ETAPY PLANOWANIA I REALIZACJI postępowania analitycznego

ETAPY

PLANOWANIA I REALIZACJI

postępowania

analitycznego

Terminy pochodzące ze słownika chemii analitycznej, opisujące definicje i zasady analityki oraz cechy charakteryzujące metody analityczne.

Technika analityczna – zespół metod analitycznych wykorzystujących to samo zjawisko fizyczne.

Metoda analityczna – sposób identyfikacji (wykrywania) lub oznaczania składnika próbki. Metoda analityczna przedstawia strategiczną koncepcje uzyskiwania optymalnych informacji o obiekcie badań przy założonej zasadzie pomiaru. Ustala główny zarys przebiegu analizy. Metoda analityczna to konkretny sposób oznaczania analitu za pomocą danej techniki, poprzez wykonanie określonego postępowania. Metoda analityczna obejmuje proces od pobrania próbki do otrzymania wyniku i jego opracowania.

Strategia – procedura analityczna – sposób postępowania uwzględniający cały proces od pobrania próbki do oceny wyników.

Procedura jest opisana w normach i instrukcjach. Procedura analityczna to cały proces metody analitycznej i uzyskana na podstawie opracowanych wyników informacja analityczna.

Zasada pomiaru – opisuje sposób stosowania określonych zjawisk przyrodniczych w celu uzyskania informacji analitycznych. Opis obejmuje wzajemne oddziaływania, jakim musi być poddana próbka celem uzyskania odpowiedzi analitycznej.

Składniki główne – nazywane również matrycą próbki stanowią od 1 do 100% zawartości próbki

Składniki uboczne – nazywane też domieszkowymi stanowią od 0,01 do 1% składu próbki

Składniki śladowe – ich zawartość w próbce nie przekracza 0,01%.

Trudność oznaczenia składników śladowych jest tym większa im mniejsze jest stężenie. Wynika również ze składu próbki.

Wykrywalność/granica wykrywalności/limit detekcji (LOD) – najmniejsze stężenie lub ilość analitu w badanej próbce, które można wykryć daną metodą z określonym prawdopodobieństwem.

Oznaczalność/limit oznaczalności/granica oznaczalności (LOQ) – najmniejsze stężenie lub ilość analitu w badanej próbce, które można oznaczyć daną metodą.

Czułość metody analitycznej – stosunek przyrostu sygnału analitycznego do przyrostu zawartości (lub stężenia) oznaczanego analitu.

Precyzja metody – oznacza stopień zgodności między wynikami uzyskanymi w określonych warunkach, przy wykonaniu wielokrotnych pomiarów tej samej wielkości. Miarą precyzji jest odchylenie standardowe zebranych wyników z serii pomiarów dla tego samego wzorca. Mała wartość odchylenia standardowego oznacza dużą precyzję i powtarzalność wyników.

Dokładność – stopień zgodności wartości rzeczywistej ze średnią arytmetyczną wyników uzyskanych dla oznaczanej wielkości.

Selektywność metody – możliwość zastosowania metody do wykrycia lub oznaczenia tylko pewnej liczby składników.

Specyficzność metody – możliwość zastosowania metody w określonych warunkach do analizy tylko jednego składnika próbki.

Uniwersalność metody – możliwość stosowania jej w dużym zakresie stężeń oznaczanej substancji lub do oznaczania różnych składników.

Niezawodność – uzyskane wyniki zależą w niewielkim stopniu od czynników nie ujętych w opisie metody.

Chemia analityczna (analityka) jest działem chemii zajmującym się uzyskiwaniem informacji o układach materialnych, zwłaszcza o rodzaju i ilości składników, włącznie z ich przestrzennym uporządkowaniem i rozmieszczeniem, jak też zmianami zachodzącymi w czasie.

Analityka nie ogranicza się więc tylko do badania składu.

Jej celem jest zbieranie i interpretowanie informacji chemicznych, które będą przydatne w celu identyfikacji i oznaczania składników materii, a także informacji o dynamice przemian zachodzących w czasie i w przestrzeni w badanych obiektach.

