实验室质量保证上课讲义.docx
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实验室质量保证上课讲义
实验室质量保证与质量控制
环境监测实验室质量保证是环境监测质量保证的重要组成部分，采集来的具有代表性的有效样品输送到实验室进行分析测试时，为取得满足质量要求的监测结果，必须在分析过程中实施各项控制测试质量的技术方法和管理规定。
实验室质量控制包括实验室内质量控制和实验室间质量控制。
第一节实验室内质量保证
一、概念
实验室内质量保证又称内部质量控制，是实验室分析人员对分析质量进行自我控制及内部质控人员对其实施质量控制技术管理的过程。
这个过程的完成，可以选用合适的标准样品，也可以使用标准溶液或质量控制样品。
二、实验室内质量控制的目的和意义
实验室内质量控制的目的在于控制监测分析人员的实验误差，使之达到容许范围内，保证测量结果有一定的精密度和准确度，使分析数据在给定的置信水平内，有把握达到所要求的质量。
实验室内质量控制功效的正确体现，首先注重分析人员的业务素质和技术水平，然后强调实验室的基础条件和所用方法的正确与否，最后才是合理地实施质量控制技术。
这三方面的关系必须摆正，否则，质量控制技术在好，也扭转不了人为因素的决定性的失误。
三、实验室内质量控制程序
（一）方法选定
分析项目确定之后，首先应该对所用方法做出正确的选择。
方法是分析测试的核心，每个分析方法各有其特性和适用范围，不适宜的方法所致的影响是严重的。
1、应优先选用已经验证的统一分析方法。
2、使用统一分析方法之外的其他方法时，必须先做等效实验，验证报告应由上级监测站批准。
（二）、质量控制基础实验
Ⅰ、空白试验值的测定与检测限的确定
1、空白试验值的测定
⑴意义在痕量分析中，由于样品测定值很小，常与空白试验值处于同一数量级，空白试验值的大小及其分散程度，对分析结果的精密度和分析方法的检测限都有很大影响。
而且空白试验值的大小及其重复性如何，在相当大的程度上、较全面地反映了一个环境监测实验室的基本状况及其分析人员的技术水平。
如实验用水和化学试剂的纯度、玻璃容器的洁净度、分析仪器的灵敏度及精密度和使用情况、实验室内的环境污染状况以及分析人员的水平和经验等等，都会影响空白试验值。
⑵测定方法每天测定两个空白试验平行样，共测5天，根据所选用的公式计算标准偏差。
对于空白试验值的控制，要求平行双样测定结果之间的相对误差不得大于50％。
⑶合格要求根据空白试验值的测定结果，按常用的规定方法计算检测限，该值如高于标准分析方法中的规定值，则应找出原因予以纠正，然后重新测定，直至合格为止。
Ⅱ检测限的确定
⑴计算方法
《环境水质监测质量保证手册》第十三章第二节六㈡中计算检测限的几种规定方法（见233页）都适用于水质检测分析，可根据工作目的和要求选用，如：
1L=2√2tfswb（f：
批内自由度）；
2L＝ksb；等等。
⑵结果判断
1如L等于或偏小于标准分析方法所规定的检测限，则仍采用规定值；
2如L显著偏低并被多次测定证实其稳定性很好，也可改用此实测值，但必须在报告中加以说明；
3如L大于标准分析方法的规定值，则表明空白试验值不合格，应该找出原因并加以改正，直至L≤规定值后，试验才能继续进行。
Ⅲ、校准曲线的绘制和线性检验
⒈校准曲线的绘制每种应用校准曲线法的分析方法在初次使用时，可通过绘制校准曲线以确定它的检测上限，并结合检测下限（见234页第十三章第二节七）确定其检测范围和测定上限之间（见234页第十三章第二节九）。
绘制校准曲线应注意：
⑴校准曲线一般可根据4～6个浓度及其测量信号值绘制；
⑵测量信号值的最小分度应与纵坐标的最小分格相适应，如在光度分析法中，前者的0.005吸光度相当于纵坐标的一小格，以使二者的读数精度相当；
