoltarea potentialului de jonctiune cauzata de mobilitatile
inegale ale ionilor.
Mobiltatilor ionilor in apa la 25oC:
Na+ : 5.19 × 10 –8 m2/sV K+ : 7.62 × 10 –8 Cl– : 7.91× 10 –8
Reprezentarea schematica a unei junctiuni lichide aratand sursa potentialului de jonctiune, Ej.
Electrodul de sticla si electrodul ion selectiv
Curs 10
Electrozii indicatori ai ionilor de hidrogen
ELECTRODUL DE STICLA
Folosit pt. prima data in 1906 de M. Cremer;
Face parte din cat. electoz. cu membrana solida;
Utilizarea in mas. pot. de pH bazandu-se pe faptul ca la interfata membrana de sticla-solutie apare un pot. care este det. de activitatea ionilor de hidrogen din solutie
ELECTRODUL DE STICLA este alcatuit dintr-un
Balonas mic din sticla in care se introduce o solutie tampon cu pH cunoscut si un electrod de referinta intern;
Sticla-are o compozitie special care ii asigura urmatoarele calitati:
Sensibilitate ridicata la variatii ale pH-ului;
Rezistenta electrica convenabila;
Durabilitate mecanica si chimica in timp;
Higroscopicitate ridicata necesara procesului de schimb ionic de la interfata membrana-solutie;
Electrodul de sticla
Primul electrod de sticla preparat de
Haber si Klemensiewcz in 1909;
Sistemul tipic de masurare a pH-ului
Modelul pentru membrana de sticla
Este asimilat cu o membrana cu sarcini fixate a caror concentratie este constanta,
Sarcinile fiind distribuite uniform sau neuniform in interiorul membranei si sunt independente de conc. sol. externe
Transportul solv. prin membrana si accesul cat. (anionilor) in membrana fiind excluse;
Expresia potentialului de membrana:
.)( consta stH
Unde: wHa )(
- activitatea ionilor de hidrogen in sol externa;
0stE -potentialul standard al
membranei adica stHst aEE )lg(05916,00
unde:
.)( consta stH
Electrodul de sticla – reprezentare schematica prin urmatoarea secventa
electrochimica
structura cristalina a sticlei ce const. membrana este dif. pe cele 2 fete ale membr.
Se pune in evidenta masurandu-se tensiunea unei celulei de forma simetrica:
- s-a reprezentat membrana de sticla
In care cei 2 electrozi de ref. si sol tampon din stanga si dreapta memb. de sticla sunt identice.
Pentru a obtin tens. Unei celule electrochimice care include un electrod din sticla ca electrod indicator si un electrod de calomel saturat ca electrod de ref., este necesar sa se insumeze algebric toate pot existente.
ELECTRODUL CU MEMBRANA DE STICLA
ijernrefexternrefernstexternstst EEEEEE int..int..
In care ultimii patru termeni sunt constanti si pot fi inglobati in tensiunea standard a celulei:
ijernrefexternrefernstst EEEEE int..int.'0
wHstwHstst aEaF
RTEE )lg(05916,0)lg( '0'0
ELECTRODUL CU MEMBRANA DE STICLA
Poate fi folosit pentru masurarea activitatii ionilor de hidrogen intr-un domeniu larg de pH;
Un factor important de care trebuie sa se tina seama in det. pot. de pH – temperatura;
Temp. actioneaza aupra pot. electrod. de sticla prin: – variatia pot. de membrana;
– variatia pH – lui sol. tampon interne;
ELECTRODUL CU MEMBRANA DE STICLA
– variatia pot. Electrodului de ref. intern;
– variatia tensiunilor de difuzie pe jonctiunile lichide;
– variatia suprafetei active a membranei de sticla prin deteriorarea acesteia;
– variatia rezistentei electrice a membranei de sticla.
AVANTAJELE ELECTRODULUI CU MEMBRANA DE STICLA
Precizie buna a masuratorilor potentiometrice de pH pe un domeniu de pH cuprins intre 1 si 11;
Timp de raspuns foarte scurt;
Masuratorile de pH efectuate pe aceasta cale sunt influentateb de coloratia sol. sau de prez. unor pp, suspensii, emulsii;
Nu necesita introducerea in sol. de analizat a altor substante;
Masurat. de pH nu sunt afectate de prezenta in sol. a unor compusi oxidanti sau reducatori;
DEZAVANTAJELE ELECTRODULUI CU MEMBRANA DE STICLA
Dat. Rezistentei electrice mari a sticlelor de membrana este necesara o instrumentatie electronica cu rezistenta mare la intrare;
Fragilitatea membranei de sticla;
Modificarea in timp a tensiunii de asimetrie dat. Modif. Conditiei fizice si chimice a celor 2 fete ale membranei – e necesara reetalonarea periodica a acestor electrozi;
DEZAVANTAJELE ELECTRODULUI CU MEMBRANA DE STICLA
Prezinta erori pozitive si/sau negative in cazul masuratorilor pot. de pH efectuate:
- in medii puternic acide,
- in puternic bazice;
- in solutii cu tarie ionica ridicata
- sau in medii de solventi neaposi si amestecuri apa-solvent neapos;
ELECTROZI ION SELECTIVI
Implica masurarea unui potential de membrana.