ANALTYKA OBEJMUJE WIELE ASPEKTÓW BADANIA MATERII

PRAWIDŁOWO POSTAWIONE ZADANIE ANALITYCZNE WSKAZUJE ZAKRES

POŻĄDANEJ INFORMACJI, KTÓREJ SŁUŻY PLANOWANY PROCES ANALITYCZNY

ZAKRES INFORMACJI ANALITYCZNEJ

1. Badanie składu układów materialnych. odpowiada na pytanie – co? – w analizie jakościowej oraz – ile? – w analizie ilościowej;

2. Badanie struktury cząsteczek i ciał stałych. Wyniki analizy strukturalnej informują o konfiguracji i konformacji cząsteczki związku chemicznego i odpowiada na pytanie – jaka jest struktura?

Analiza strukturalna jakościowa – rodzaj i sposób połączeń atomów i grup funkcyjnych – ustalenie wzoru strukturalnego.

Analiza strukturalna ilościowa – odległości między atomami i kąty między wiązaniami – określenie pełnej, struktury przestrzennej cząsteczki.

Informacja o strukturze ciał stałych i danych o komórkach elementarnych kryształu – analiza krystalograficzna;

3. Badanie przemian zachodzących w czasie i składzie analizowanych próbek. Analiza procesowa lub dynamiczna – badanie przebiegu przemian chemicznych i fizycznych, procesów biochemicznych i technologicznych zachodzących w próbce w zależności od czasu.

Analiza procesowa dwuwymiarowa – określa zmiany ilości składników w zależności od czasu.

Analiza procesowa trójwymiarowa – jakie składniki występują w próbce i jak się zmienia ich zawartość w czasie – odpowiada na pytanie ogólne – jak przebiega?;

4. Analiza niejednorodności ciał stałych. Odpowiedzi na pytanie – gdzie? – dostarcza analiza rozmieszczenia. Polega ona na kolejnych analizach punktowych wielowymiarowych. Badania dotyczą powierzchni ciał stałych – w analizie powierzchni lub objętości – w analizie mikroobszarów;

5. Ustalanie form występowania pierwiastków w przyrodzie – specjacja odpowiada na pytanie – w jakiej postaci występuje pierwiastek w środowisku lub w organizmie żywym?

OKREŚLENIE PROBLEMU I CELU ANALIZY

PRAWIDŁOWO POSTAWIONE ZADANIE

ANALITYCZNE UMOŻLIWIA WYBÓR METODY I ZAPLANOWANIE OPTYMALNEGO

POSTĘPOWANIA ANALITYCZNEGO

Proces analityczny rozpoczyna się od

postawienia problemu i kończy się na analizie wyników i przygotowaniu raportu.

Wyborem postępowania analitycznego, do

rozwiązania konkretnego zadania, kierują różne potrzeby i ograniczenia.

Wybór zależy od: właściwości analizowanej próbki; od zakresu postawionego zadania

analitycznego; od możliwości realizacji zadania, z zachowaniem jakości wyników; od istniejących

norm i wytycznych.

W celu oceny parametrów jakości farmaceutycznej substancji

czynnej (API) ustalone zostały wytyczne określające procedury ich kontroli oraz obowiązujące normy. Zostały one opracowane przez szereg organizacji i agencji, do których należą:

ICH - Międzynarodowa Konferencja do spraw Harmonizacji (ang.

International Conference on Harmonization of Technical

Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use) powołana w 1991 r.,

WHO – Światowa Organizacja Zdrowia (ang. World Health Organization) utworzona w 1948 r.,

FDA - amerykańska rządowa Agencja Żywności i Leków (ang.

Food and Drug Administration) utworzona w 1906 r.

EMA - Europejska Agencja Leków (ang. European Medicines Agency), utworzona w 1995 r. jako EMEA

PAT Technologia Analizy Procesów. Jest to system obejmujący zintegrowane analizy chemiczne, fizyczne, mikrobiologiczne i matematyczne projektowania, produkcji i kontroli jakości leku.