⑶浓度的整数值应落在横坐标的中格或大格的粗线上，以便于分小格查阅，并尽量使校准曲线的几何斜率接近于1（于横轴约成45度角），以使在两个轴上的读数误差相近；
⑷校准曲线的斜率常因温度、试剂批号等条件的变化而改变。
在测定未知样品的同时测绘校准曲线是最理想的。
否则，应在测定未知样品的同时，平行测定线性范围内中等浓度标准溶液和空白溶液各两份，取均值相减后，与以前绘制的校准曲线上相同点进行核对，二者的相对差值根据方法精度要求＜5～10%，否则，应重新绘制校准曲线。
⒉校准曲线的相关系数绘制校准曲线所依据的两个变量的线性关系，决定着校准曲线的质量和样品测定结果的准确度。
影响校准曲线线性关系的因素有下列几点：
⑴分析方法本身的精密度：
⑵分析仪器的精密度，包括与分析仪器联用的电源稳压器、记录仪或积分仪以及仪器附件如比色皿等的质量；
⑶量取标准溶液所用量器的准确度，如10毫升分度吸管的每毫升分度是否都经过检定；
⑷易挥发溶剂（如萃取反应显色物的有机溶剂）的挥发所造成的比色液体积的变动幅度；
⑸分析人员的操作水平，等等。
为了定量判断校准曲线的线性关系，可用“相关系数”进行考查。
如对于用4～6个浓度的标准溶液及其测量信号值绘制的校准曲线，根据实践经验，应力求其相关系数的绝对值︱r︱≥0.999。
否则，可参照上述影响线性关系的诸因素，找出原因并尽可能加以纠正，重新测定和绘制新的校准曲线。
⒊校准曲线的回归
⑴对于线性关系不好的一系列浓度－信号值，在没有消除其可以纠正的影响因素前，不要采用回归的办法来绘制校准曲线，以免引入较大的系统误差。
⑵如采取了各种相应的措施以后，其相关系数仍达不到要求，则所存在的误差，除方法本身的问题以外，常为一些分析中的随机误差。
例如分析仪器的性能不好、环境条件的变化等。
此时即可应用最小二乘法计算直线回归方程式，再按其计算结果绘制出一条校准曲线
⑶对于成熟的分析方法和熟练的分析人员，如果能细心操作，使一条校准曲线的相关系数绝对值｜r｜≥0.999是并不难做到的。
在实验条件不变的情况下，校准曲线的斜率一般很稳定，其截距也非常接近于零（如原校准曲线的｜r｜＞0.999，回归所得截距常为无效数字），从而在实际上常无必要对校准曲线进行回归处理。
四、常规监测质量控制技术
（一）常规监测质量控制技术
目前，在我国各部门、各实验室还没有统一的质量控制标准程序，通常使用的质量控制技术有平行样分析、加标回收率分析、密码样和密码加标样分析、标准物质（或质控样）对比分析、室内互检、室间外检、方法比较分析和实验允许差以及质量控制图等。
这些控制技术各有其特点和适用范围。
1、平行样分析
平行样分析是指同一样品的两份或多份子样在完全相同的条件下进行同步分析。
一般是做双份平行。
对于某些要求严格的测试，例如标定标准溶液、检校仪器等，也有同时做3～5份平行测定的。
平行样分析反应的是分析结果的精密度，可以检查同批测试结果的稳定情况。
在日常工作中，可按照样品的复杂程度、所用方法和仪器的精度以及分析操作的技术水平等应速安排平行样的数量。
条件允许时，应全部做平行双样分析。
否则，至少应按同批测试的样品数，随机抽取10～20％的样品进行平行双样测定。
一批样品的数量较少时，应增加平行样的测定率，保证每批样品测试中至少测定一份平行双样。
使用经过验证的分析方法进行平行样测定时，其结果的精密度应符合方法给定的室内标准差，（或相对标准差）的要求，或按照方法的允许差进行判断。
无论用哪种指标衡量，凡不符合要求时，即应找出原因之所在，并重新分析原样品。
2、加标回收率
在测定样品的同时，于同一样品的子样中加入一定量的标准物质进行测定，将其测定结果扣除样品的测定值，以计算回收率。
进行加标回收率测定时，应注意一下几方面:
⑴加标物质的形态应该和待测物的形态相同。
⑵加标样品和样品中所含待测物浓度应该控制在精密度相等的范围内，一般情况下规定：
①加标量应尽量与样品中待测物含量相等或相近，并应注意对样品容积的影响；