Raspunsul celulei electrochimice este bazat pe interactia intre membrana si analit care schimba potentialul de membrana.
EIS consta dintr-o membrana ion selectiva, un
electrod de referinta intern si unul extern si un
voltmetru.
Electrod ion selectiv pentru anionul florura Reprezentarea
schematica a EIS
EIS lichid - Ca EIS
Didecilfosfat de calciu in dioctilfenilfosfonat
APLICATII ALE EIS
EIS sunt folositi in diverse aplicatii determinarea concentratiilor diferitilor ioni in solutii apoase.
Exemple: - monitorizarea poluarii: CN-, F-, Cl- - in efluenti, ape naturale;
- Agricultura:
in sol, fertilizatori
APLICATII ALE EIS
Industria alimentara – conservanti alimentari
Continutul de sare din carne, peste, fructe, sucuri;
F- din apa de baut si alte bauturi;
Ca2+ din produsele lactate si bere;
K+ din sucul de fructe si vin;
Fabricarea detergentilor - Ca2+, Ba2+ si F– efectele asupra calitatii apelor;
Fabricarea hartiei: S2- si Cl-;
APLICATII ALE EIS
Explozivi: F-, Cl- si NO3- in materiale
explosive si in produsii de ardere;
Laboratoare Biomedicale: Ca2+, K+ si Cl- in fluidele biologice (sange, plasma, ser, transpiratie);
Analiza F- din schelete si studii asupra danturii;
Educatie si cercetare – varietate mare de aplicatii;
Curs 12 si 13
Ce este un biosenzor?
Dispozitiv analitic care foloseste o reactie biologica
sau o molecula biochimica pentru detectarea
analitului si converteste un raspuns biologic intr-un
semnal procesabil si cuantificabil
Test de sarcina
Dispozitiv de monitorizare a glucozei (pentru
pacienții cu diabet zaharat)
Un senzor care integreaza un element biologic cu un
traductor fizico-chimice pentru a produce un semnal
electronic proportional pentru un singur analit care este
apoi transportat la un detector .
Dispozitiv detectie analit care combina un component biologic cu un detector fizicochimic.
Componenta: - alcatuit din 3 parti
1. un element biologic sensibil – material biologic
ex: tesuturi
microorganisme
cellule receptoare
enzime
acizi nucleici
anticorpi
acizi nucleici
material care imita un produs viu
2. traductor
3. detector- functioneaza intr-un mod
fizicochimic
optic,
piezoelectric
electrochimic,
termometric,
sau magnetic.
Tatal biosenzorului
Profesor Leland C Clark Jnr
1918–2005
1916 Primul raport privind imobilizarea de proteine:
sdsorbtia de invertaza pe carbune activat.
1922 Primul electrod de pH din sticla
1956 Clark publica lucrarea sa finala despre electrodul de
oxigen.
1962 Prima descriere a unui biosenzor: un electrod
amperometric pentru glucoza bazat pe enzime (Clark)
1969 Guilbault and Montalvo – Primul biosenzor potentiometric:
ureaza imobilizata pe amoniac pentru a detecta ureea
1970 Bergveld – tranzistor ion selectiv cu efect de camp (ISFET)
1975 Lubbers and Opitz au descris un senzor de fibra optica
pentru a masura dioxidul de carbon.
Istoria Biosenzorilor
1987 Biosenzor pentru determinarea glicemiei lansat de MediSens ExacTech
1990 biosenzor de la BIACore
1992 Biosenzor pentru sange portabil de la -STAT
1996 Lansare glucocard
1998 Biosenzor pentru glucoza de la LifeScan FastTake
1998 Roche Diagnostics prin fuziobarea lui Roche si Boehringer
Curent Puncte Quantom , nanoparticlue, nanofire, nanotuburi ;
History of Biosensors
Detector
Analit
Manipulare proba/ preparare
Detectie
Semnal
Analiza
Raspuns TARGET ANALYTE TARGET ANALYTE TARGET ANALYTE
Ce vrei sa detecteze?
Molecule Proteine, ADN Glucoza, Vitamine Zahar, ioni metalici
Proteine Glucoza
ADN
Bacterii
Cum recunosc in mod specific analitul?