REALIZACJA PROCESU ANALITYCZNEGO ODBYWA SIĘ W CZTERECH OBSZARACH

1. Praca koncepcyjna, oparta na wiedzy analityka i źródłach podstawowych informacji – rozpoczyna pracę oraz prowadzi do weryfikacji i ustaleń na wszystkich etapach procesu

2. Wybór i ustalenie procedury analitycznej – od pobrania próbki do interpretacji wyników

3. Wybór postępowania analitycznego, jego przygotowanie i realizacja w pełnym zakresie

4. Ocena wiarygodności wyników analizy

Analiza chemiczna realizowana jest poprzez zastosowanie wielu technik i metod w celu uzyskania i oszacowania informacji o istocie materii.

Różnorodność i wielość metod analitycznych nie jest przypadkowa. Wskazany analit zbadać można wieloma sposobami. Zwykle jednak wybierana jest jedna konkretna metoda, która pozwala na uzyskanie poprawnego wyniku analizy.

Wyborem metody analitycznej, zastosowanej do rozwiązania konkretnego zadania, kierują różnie potrzeby i ograniczenia.

Wybór zależy zarówno od właściwości analizowanej próbki, jak i od postawionego zadania analitycznego

KOLEJNE ETAPY REALIZACJI PROCESU ANALITYCZNEGO

ZAKRES KONIECZNYCH PRAC PODSTAWOWYCH ORAZ WSPÓŁPRACY ZLECENIODAWCY I

ANALITYKA

1. Ogólne określenie problemu (Z)

2. Określenie analitycznych aspektów problemu (Z, A) 3. Wybór procedury analitycznej (A, Z)

4. Pobieranie próbek (Z+A) 5. Przygotowanie próbki (A) 6. Wykonanie pomiarów (A) 7. Opracowanie wyników (A) 8. Wnioskowanie (A)

9. Walidacja (A)

10. Sprawozdanie końcowe (A, Z)

I. INFORMACJE KONIECZNE DO SFORMUŁOWANIA PROBLEMU (Z):

1. Jakiego zakresu informacji analitycznej dotyczy zadanie?

2. Czy badana będzie pojedyncza próbka, czy seria prób?

3. Jaka jest ilość i dostępność materiału?

4. Jaki jest stan skupienia materiału?

5. Jaki jest dopuszczalny czas analizy?

6. Jaka jest dopuszczalna niepewność pomiarów?

7. Jaka jest dopuszczalna wysokość kosztów analizy?

Odpowiedź na te pytania pozwala na racjonalne podejmowanie dalszych wyborów w ustalaniu

postępowania analitycznego.

INFORMACJE ZAWARTE W ZLECENIU

a. Rodzaj oczekiwanej informacji – jakościowa, ilościowa, strukturalna, wymagana precyzja i dokładność oznaczeń;

b. Wielkość próbki i zawartość analitu w próbce – wybieramy metody wystarczająco czułe oraz z użytecznym zakresem oznaczalności;

c. Obecność innych składników próbki (matryca) – wybieramy metody, w których sygnał jest generowany tylko przez analit, lub nie występuje interferencja składników towarzyszących;

d. Rodzaj, charakter i budowa analitu – wybieramy te techniki, które oparte są na obserwacji zjawisk fizycznych lub chemicznych, generowanych przez analit w warunkach metody. Prawie każda właściwość fizyczna lub fizykochemiczna charakteryzująca dany pierwiastek lub związek może być podstawą jego analizy metodami klasycznymi lub instrumentalnymi;

e. Możliwość zastosowania analizy niszczącej lub konieczność oszczędzenia próbki;

f. Oczekiwany termin wykonania analizy;

g. Koszt analizy;

h. Możliwości techniczne laboratorium, posiadany sprzęt i aparatura.

II. WYBÓR TECHNIKI I METODY ANALITYCZNEJ (Z, A)

A. Technika analityczna – grupa metod analitycznych wykorzystujących to samo zjawisko fizyczne.

B. Metoda analityczna – sposób oznaczania analitu za pomocą danej techniki.

Wybór techniki analitycznej

1. budowa chemiczna analitu;

2. cechy fizykochemiczne analitu;

3. reaktywność chemiczna analitu.