②当样品中待测物含量接近方法检出限时，加标量应控制在校准曲线的低浓度范围；
③在任何情况下加标量均不得大于待测物含量的3倍；
④加标后的测定值不应超出方法的测定上限的90％；
⑤当样品中待测物浓度高于校准曲线的中间浓度时，加标量应控制在待测物浓度的半量。
⑶由于加标样与样品的分析条件完全相同，其中干扰物质和不正确操作因素所致的效果等。
当以其测定结果的减差计算回收率时，常不能确切反映样品测定结果的实际差错。
加标回收率的测定率可以和平行样的测定率相同。
一般多按随机抽取10～20％的样品量做加标回收率分析，所得结果可按方法规定的水平进行判断，或在质量控制图中检验。
二者都无依据时，可按95～105％的域限做判断。
超出此域限的，再按测定结果的标准差、自由度、给定的置信限和加标量计算可接受限P，计算公式如下：
P下限＝0.95-t（n′，P）sp/D
P上限＝1.05-t（n′，P）sp/D
式中t（n′，P）——自由度为n′，概率为P的t值；
sp——加标回收量的标准差
D——加标量或预期回收量
加标回收率的测定可以反映测试结果的准确度。
当按照平行加标进行回收率测定时，所得结果既可以反映测试结果的准确度，也可以判断其精密度。
以上两项质量控制技术都是由分析者本人安排实施的，是自控方式的质量控制技术。
3、密码样和密码加标样分析
这种质量控制技术适于设有质量控制的专设机构或专职人员的单位使用。
由于设有专职人员，就可以将一定数量的已知样品（标准样或质控样）和常规样品同时安排给分析人员进行测定，这些已知样品对分析者本人都是未知样（密码样），测试结果经专职人员核对无误，即表示数据的质量是可以接受的。
密码加标样由专职人员在随机抽取的常规样品中加入适量标准物质（或标准溶液），与样品同时交付分析人员进行分析，测定结果由专职人员计算加标回收率，以控制分析测试的质量——测试结果的精密度和准确度。
这是一种他控方式的质量控制技术。
测定率可以和平行加标率的相同。
4、标准物质（或质控样）对比分析
标准物质（或质控样）被用于实验室内（个人）质量控制时，常将其与样品做同步测定，将所得结果与保证值（或理论值）相比，以评价其准确度，，从而推断是否存在系统误差，或出现异常情况。
5、室内互检
互检要在同一实验室内的不同分析人员之间进行，可以是自控，也可以是他控方式的质量控制技术。
由于分析人员不同，实验条件也不完全相同，因而可以避免仪器、试剂以至习惯性操作等因素带来的影响。
当不同分析人员分别测定的结果相一致时，即可认为工作质量是可以接受的，否则，应各自查找原因，并重新分析原样品。
6、室间外检
外检是将同一样品的不同子样分别交付不同的实验室进行分析。
因为不同实验室的各种条件都不尽相同，而且所用方法也不强求一致，所以，当其测定结果相符时，即可判断测试结果是可以接受的。
如若相互之间的结果不符，则应各自查找原因，并重新分析原样品。
室内互检和室间外检这两种质量控制技术主要是以他控方式进行。
由于需要同一样品的多份子样，当样品分装、保存、和传输等条件不便实施时，这种技术的应用将受到限制。
7、方法比较分析
方法比较分析是对同一样品使用具有可比性的不同方法进行测定，并将测试结果进行比较。
由于不同方法对样品的反应不同，所用试剂、仪器也多有差别，如果不同方法所得结果一致，则表示分析工作的质量可靠，结果正确。
但是，正由于不同方法所需手段、试剂等条件不同，手续相对繁琐，一般常规监测中不便使用，多用于重大的仲裁性监测或对标准物质进行定值等工作中。
8、质量控制图
㈠质量控制水样的分析与数据积累
质量控制水样是为控制分析质量配置的，常随环境样品用相同的方法同时进行分析，以检查分析质量是否稳定。
1、质量控制水样的选用
⑴质量控制水样的组成应尽量与所要分析的环境样品相似。
⑵质量控制水样中待测组分的浓度应尽量与环境样品相近。