Anticorp ADN
ADN complementar
Antigen Altele:
enzime/substrat
APN/ADN sau
APN/ARN
Monitorizarea concentratiei de glucoza la pacientii cu diabet
alte scopuri medicale
aplicatii legate de mediu- ex. determinarea pesticidelor din apele contaminate ale raurilor
senzori sensibili la concentratia de bacterii din aer sau alimente pentru a impiedica activitatile de bioterorism
Detectia de agenti patogeni
Determinarea nivelului de substante toxice dupa bioremediere
Detectia si determinarea de organofosfati
Test de sarcina
Detecteaza proteinei hCG in urina.
Dispozitiv de monitorizare glicemiei (pacientii diabetici)
Monitorizeaza nivelul glucozei din sange.
Boli infectioase
biosenzor pt. RBS
Biosenzor de tp vechi pentru CO2
din mine
trebuie să convertească în mărimi electrice
parametri generali ca:
entalpia de reacţie (termistorul),
modificări ale masei depuse (cristal
piezoelectric),
grosimi ale unor straturi transparente
(dispozitive optoelectronice),
concentraţii de substanţe sau ioni
(traductoare ISE).
La senzorii de metabolism - reacţii chimice
între analiţi şi anumiţi receptori enzimatici cu
degajare / absorbţie de căldură.
Nu se măsoară cantitatea analitului, ci variaţia
de temperatură, T.
Entalpiile molare reacţii catalizate de enzime
Enzima-receptor se imobilizează pe sticlă poroasă pe suprafaţa unui termistor.
Se imersează totul în soluţia de măsurat.
Termistorul joacă rolul traductorului şi furnizează T.
De aici rezultă numărul de moli de analit, conform relaţiei:
unde ν este numărul de moli de analit,
C este căldura molară a dispozitivului
Dezavantajul principal este schimbul de căldură ce apare între diversele componente ale experimentului,
ceea ce va induce erori mari în evaluarea lui T.
Optimizările vizează izolarea calorimetrică a biosenzorului într-un reactor.
Cu ajutorul traductorilor optici - indica variaţia
unor parametri precum:
coeficient de absorbţie a luminii,
lungime de undă,
indice de refracţie,
grosimi ale unor
straturi transparente.
Principiul de detectare
a albuminei serice
cu un senzor
optoelectronic.
Receptorul a fost imobilizat pe o membrană
de bromocresol transparent.
Curgerea biolichidului purtător de albumină a
determinat captarea ei pe receptori.
Creşterea grosimii stratului de analit se face
între
o sursă de lumină (led)
şi un detector de lumină (fotodiodă).
Curentul prin fotodiodă scade pe măsură ce
creşte grosimea stratului de albumină depus
pe receptor.
Principiul de lucru:
urmăreşte scăderea frecvenţei de rezonanţă a unui
cristal piezoelectric
când se absoarbe un material străin la suprafaţa sa
şi-l comprimă.
Cristalul este acoperit cu un material receptor.
Efectele zgomotului electric au putut fi înlăturate
prin utilizarea de cristale pereche.
Aceşti traductori au fost utilizaţi pentru detectarea:
NOx, COx, H+, microorganisme.
Reacţiile electrochimice se produc la interfaţa electrod – soluţie,
iar reacţiile biologice cu transfer de electroni se produc la interfaţa enzimă – soluţie.
Se utilizează potenţiometria, determină variaţia potenţialului electric al unui electrod receptor în funcţie de concentraţia ionilor de analit dintr-o soluţie.
Metoda tradiţională de detecţie a unor ioni într-o substanţă purtătoare foloseşte ISE (Electrozi ioni selectivi).
Din punct de vedere electronic ISE poate fi privită ca o sursă de tensiune electromotoare (de sute de milivolţi pentru biosenzori) şi cu o impedanţă de ieşire mare (până la sute de M),
Masa electrică este soluţia,
iar ieşirea sursei este electrodul de referinţă.
Dacă concentraţia ionilor de analit din soluţie
se modifică,
atunci potenţialul electrodului sensibil la
aceşti ioni (receptorul) se modifică după
relaţia lui Nerst.
Ex. în cazul pH-ului o scădere a acestuia cu o
unitate, determină creşterea tensiunii
furnizate cu circa 55mV.
biosenzorii electrochimici folosesc amperometria.
au loc reacţii chimice de oxido-reducere cu transfer de electroni în medii electrolitice.
În domeniul biosenzorilor- a însemnat detectarea unui analit prin măsurarea concentraţiei unui produs de metabolism, mult mai uşor de determinat.
Pentru aceasta se folosesc electrozi cu enzime receptor aşezate în unul sau mai multe straturi.
Pentru măsurarea concentraţiei de glucoză se foloseşte enzima GOD care accelerează foarte mult procesul de oxidare al glucozei, în urma căruia rezultă şi H2O2.
Este mult mai uşor să se măsoară
concentraţia de H2O2,
după care se calculează din reacţie
concentraţia de glucoză.