Pozwalają na wybór techniki na podstawie możliwości oddziaływań analitu ze środowiskiem analizy.

Wybór konkretnej metody analitycznej

1. selektywność odczynnika i metody – dla niewielkich ilości analitu w próbce;

2. specyficzność odczynnika i metody – dla badania tylko jednego składnika próbki;

3. uniwersalność metody – dla oznaczania wielu składników.

4. czułość metody – zależna od zawartości składnika próbki, ważna dla wymaganej wykrywalności i oznaczalności

analitu;

5. dokładność i precyzja metody

Pozwalają na wybór metody dla osiągnięcia oczekiwanej informacji jakościowej lub ilościowej i wiarygodnego

wyniku na oczekiwanym poziomie zmian stężenia.

Podział metod wg sposobu oznaczeń końcowych

I. Metody oparte na chemicznych reakcjach analitycznych, których podstawą są zjawiska chemiczne (reakcje analityczne)

II. Metody oparte na właściwościach fizycznych, głównie na oddziaływaniu promieniowania elektromagnetycznego z próbką

III. Metody oparte na właściwościach fizycznych, głównie na oddziaływaniu promieniowania elektromagnetycznego z próbką

IV. Metody oparte na pomiarze promieniowania powstającego w wyniku reakcji jądrowych (α, ß, γ). Polegają na pomiarze promieniowania jądrowego emitowanego przez naturalne i sztuczne izotopy promieniotwórcze. Również efekty naświetlania badanej próbki promieniowaniem jądrowym.

V. Metody rozdzielcze służące wyizolowaniu substancji, jej identyfikacji i oznaczaniu, dzięki zróżnicowanej odpowiedzi specyficznych substancji na warunki rozdziału.

VI. Metody oparte na innych zjawiskach fizycznych

III. WYBÓR PROCEDURY ANALITYCZNEJ (A, Z)

Procedura analityczna jest to szczegółowy sposób postepowania od pobrania próbki do interpretacji

wyników, który uwzględnia:

1. wielkość i szczegółowe warunki pobierania próbki;

2. potrzebę izolowania analitu i szczegółowe warunki przygotowania próbki, warunki kalibracji i walidacji;

3. używane stężenia, objętość i czystość odczynników;

4. aparatura, szkło laboratoryjne, sprzęt laboratoryjny;

5. szczegółowe warunki i sposób wykonania pomiaru;

6. sposób przedstawienia wyników (np. wykresy);

Procedury opisane są w normach i instrukcjach. Jeśli są dostępne, należy ich bezwarunkowo przestrzegać.

PRÓBKA

Analiza chemiczna jest zwykle przeprowadzana dla niewielkiej części obiektu badanego

nazywanego próbką.

Jest ona częścią materiału badanego, na

podstawie której orzeka się o wartości badanej cechy w całym materiale (populacji).

Niezbędnym wstępnym krokiem w procesie analitycznym jest pobranie próbki

reprezentatywnej, posiadającej właściwości

badanego obiektu.

Rodzaje próbek

Próbka reprezentatywna część materiału, która nie różni się od całości materiału badanego pod względem danej cechy;

Próbka pierwotna część partii materiału pobrana jednorazowo z jednego miejsca,

Próbka jednostkowa część materiału złożona ze wszystkich próbek pierwotnych pobranych z określonego miejsca;

Próbka ogólna część partii materiału złożona ze wszystkich próbek pierwotnych pobranych z danej partii;

Próbka laboratoryjna próbka przygotowana z próbki ogólnej, reprezentująca właściwości materiału przeznaczona do prowadzenia analiz;

Próbka do badań próbka przygotowana z próbki laboratoryjnej, z której pobiera się próbkę analityczną;

Próbka analityczna część pobrana z próbki laboratoryjnej, przeznaczona w całości do jednego oznaczenia;

Próbka wzorcowa próbka o dokładnie znanym składzie;

Próbka rozjemcza próbka mająca na celu ustalenie zawartości składników, których oznaczenia wykonane przez różne laboratoria nie są zgodne; wyniki analizy próbki rozjemczej wykonane w instytucji przyjętej przez zakłady są obowiązujące dla obu stron

Próbka złożona sekwencyjnie próbka powstała na skutek pobierania próbek jednostkowych do jednego pojemnika według ustalonego programu^.