当待测组分的含量很小时，其浓度极不稳定，故常将质量控制水样先配成较高浓度的溶液，临用时再按规定方法稀释至要求的浓度。
⑶如环境样品中待测组分的浓度波动不大，则可采用一个位于其间的中等浓度的质量控制水样；否则应根据浓度波动幅度采用两种以上浓度水平的质量控制水样。
2、分析质量控制水样的要求
⑴分析方法与分析环境样品相同。
⑵与环境样品同时进行分析。
⑶每次至少平行分析两份，分析结果的相对偏差不得大于标准分析方法中所规定相对标准偏差（变异系数）的两倍，否则应重做。
⑷为建立质量控制图，至少需要积累质量控制水样重复实验的20个数据，此相重复分析应在短期内陆续进行，例如每天分析平行质量控制水样一次，而不应将20个重复实验的分析同时进行，一次完成。
⑸如果各次分析的时间间隔较长，在此期间可能由于气温波动较大而影响测定结果，必要时可对质量控制水样的测定值进行温度校正。
3、分析数据的积累与运算当质量控制水样的分析数据积累至20个以上时，即可按下列公式计算出总均值
、标准偏差s、（此值不得大于标准分析方法中规定得相应浓度水平得标准偏差值）、平均极差（或差距）
等。
㈡质量控制图的绘制与使用
1、质量控制图的基本组成见图1
⑴预期值即图中的中心线。
⑵目标值即图中的上、下警告限之间的区域。
⑶实测值的可接受范围即图中的上、下控制限之间的区域。
⑷辅助线上、下各一线，在中心线两侧与上、下警告限之间各一半处。
图1质量控制图的基本组成
2、质量控制图的绘制根据分析质量控制水样积累数据计算的
与s或
，绘制成所需的质量控制图随后。
随后将制图所依据的各原始数据顺序点在图的相应位置上。
⑴如其中有超出控制限者应予剔除。
如剔除的数据较多使其总数少于20个时，尚需补充新的分析数据，重新计算各参数并绘图，再同样点上各数据。
如此反复进行，直至落在控制限内的数据≥20个为止。
⑵落在
±s（或
±1/3A2
）范围内的点数应约占总点数的68％。
如落在此范围内的点数少于50％，则由于分布不合适，此图不可靠。
⑶连续七点位于中心线的同一侧，表示所得数据失控，此图不适用。
出现上述任何一种情况时，均需查明原因，加以纠正，然后继续测定和积累更多数据，重新计算和制图，直至其分布合适为止。
质量控制图绘成后，应标明绘制该图的有关内容和条件，如测定项目、溶液浓度、分析方法、实验温度、控制指标、操作人员和绘制日期等。
⑷用以绘制质量控制图的合格数据（即“处于控制状态”的数据）愈多，则该图的可靠性愈大。
因此，在质量控制图的使用过程中，还应通过积累更多的合格数据，如以每增加20个数据为一单元，逐次计算新的
值来调整中心线的位置以不断提高其准确度；逐次计算新的控制限来调整上、下控制限的未知以不断提高其灵敏度，直至中心线和控制限的位置基本稳定为止。
3质量控制图的使用方法根据日常工作中该项目的分析频率和分析人员的操作熟练程度，每隔适当时间，取两份平行的质量控制水样，随环境样品同时进行测定；对于操作不熟练的分析人员和测定频率低的项目，每次都应同时测定质量控制水量（如果某质量控制测定值进行温度校正），将测定所得结果点在该分析项目质量控制图中相应的位置上，按下列规定检验分析过程是否处于控制状态。
⑴如果此点位于中心线附近，上、下警告限之间的区域内，则测定过程处于控制状态。
⑵如果此点超出上述区域，但仍在上、下控制限之间的区域内，则提示分析质量开始变劣，可能存在“失控”倾向，应进行初步检查，并采取相应的校正措施。
⑶如果此点落在上、下控制限之外，则表示测定过程失去控制，应立即检查原因，予以纠正，并重新测定该批全部样品。
⑷如遇有七点连续逐渐下降或上升时，表示测定有失去控制的倾向，应即查明原因，加以纠正。
⑸即使“过程处于控制状态”，尚可根据相邻几次测定值的分布趋势，对分析质量可能发生什么问题进行初步判断。
如：
1趋向性变化很可能由系统性误差所致；
