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分析方法學(xué)驗證:精密度和準確度

嘉峪檢測網(wǎng)        2024-01-04 08:57

前言
       
分析方法的專屬性和靈敏度是方法能夠使用的前提,而精密度和準確度則是研發(fā)人員不斷追求的目標。為什么這么說呢?接下來我們就來簡單說說方法的精密度(Precision)和準確度(Accuracy),看完之后可能你就會理解我的說法了。
 
精密度和準確度
       
首先為什么要把這兩個放到一起來說?
 
就像方法驗證中的定量限和檢測限,精密度和準確度也是緊密相關(guān)的兩個項目。良好的精密度是方法具有較好準確度的必要條件,但是良好的準確度還與其他因素(如基質(zhì)干擾、溶液配制、結(jié)果計算等)有關(guān)。
 
接下來咱們來看它們具體的定義:
 
精密度:系指在規(guī)定的測定條件下,同一份均勻供試品,經(jīng)多次取樣測定所得結(jié)果之間的接近程度。精密度一般用偏差(Deviation)、標準偏差(SD)或相對標準偏差(RSD)表示。
 
在相同條件下,由同一個分析人員測定所得結(jié)果的精密度稱為重復(fù)性;
 
在同一實驗室內(nèi)的條件改變,如不同時間、不同分析人員、不同設(shè)備等測定結(jié)果之間的精密度,稱為中間精密度;
 
不同實驗室測定結(jié)果之間的精密度,稱為重現(xiàn)性。
 
準確度:準確度系指用所建立方法測定的結(jié)果與真實值或參比值接近的程度。一般用回收率(Recovery)表示。
 
準確度應(yīng)在規(guī)定的線性范圍內(nèi)試驗。
 
準確度可由所測定的精密度、線性和專屬性推算出來。
 
那為什么說精密度和準確度是研發(fā)人員一個追求的目標呢?
 
首先:不是所有的方法都需要精密度和準確度的,比如定性方法。
 
其次:定義中可以看出來它們代表的都是一種接近程度。對于程度的探尋,它是永無止境的。
 
最后:我們需要了解方法驗證的目的,除了證明方法滿足預(yù)期用途之外,更重要的一點就是確認方法誤差的來源和大小。方法的精密度和準確度取決于方法開發(fā)過程,因此它是一個研發(fā)人員追求的目標。
 
既然提到了誤差,接下來咱們就說說方法的誤差。
 
誤差這個詞相信大家都不陌生了。我們將分析結(jié)果與真實結(jié)果之間的差值稱為誤差。它是方法固有的,無法避免的。按照類型主要分為兩類:
 
一)系統(tǒng)誤差:它是由某種確定的原因引起的,一般有固定的方向(正或負)和大小,重復(fù)測定可重復(fù)出現(xiàn)。根據(jù)系統(tǒng)誤差的來源,又可區(qū)分為方法誤差、儀器誤差、試劑誤差及操作誤差等。
 
方法誤差:由于分析方法本身的缺陷或不夠完善所引起的誤差。例如,在滴定分析法中,由于滴定反應(yīng)進行不完全,或干擾離子的影響,導(dǎo)致終點判斷不準確。
 
儀器誤差:由于所用儀器本身不夠準確或未經(jīng)校正所引起的誤差。例如,砝碼、滴定管刻度不夠準確等。
 
試劑誤差:由于試劑不純或含有雜質(zhì)引入的誤差。
 
操作誤差:由于操作人員的習(xí)慣而引起的誤差。例如,讀取滴定管的讀數(shù)時偏高或偏低。
 
這類系統(tǒng)性誤差(Systematic error)實際影響的是結(jié)果的真實性(Affect Trueness),即與真實值的偏離程度。
 
二)偶然誤差:或稱隨機誤差,它是由不確定的原因引起的,可能由于實驗時環(huán)境的溫度、濕度和氣壓的微小變化以及其他操作條件的微小波動所造成,其方向(正或負)和大小都不固定。
 
這類隨機性誤差(Random error)實際影響的是結(jié)果的精密度(Affect Precision),即數(shù)據(jù)間的離散程度。
 
因此,我們用一個等式來描述那就是:
 
 
 