VI. ZASADY ZWIĄZANE Z POBIERANIEM

PRÓBEK, ZALEŻNE OD OBIEKTU BADANEGO I STOSOWANEJ METODY (Z+A)

1. Pobrana do badań próba musi odpowiadać

materiałowi, z którego pochodzi zarówno pod względem ilościowym, jak i jakościowym;

2. Pobranie próbki jest pierwszym etapem procedury analitycznej, opartym na wynikach formułowania

problemu oraz rodzaju obiektu badanego.

3. Jakość i przydatność informacji analitycznej nie

będzie lepsza niż jakość pobranej próbki, która zależy od trafności wyboru strategii pobierania, dopasowanej do wybranej metody.

Zasadnicze czynniki warunkujące reprezentatywność próbki

1. Pobrana próbka musi być dostatecznie duża.

2. Próbki pierwotne pobrane losowo.

3. Należy zapewnić niezmienność składu pobranej próbki ogólnej na wszystkich dalszych etapach.

4. Należy zapobiegać zmniejszeniu jednorodności próbki ogólnej, czy też przelewaniu roztworów zawierających lotne składniki.

5. Średnia próbka powinna być doskonale jednorodna.

Ogólny schemat pobrania i postępowania z próbką

1. Z całkowitej ilości materiału (np. hałda, produkcja dobowa, ładunek statku, pociągu) pobiera się (w sposób losowy) partię materiału (szarża produkcyjna, wagon, worek).

2. Z różnych losowych miejsc partii materiału pobieramy tzw. próbki pierwotne (jednostkowe). Ilość i sumaryczna wielkość próbek pierwotnych wynosić powinna 0,01-1%

wielkości partii materiału. Zależy to od stopnia jednorodności materiału (im bardziej jednorodny tym mniejsze próbki pierwotne).

3. Próbka ogólna powstaje z połączenia poszczególnych próbek pierwotnych. Próbka ogólna jest dokładnie rozdrabniana, przesiewana i mieszana.

4. Zmniejszenie masy próbki ogólnej odbywa się różnymi metodami i prowadzi do otrzymania średniej próbki laboratoryjnej

5. Próbkę tę dzieli się na trzy części, z których jedna przeznaczona jest do analizy, drugą przekazuje się zleceniodawcy analizy, natomiast trzecia trafia do archiwum jako tzw. próbka rozjemcza.

6. Próbka powinna być tym większa im mniej jednorodny jest materiał badany.

W przypadku ciągłego pobierania próbek oraz

przygotowania próbek biologicznych i mikrobiologicznych stosowane są specjalne techniki.

STRATEGIE POBIERANIA PRÓBKI Z OBIEKTU O CHARAKTERZE NIEJEDNORODNYM:

• Losowe pobieranie próbek - próbki są pobierane z całego obiektu badanego z losowym wyborem miejsca pobrania.

• Systematyczne pobieranie próbek - próbki są pobierane w oparciu o zadany schemat geometryczny lub czasowy.

• Warstwowe pobieranie próbek - obiekt badany dzielony jest najpierw na części – warstwy. W każdej warstwie odbywa się dalsze, losowe pobieranie próbek.

• Reprezentatywne pobieranie próbek - badany obiekt dzielony jest wstępnie na części. Z każdej części pobierane są próbki w ilości proporcjonalnej do jej wielkości. Każda część jest reprezentowana proporcjonalnie.

V. WSTĘPNA OBRÓBKA I KONDYCJONOWANIE PRÓBKI (A)

Próbki muszą zostać przekształcone w postać odpowiednią do zastosowania wybranej techniki i metody.

-Większość metod analitycznych wymaga przepro- wadzenia próbki do roztworu (grawimetria, miareczko- wanie, spektrofotometria UV-Vis, spektrofluorymetria, fotometria płomieniowa, absorpcyjna spektrometria atomowa, potencjometria, konduktometria, elektrograwi- metria, kulometria, polarografia, woltametria, metody rozdzielcze, metody optyczne).