2分散度变大，则多因实验参数的变化失控或其他人为因素所造成。
㈢质量控制图的基本类型及其应用
1、均数控制图（
图）其组成形式见图2
图2均数控制图
⑴组成内容包括：
1中心线，以总均数
估计μ；
2上、下控制限，按
±3s值绘制；
3上、下警告限，按值
±2s绘制；
4上、下辅助线，分别位于中心线与上、下警告限之间的一半处（即
±s）。
2、均数极差控制图（
-R图）
-R图是由均数部分和极差部分组成的控制图，使能同时观察到均数和极差的变化情况和变化趋势。
-R图的组成形式见图3
图3均数极差控制图
⑴组成内容
①均数控制图部分包括：
A、中心线，
;
B、上、下控制限，
±A2
;
C、上、下警告限，
±2/3A2
；
D、上、下辅助线，
±1/3A2
；
3极差控制图部分包括
A、中心线，
;
B、上控制限，D4
;
C、上警告限，
+2/3（D4
-
）
D、上辅助线，
+1/3（D4
-
）
E、下控制限，D3
;
上列系数A2、D3、D4可从下表中查出。
极差愈小愈好，故极差控制图部分没有下警告限，但仍有下控制限。
在使用此控制图的过程中，如R值稳步下降逐次变小，以至于R≈D3
即接近下控制限，则表明测定的精密度已有所提高，原质量控制图已经失去作用。
此时应使用新的测定值重新计算
、
和各相应的统计量，并改绘新的
－R图。
使用
－R图时，只要二者中之一有超出控制限者（不包括R图部分下控制限），即认为是“失控”，故其灵敏度较单纯的
图或R图者为高。
第二节实验室间质量保证
一、概念实验室间质量保证又称外部质量控制，是指由外部的第三者如上级监测机构，对实验室及其分析人员的分析质量，定期或不定期实行考察的过程。
它一般是采用密码标准样品来进行考查，以确定实验室报出可接收的分析结果的能力，并协助判断是否存在系统误差，和检查实验室间数据的可比性。
二、意义实验室间质量控制的目的是为了检查各实验室是否存在系统误差，找出误差来源，提高实验室的监测分析水平。
三、实验室质量考核
㈠考核方案的制订与实施
由有经验的中心实验室负责，根据所要考核项目的具体情况，制订出具体的实施方案。
考核方案一般应包括质量考核测定项目、质量考核分析方法、质量考核参加单位、质量考核统一程序以及质量考核结果评定。
通过质量考核，最后由中心实验室综合各实验室的数据，进行统计处理后作出评价并予公布，各实验室可从中发现所存在的问题，以便及时校正。
㈡样品的分发与保存
标准水样或统一样品均应逐级向下分发。
⒈一级标准的分发由国家环境监测总站将国家计量总局确认的标准物质分发给各省、自治区、直辖市的环境监测中心，作为环境监测质量保证的基准使用。
⒉二级标准的分发各省、自治区、直辖市的环境监测中心配置的二级标准，应按照“标准水样的制备和应用”中所述方法，经过检验证明其浓度参考值、均匀度和稳定性达到要求，并经过国家环境监测总站确认后，方可分发给各实验室作为质量考核的基准使用。
⒊统一样品的分发如果由于标准水样系列不够完备而有特定用途时，各省、自治区、直辖市在具备合格实验室与合格分析人员的条件下，可自行配置所需的统一样品，分发给所属网、站供质量保证活动使用
⒋标准水样的保存各级标准水样或统一样品均应在规定要求的条件下保存，遇到下列情况之一即应报废：
⑴超过稳定期；
⑵失去保存条件；
⑶开封使用后无法或没有即时恢复原封装而不能继续保存者。
㈢工作基准比较
1、应用范围
⑴没有质量控制水样可供分析以资绘制质量控制图的监测项目，可将实验室的标准溶液与中心实验室下发的标准水样进行比较。
⑵没有标准水样可供分析以考核实验室工作质量，可改为由各实验室自行采集天然环境水样进行分析，并报出实测所得检测限、精密度与准确度，同时进行实验室的工作基准比较。
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