注:偶然誤差可以通過增加平行試驗來減小;系統(tǒng)誤差可以通過空白、對照和回收試驗來校正。
 
講到這,相信大家對準確度和精密度已經(jīng)有了一個基本的認識了。準確度,它是一個綜合的結(jié)果,它是所有誤差相互作用后的最終體現(xiàn)。而精密度,它是通過統(tǒng)計學(xué)工具呈現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)結(jié)果的偏差大小,主要是反映隨機誤差的影響。
 
這里為了便于大家理解,我們將準確度稱為總體準確度(Overall Accuracy),它的含義是將測試樣品制備的誤差、基質(zhì)的干擾以及結(jié)果計算的誤差都考慮進去。即
 
 
 
基質(zhì)的干擾指的是測試溶液中除目標物以外的所有成分(對于有關(guān)物質(zhì)而言,其主成分、溶劑、其他雜質(zhì)都是干擾基質(zhì)),對目標物檢測產(chǎn)生的干擾(如增強或抑制)。因此,這也是為什么在進行準確度驗證的時候,法規(guī)指南推薦的方法是加標回收率,主要目的就是評估基質(zhì)的干擾。
 
如下圖所示,若線性溶液和準確度溶液配制的基質(zhì)不同,往往會導(dǎo)致實際的標準曲線不同。我們在驗證過程中需要注意不同溶液中的基質(zhì)差異。
 
 
精密度和準確度還受到樣品取樣、稱量、定量稀釋等溶液配制過程中的誤差影響。換句話說,方法的精密度和準確度不會好于測試溶液制備的精密度和準確度。
 
舉兩個例子說明下這個問題:
 
1)我們準備將儲備液稀釋100倍,實驗室使用的是A級的移液管和容量瓶,你覺得以下哪種方式是最準確的?
 
先1.0ml/10ml,再1.0ml/10ml
 
先5.0ml/50ml,再5.0ml/50ml
 
先10.0ml/100ml,再10.0ml/100ml
 
1.0ml/100ml
 
2.0ml/200ml
 
5.0ml/500ml
 
要回答這個問題,我們首先得知道A級移液管和容量瓶對應(yīng)的允許誤差(參考JJG196-2006),
 

儀器規(guī)格

容量允許誤差

相對誤差

1ml移液管

0.007ml

0.7%

2ml移液管

0.01ml

0.5%

5ml移液管

0.015ml

0.3%

10ml移液管

0.02ml

0.2%

10ml容量瓶

0.02ml

0.2%

50ml容量瓶

0.05ml

0.1%

100ml容量瓶

0.1ml

0.1%

200ml容量瓶

0.15ml

0.075%

500ml容量瓶

0.25ml

0.05%

 
因此,各步誤差的總和(以最大誤差來統(tǒng)計):
 
0.7%+0.2%+0.7%+0.2%=1.8%
 
0.3%+0.1%+0.3%+0.1%=0.8%
 
0.2%+0.1%+0.2%+0.1%=0.6%
 
0.7%+0.1%=0.8%
 
0.5%+0.075%=0.575%
 
0.3%+0.05%=0.35%
 
答案:f(從最準確的角度分析)
 
2)在滴定分析中,一般滴定管讀數(shù)有±0.01ml 的絕對誤差,同時一次滴定需要讀數(shù)兩次,因此可能造成的最大誤差是±0.02ml。為使滴定讀數(shù)的相對誤差≤0.1%,那么消耗滴定劑的體積就需要≥20ml。
 
最后,我們再舉個例子來說下計算方法對于準確度的影響。
 
如下圖所示,當(dāng)有關(guān)物質(zhì)方法中雜質(zhì)的相對響應(yīng)因子(RRF)遠小于1時,若我們計算結(jié)果不進行校正,直接采用主峰的線性來計算(如面積百分比計算),那么雜質(zhì)的檢測結(jié)果就會比實際含量低,導(dǎo)致雜質(zhì)被低估。
 
 
關(guān)于計算方式的選擇,這里我們簡單地補充兩點:
 
對于是采用面積歸一法還是自身稀釋對照法,通常是在方法開發(fā)階段將供試品稀釋100倍來看下稀釋后的溶液與原溶液是否成線性。若是,則可以用面積歸一法;若不是,則建議使用自身對照法。
 
