標準樣品普及講座(6)標準樣品的穩定性檢驗

發布時間:2005-04-05         發稿部門:全國標準樣品技術委員會 陳柏年 徐大軍

  1、標準樣品的穩定性概念
  在第5講中我們知道:根據標準樣品技術的基本理論,在測量、確定標準樣品特性值時,該值的測量不確定度是由三個互相獨立的分量合成的。這就是:測量方法引入的測量不確定度分量、瓶-瓶之間非均勻性引入的測量不確定度分量和隨時間變化樣料不穩定性引入的測量不確定度分量。那么什么是標準樣品的穩定性?
  由于標準樣品在運輸過程中或貯存在倉庫期間內時,標準樣品的特性值可能會隨運輸條件的變化或在規定的貯存條件下隨時間的改變而變化。在標準樣品技術領域內,我們把在合適的運輸條件下,在運輸期間標準樣品特性的變化程度稱為短周期穩定性(short-term stability);把保存在合適的貯存條件下,標準樣品特性隨時間變化的程度稱為長周期穩定性(long-term stability)。為此,在研制標準樣品的過程中,必須進行短周期穩定性研究,目的就是通過試驗分析,研究確定標準樣品合適的運輸條件。即確保在規定的運輸條件下分發標準樣品時,由于運輸引起的標準樣品特性變化不會增加其特性標準值的測量不確定度。同時也必須進行長周期穩定性研究,目的就是通過試驗分析,研究確定二個問題:一是標準樣品合適的貯存條件;二是在這種貯存條件下,標準樣品特性標準值保持有效的時間周期。即確保有效期內,在規定的條件下貯存標準樣品時,標準樣品特性變化不會增加其特性標準值的測量不確定度。
  如果更深入一步研究、分析標準樣品穩定性研究的內在機理,還可以發現如下兩種情況:
  第一種情況是:所有的樣料均勻的隨時間(或運輸條件)發生變化。表現形式為:雖然整批樣料的特性值發生了變化,但在每個選定的檢測時間點,標準樣品特性標準值的一致性很好。也就是說,在不同的時間點標準樣品的特性標準值不相同,但在任何特定的一個時間點,該批標準樣品的特性標準值則是一致的。這種情況的特征是:在任何一個檢測時間點,整批標準樣品的樣料仍然保持均勻,只是每個檢測點標準樣品特性的標準值發生了變化,而相應的測量不確定度則沒有發生變化。
  第二種情況是:在每一個檢測時間點,整批樣料發生的變化不均勻(同一瓶內有的樣料發生了變化,有的沒有變化,即瓶內均勻性發生了變化;或有的瓶內樣料發生了變化,有的瓶沒有變化,即瓶-瓶之間均勻性發生了變化),表現形式為:在任何一個檢測時間點,標準樣品的樣料均勻性發生了變化,因此相應的特性標準值和測量不確定度都發生了變化。
  由此可以看出:穩定性問題從本質上講,就是研究隨時間變化標準樣品均勻性變化的問題。因此我們可以根據此原理把穩定性研究分為三種類型:
  第一類是樣料隨時間變化而均勻發生變化的情況。這時可以通過穩定性研究,找出樣料特性值變化與時間的相關關系,采用《回歸分析》方法,研究尋找出合適的回歸方程,如果能獲得回歸方程,就可以對標準樣品的穩定性變化進行預測。
  第二類是樣料隨時間變化而發生不均勻變化的情況??梢酝ㄟ^穩定性研究,判斷、確定每個檢測時間點標準樣品特性的標準值變化是否在相應的測量不確定度范圍內,判斷的統計檢驗方法為F檢驗或t檢驗。
  第三類是運輸條件穩定性研究。由于在實際運輸中,運輸環境、條件常常比較嚴酷且不能避免,此時穩定性研究的目的就變為尋找運輸條件引入的測量不確定度,然后在標準樣品特性值的測量不確定度中附加上這個測量不確定度分量。
  2、標準樣品穩定性檢驗方案的選擇
  標準樣品穩定性研究方案選擇的依據是上述穩定性研究分析的內在機理,到目前為止,在標準樣品技術領域內提出了兩種基本的穩定性檢驗方案:
  * 傳統的穩定性檢驗方案;
  * 同步穩定性檢驗方案。
  第一種是傳統穩定性研究方案。這種方案是:假設在理想條件下,對同時制備的各瓶樣品按預先規定的時間順序,逐瓶進行檢測,并通過對檢測數據的統計分析確定標準樣品的有效期限。很明顯,采用這種方案會產生兩個問題:
  一是由于是在不同時間進行檢測的,所以這時的檢測條件基本上可以說是復現性條件。也即雖然采用的是同一檢測方法、同一個操作人員、同一臺儀器;但是由于隨著時間的變化,儀器的準確度水平、操作人員操作手法、檢測環境條件也在變化,所以檢測方法的測量不確定度也在變化。所以這時即使樣料是穩定的,但在每一個特定檢測時間點,檢測樣料所獲得的測量不確定度可能會比定值時獲得的測量不確定度值要大。這時,我們就難以判斷這種測量不確定度的增大究竟是樣料變化引起的還是檢測方法條件的變化引起的;
  二是這種方案的前提條件是樣料變化必須是均勻的,如果出現上述瓶內或瓶-瓶之間樣料變化不均勻,則在每個特定檢測時間點,檢測樣料所獲得的檢測數據就可能沒有代表性。當在某個檢測點,采樣得到的正好是沒有變化的樣料時,我們就可能把整批穩定性不合格的樣料誤判為合格。
  為了解決這些傳統穩定性研究方案的缺陷,目前國際上提出了一種新的穩定性研究方案--同步穩定性研究方案。
  同步穩定性研究方案理論上可以解決上述兩個缺陷。同步穩定性研究方案與傳統穩定性研究方案的差異是:在同步穩定性研究方案中,設計安排在每一個特定檢測時間點同時對幾瓶樣料進行檢測。這樣一來,對每一個檢測時間點而言這幾瓶樣料的檢測就是重復性條件。因為對任何一個特定的時間點,時間變化引入的干擾對每瓶樣料和測量方法都是相同的。又由于在每個特定的檢測時間點同時檢測幾瓶樣料,這樣就避免了采樣沒有代表性的問題。由此可以看出:同步穩定性研究方案從理論上講,確實可以克服了傳統穩定性研究方案中的兩個缺陷,更科學合理地反映了實際情況。但是采用同步穩定性研究方案提出的時間短,缺乏實踐經驗;同時在實施的過程中,由于需要的樣品比較多,費用相對來說也就比較大(按每一個特定檢測時間點,同步進行3-5瓶計算,所需樣料和檢測費用就比傳統穩定性研究方案要多3-5倍)。
  3、穩定性檢驗的程序
  兩種穩定性研究方案的步驟是相同的,差異僅僅表現為:在每個特定的檢測時間點,試驗瓶數以及相應的數據統計處理方法不同,典型的程序如下:
  * 研究策劃穩定性研究方案。選擇統一的檢測方法、制訂具體檢測步驟、考核確定檢測人員、監督人員;按標準樣品研復制時間要求,規定穩定性研究的檢測時間點(例如:研制時間為兩年,每隔6個月進行一次穩定性檢測)、每個檢測時間點重復性檢測次數(如果是傳統方案,每瓶重復性檢測3次;如果是同步方案,每次重復性檢測5瓶,每瓶重復性檢測3次)等;
  * 按穩定性研究方案規定的要求,按規定的檢測時間點,依次進行檢測;
  * 對檢測獲得的數據進行評估,首先檢查這些數據的有效性,然后檢查這些數據是否呈現一定的趨勢變化;
  * 當每個檢測時間點的特性值變化趨勢明顯時,可采用經驗線性數學模型進行回歸分析;當無法直觀看出變化趨勢而特性值變化比較大時,可采用F檢驗來確定各個時間點特性值變化的顯著性;當每個檢測時間點特性值變化比較大時,采用t檢驗確定每個檢測時間點各瓶特性值的一致性程度是否在規定的要求之內;
  * 給出穩定性研究結論。
  4、示例
  2000年6月發布了國家標準樣品GSB 10-1332-2000《纖維級聚脂切片標準樣品》。以下為中國石化儀征化纖股份有限公司對其中粘度進行跟蹤穩定性研究的數據。該標準樣品粘度標準值為0.6428 dl/g,置信率為95%時的擴展測量不確定度為0.0012 dl/g。采用的是傳統穩定性研究方案?,F在,按本講規定的程序判斷其有效性。

檢測時間點 測定值(單位dl/g)
2001年4月 0.6432
2001年8月 0.6431
2001年12月 0.6421
2002年4月 0.6433
2002年8月 0.6434
2002年12月 0.6422
2003年3月 0.6436
2003年6月 0.6420
2003年9月 0.6421
2003年12月 0.6426
2004年4月 0.6420

  通過觀測分析,數據不存在明顯的傾向趨勢。按計算:測定值應在(0.6428 - 0.0012)dl/g --(0.6428 + 0.0012)dl/g,即在:0.6416 dl/g - 0.6440dl/g之間?,F在數據滿足要求,判定為有效。又因為該標準樣品樣料制備時間為1999年1月,所以可以確認:該樣料的粘度特性,在規定的貯存條件下,至少在5年中是穩定的。
  (注:該公司在進行穩定性跟蹤檢驗時,實際上采取的類似同步穩定性研究方案,本文為了說明問題,僅采用了部分數據,特此說明)。