-Nieliczne metody pozwalają badać próbki w postaci stałej lub w roztworze (spektrofotometria IR, spektrometria mas, spektroskopia fluorescencji rentgenowskiej).

Przeprowadzenia próbki do roztworu.

Jest to jedna z najczęściej wykonywanych procedur.

Zależnie od rodzaju analitu i wymagań metody może być prowadzone jako: rozpuszczanie (w rozpuszczalniku, który nie zakłóci przebiegu analizy i nie zanieczyści analitu);

roztwarzanie, gdy analit nie jest rozpuszczalny w wodzie i rozpuszczalnikach organicznych w wystarczającym stopniu;

stapianie próbek, gdy substancja nieorganiczna nie ulega działaniu kwasów lub alkaliów; mineralizacja, w celu oznaczenia składników nieorganicznych w próbkach organicznych, powoduje usunięcie części organicznej.

Wszystkie procesy poza rozpuszczaniem zachodzą z udziałem przemian chemicznych. Próbka ulega

rozkładowi.

Wydzielanie, rozdzielanie i zatężanie analitu.

Obejmuje wiele różnych, nierzadko złożonych czynności jak: sączenie, strącanie, wirowanie, ekstrakcja, krystalizacja, chromatografia, destylacja, absorpcja, adsorpcja, filtracja, dializa i inne.

Maskowanie czynników zakłócających pomiar Derywatyzacja analitu

Przeprowadzenie analitu w odpowiednie pochodne o właściwościach umożliwiających analizę.

VI. POMIAR (A)

Po dokonaniu wyboru metody analitycznej, sposób przeprowadzenie pomiaru jest zasadniczo

ustalony

Decyzja w zakresie postępowania dotyczy wyboru:

1. ogólnie stosowanej techniki analitycznej;

2. pomiaru z zastosowaniem techniki sprzężonej

VII. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIAROWYCH (A)

1. Opracowanie wyników pomiarowych opiera się na

znanych zasadach, wynikających z metody i jej walidacji.

2. Czynności związane z opracowaniem wyniku

projektowane są w zakresie potrzeb zadania analitycznego – możliwości wyjaśnienia problemu.

3. Wprowadzane są elementy porównania z wynikami innych analiz (również referencyjnej).

Najczęściej prowadzone czynności w zakresie opracowania wyników:

• ocena statystyczna wyników;

• oszacowanie błędów pomiarowych;

• oszacowanie błędów całego procesu;

• przetwarzanie analityczne – analiza chemometryczna.

VIII. INTERPRETACJA WYNIKÓW (A)

Interpretacja wyników jest etapem procesu analitycznego, bezpośrednio poprzedzającym przygotowanie sprawozdania.

Wyborowi podlega formułowanie wniosków z analizy

otrzymanych wyników – kryterium jest życzenie zleceniodawcy.

Odpowiedniej interpretacji wyników służy pełna dokumentacja każdego etapu procedury analitycznej.

IX. PRZYGOTOWANIE RAPORTU KOŃCOWEGO

(Z+A)

Wybór elementów składowych i poziomu szczegółowości raportu końcowego zależy od wymagań zleceniodawcy i sformułowania

zadania.

X. KRYTERIA EKONOMICZNE (Z+A)

1. Interferencje spektralne można eliminować stosując aparaturę o większej zdolności rozdzielczej

2. Przewidywane koszty inwestycyjne. Planowanie najlepszego wykorzystania aparatury.

3. Przewidywanie kosztów eksploatacyjnych (odczynniki, energia, koszty techniczne).

4. Przewidywanie kosztów osobowych (proste metody związane z niskimi kosztami osobowymi, czy szybkie zautomatyzowane, szkolenie personelu).

5. Kryterium ochrony środowiska (minimalizacja ścieków i odpadów).

6. Stosowanie metod nieniszczących (analiza kryminalistyczna, materiały cenne i zabytkowe