對于是采用單點外標還是標準曲線法外標,主要是計算標準曲線的截距。若無明顯截距(通常為不大于10%),則可以使用單點外標;若有明顯截距,則建議使用標準曲線法。
 
此處需要特別說明的一點就是:驗證過程中回收率計算方法應(yīng)與檢驗方法一致。也就是說,如果檢驗方法中規(guī)定的是外標法,那么回收率計算時應(yīng)采用外標法;如果檢驗方法中采用的是自身稀釋對照法,則回收率計算時應(yīng)采用自身稀釋對照法;如果檢驗方法規(guī)定的是主成分外標法(個人比較推薦的方法),那么回收率計算時就應(yīng)采用主成分外標法。否則,一律都按照外標法來計算回收率是沒有意義的。
 
最后,我們再說下做法和要求(參考中國藥典9101 分析方法驗證指導(dǎo)原則):
 
1、精密度:
 
做法:
 
在規(guī)定范圍內(nèi),取同一濃度(分析方法擬定的樣品測定濃度,相當(dāng)于100%濃度水平)的供試品,用至少6 份的測定結(jié)果進行評價;
 
設(shè)計至少3 種不同濃度,每種濃度分別制備至少3 份供試品溶液進行測定,用至少9 份樣品的測定結(jié)果進行評價。
 
注意的是:采用第二種方法進行評價時,濃度的設(shè)定應(yīng)考慮樣品的濃度范圍。
 
要求:
 
精密度的結(jié)果應(yīng)報告標準偏差、相對標準偏差或置信區(qū)間。樣品中待測定成分含量和精密度RSD可接受范圍參考表3。
 
 
在基質(zhì)復(fù)雜、組分含量低于0.01%及多成分等分析中,精密度限度可適當(dāng)放寬。對于這個指導(dǎo)原則中的可接受標準,本文不做過多評論。但建議的是在國內(nèi)申報時,大家還是能做到就盡量去做到。
 
2、準確度
 
做法:
 
在規(guī)定范圍內(nèi),取同一濃度(相當(dāng)于100%濃度水平)的供試品,用至少6份樣品的測定結(jié)果進行評價;
 
設(shè)計至少 3 種不同濃度,每種濃度分別制備至少3份供試品溶液進行測定,用至少9份樣品的測定結(jié)果進行評價,且濃度的設(shè)定應(yīng)考慮樣品的濃度范圍。兩種方法的選定應(yīng)考慮分析的目的和樣品的濃度范圍。
 
同時,由于準確度一般用回收率來表示,我們以原料藥的含量和有關(guān)物質(zhì)為例來說下回收率的做法。
 
1)含量測定方法的準確度---直接回收率
 
原料藥含量測定時,由于目標物通常為純物質(zhì),可以直接用已知純度的對照品或供試品進行測定,直接計算回收率=測得值/實際值,或用所測定結(jié)果與已知準確度的另一個方法測定的結(jié)果進行比較。當(dāng)原料藥為多組分時,也可以使用加標回收率來測定。
 
原料藥的含量,線性范圍一般為實際測定濃度的 80%~120%,其目的是考慮到這一范圍足夠可以滿足《藥典》中規(guī)定“約” 的定義為 90%~110%的范圍;
 
2)有關(guān)物質(zhì)測定方法的準確度---加標回收率
 
原料藥有關(guān)物質(zhì)測定時,主要需考察基質(zhì)或其它物質(zhì)的相互干擾,因此可向原料藥中加入已知量的雜質(zhì)對照品進行測定,計算回收率=(測得量-樣品中的量)/加入量。如不能得到雜質(zhì)對照品,可用所建立的方法與另一成熟方法(如藥典標準方法或經(jīng)過驗證的方法)的測定結(jié)果進行比較。
 
有關(guān)物質(zhì)的測定,實際操作的范圍應(yīng)該是定量限(或報告限)至質(zhì)量標準的120%以上,同時需要進行主成分線性范圍的測定(最高濃度為實際測定時稀釋后的濃度的120%以上,最低濃度為定量限濃度),用于校正因子的測定。
 
要求:
 
對于化學(xué)藥應(yīng)報告已知加入量的回收率(%),或測定結(jié)果平均值與真實值之差及其相對標準偏差或置信區(qū)間(置信度一般為95%); 樣品中待測定成分含量和回收率限度關(guān)系可參考表2。 
 
 
同樣的,在基質(zhì)復(fù)雜、組分含量低于0.01%及多成分等分析中,回收率限度可適當(dāng)放寬。
 
小結(jié)
       
文章最后,我們再次強調(diào)一下:精密度和準確度是無法通過驗證來提高的,而是通過驗證我們確認了精密度和準確度的大小。
 

 
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