Curenţii care se stabilesc în aceste straturi
sunt de natura unor curenţi de difuzie.
Curentul, Ilim este proporţional cu
concentraţia substanţei care se determină
mai uşor, ci, (i=H2O2)
în exemplul anterior cu glucoza
Pentru determinarea unui analit,
traductoare folosesc chemoreceptori direct
din lumea vie.
De ex, s-a realizat un receptor de
acetilcolină, utilizând organul electric al
peştelui Torpedo şi un senzor capacitiv.
Când biolichidul purtător conţinea acetilcolină
în concentraţie mărită,
creştea tensiunea electrică furnizată de
traductorul organic al peştelui,
ceea ce încărca senzorul capacitiv.
măsurători în domeniul 1....100mol/l concentraţie de acetilcolină în biolichidul purtător prin tehnici de C-V-metrie.
Altă direcţie de lucru este cuplarea unor celule receptoare vii cu una sau mai multe fibre nervoase.
Stimularea unor celule olfactive sau gustative cu un anumit analit conduce la generarea unui impuls nervos detectabil către neuronii din fibră.
EX: s-a realizat un senzor pentru determinarea concentraţiei de aminoacizi,
utilizând drept traductor organul olfactiv din antenulele crabului Calinectes Sadipus.
Antenulele, legate de o unică fibră nervoasă, au fost conectate cu o sondă de platină.
Stimularea receptorilor olfactivi cu aminoacidul L-glutamat, în concentraţia 0,01...1mmol/l, a creat impulsuri nervoase măsurabile,
cu valori cuprinse între 10-1000V.
s-a obţinut o linearitate bună
Ex: o serie de substanţe ca: acetilcolina, dopamina, ioni de Na+, Ca+, K+.
Ele participă ca neurotransmiţători la propagarea impulsului nervos.
transmiterea unui impuls nervos se face pur electric: prin deplasare de sarcină electrică.
Datorită acestei comportări "electronice" a sistemului nervos uman, s-a dezvoltat o ramură nouă în ştiinţele biologice: neuroelectrofiziologia.
Prin Bio-FET - totalitatea dispozitivelor
biologice ce conţin ca element traductor
activ un tranzistor cu efect de câmp.
Ele pot fi biosenzori (tranzistoarele ISFET,
ENFET)
sau dispozitive de testare şi investigare a
materialelor biologice,
sau dispozitive create în alte scopuri.
Tranzistoarele ISFET (Tranzistoare sensibile la efectul de Ion Sensitive Field Effect Transistor)
au derivat direct din ISE (electrozii sensibili la ioni).
constructiv, dispozitivul ISFET este un MOSFET,
pentru care receptorul - un electrod ce sezizează doar anumiţi ioni (de exemplu de Ca+, K+…) –
este un metal special (Pt, Pd, Ir).
Regiunea porţii este imersată într-o soluţie biologică cu analit.
O categorie aparte o reprezintă tranzistoarele MEM-FET (MEMbrane-FET),
electrodul receptor este o membrană organică
depusă în dreptul porţii tranzistorului, şi care captează selectiv sarcina ionică.
structura şi simbolul ales pentru tranzistorul
ISFET.
Tensiunile aplicate: VS=VSB=0, VG>0 şi VD>0 se menţin constante.
Când concentraţia ionilor de analit creşte,
se modifică diferenţa de potenţial metal-semiconductor.
Deci variază VFB şi în consecinţă potenţialul porţii.
Rezultă o îmbogăţire a canalului în electroni, iar în final o creştere a curentului de drenă.
Fluctuaţiile concentraţiei de ioni de analit se traduc prin fluctuaţii ale curentului ID.
sensibilitate curent-concentraţie de analit cât mai mare.
este mai favorabil un regim de lucru la tensiuni VGt mici,
astfel încât să se poată neglija efectul atenuării mobilităţii sub influenţa câmpului electric transversal.
Rezultă astfel, o dependenţă logaritmică curent-concentraţie.
dacă s-ar lucra sub prag, unde ID depinde exponenţial de VG , prin compunere cu relaţia lui Nerst ar rezulta o dependenţă polinomială curent-concentraţie, net superioară funcţiei logaritmice.
ISFET-urile care determină concentraţia
ionilor de H+ se mai notează prin pH-FET-uri,
ţinând cont că pH=-lg [cH+].
O soluţie apoasă este neutră când pH=7,
Soluţia apoasă este acidă pentru pH<7 şi
bazică pentru pH>7.
Pentru electrolitul complex al organismului
uman neutralitatea are loc de asemenea când
cH+=cOH-, dar aceasta se întâmplă la
temperatura de 370C pentru un pH=6,75.
Sângele are pH=7,36, deci se comportă slab
bazic.