FELHASZNÁLÓI JELENTÉS LABORATÓRIUMI ANALÍZIS KÜVETTATESZTEK IVÓVÍZ Ivóvízanalízis küvettatesztek validálása A Rajna-Westfáliai Institut für Wasser Beratungs- und Entwicklungsgesellschaft mbh (IWW)-t 2007-ben megbízták, hogy végezzen el egy vizsgálatot, melyből kiderül, hogy hivatalosan engedélyezhető-e a küvettatesztek ivóvízanalitikai felhasználása a 2001 évi Ivóvízrendeletnek megfelelően. A vizsgált LANGE küvettatesztek pontossága, helyessége és kimutatási határai megfelelnek az Ivóvízrendelet (IVR) analitikai eljárásokkal szembeni elvárásainak, így alkalmasak az ivóvíz hivatalos elemzésére. Szerző: Ralf König - Okleveles vegyész - Kereskedelmi Igazgató HACH LANGE
2 IVÓVÍZANALITIKAI ELŐÍRÁSOK Megfelelnek a küvettatesztek az ivóvízről szóló törvény elvárásainak? Akkreditáció Elméletben, nem szabványos eljárások is bevehetők az akkreditációba, ha bizonyítottan megfelelnek a felhasználónak és megfelelően validálták. Az analitikai eljárásnak meg kell felelnie az Ivóvízrendelet 5. mellékletében meghatározottaknak. Azon túl, hogy alapjaiban bizonyítja, hogy az eljárás alkalmas a feladatra (pl. ezzel a tanulmánnyal), egy laboratóriumnak további bizonyítékokkal kell szolgálnia arról, hogy az előírások be is tarthatók. A teszteljárást az akkreditációs folyamat során jóvá kell hagynia az akkreditációs testületnek (ISO 17025), és bele kell foglalni a tanúsítványba (illetve csatolni a tanúsítványhoz). Ennek megfelelően, bizonyítékokat kell szolgáltatni arról, hogy az eljárás alkalmas a kitűzött célra (Az ISO 17025 szabvány 5.4 pontjának megfelelően.). A laboratóriumnak, és ha szükséges a gyártónak is végre kell hajtania a megfelelő validálási eljárást. A laboratórium elvégzi a szóban forgó előírt belső (szabálykártyák) és külső (körteszteken való sikeres részvétel) minőségbiztosítási eljárást. Végül, az Ivóvízrendelet 15 (5) pontjának megfelelően az illetékes hatósággal hivatalosan is el kell ismertetni azt, hogy a fent említett követelményeknek megfelelnek. Ha ezeknek a kritériumoknak megfelelnek, akkor nincs törvényi akadálya annak, hogy a küvettateszteket a laboratórium eljárásgyűjteményébe felvegyék. Háttér Németországban az ivóvíz hivatalos elemzését törvények szabályozzák. Csak bejegyzett laboratóriumokban felhatalmazott szakértők végezhetik olyan eljárásokat alkalmazva, amelyek megfelelnek a 2001-es Ivóvízrendeletnek. Ez magába foglalja az Európai Ivóvíz Irányelveket, melyek vonatkoznak az EU többi tagállamára is. A szennyvízzel kapcsolatos törvényekkel ellentétben az ivóvíz módszerbeli előírásai nincsenek szabályozva. Elvileg minden eljárás alkalmazható, amely megfelelően megbízható eredményeket ad, és teljesítményjellemzői megfelelnek az Ivóvízrendelet 5. melléklet 15. fejezetében meghatározottaknak. A teljesítményjellemzői (TJ) a helyesség, pontosság és a kimutatási határ, amit százalékban fejeznek ki (jelen esetben a határérték 10%-a). A másik az engedélyezhetőségi kritérium, ami azt jelenti, hogy az alternatív eljárásnak meg kell felelnie az általánosan elfogadott technikai szabványoknak. Továbbá, annak a laboratóriumnak, amely a küvettateszteket akarja használni a szabványos eljárások alternatívájaként, rendelkeznie kell érvényes, a DIN ISO 17025-ös szabványnak megfelelő akkreditációval. Az akkreditációval kapcsolatos elvárások Ha az ügyfél nem ír elő módszert, akkor az analitikai laboratóriumnak kötelessége a legmegfelelőbb módszert használni [3]. Ezeket az eljárásokat nemzetközi, helyi, vagy nemzeti szabványokban, tudományos folyóriatokban szakmai szervezetek által közzé kell tenni, vagy a gyártónak azokat ismertetni (pl. küvettatesztek). Olyan módszerek, amelyeket a laboratórium fejlesztett ki vagy vett át, szintén használhatók, ha alkalmasak a kitűzött cél elérésére és megfelelően validáltak. Az ügyfelet értesíteni kell a választott eljárásról. A küvettatesztek elsődleges validációja Egy tesztmódszert - Mérési bizonytalanságának, - Kimutathatósági és mérési pontosságának, - Szelektivitásának, - Linearitásának, - Pontosságának, - Helyességének - Külső hatásokkal szembeni ellenállóképességének (érzékenység szennyeződésre, a minta mátrixának hatásaira) vizsgálatával validálják. Továbbá, az alternatív módszernek olyan eredményeket kell szolgáltatnia, amelyek megfelelő mértékben összehasonlíthatók a szabványos eljárásokkal kapottakkal. www.hach-lange.hu
3 Minden mérést egy HACH LANGE DR 5000 UV-VIS spektrofotométerrel végeztek (lásd az 1. ábrát). Az elsődleges kalibrációt mátrixmentes oldaltból (desztillált víz) addíciós módszerrel előállított kalibrációs oldatok segítségével végzik el [1]. Hiteles referencia anyagokat használtak az addícióhoz. A mérési határt tíz olyan kalibráló oldat 10 napon át történő mérésével végezték, amelyek koncentrációja a küvettateszt mérési tartományának az alsó határától indult, és egyenlő távolságra voltak egymástól. A teljes mérési tartományt további kettő-öt kalibráló oldat mérésével validálták, a mérési tartomány legmagasabb koncentrációjáig. A küvettatesztek validációjához az elsődleges kalibrációs adatokat feldolgozták, és kiszámították a következő módszerspecifikációt. Kalibrációs görbe és a teljesítményjellemzők, - Meredekség (b, az érzékenység mértéke), - Tengelymetszet - Az eltérés standard szórása (s y, a mért értékek szórása az illesztett egyenes körül) - A módszer standard szórása (s x0, a kalibráció pontosságának abszolút mértéke) - A módszer relatív szórásai koefficiense (V x0, a módszer relatív standard szórása, a kalibráció pontosságának relatív mértéke) a linearitás ellenőrzése a kimutatási és a mérési határ a DIN 32645 szabványnak megfelelő meghatározása. Továbbá vizsgálták a relatív szórás homogenitását az egész mérési tartományon. A teljesítményjellemzőket a Software for the statistical control of analytical data SQS (Version 1.51, Perkin Elmer, Rodgau-Jügesheim programmal számították ki. 1. ábra: DR 5000 érintőképernyős spektrofotométer, vonalkódos forgatva méréssel, automatikus hibaészleléssel, mely minden LANGE küvettatesztet megbízhatóan kiértékel No. Paraméter LANGE küvettateszt Standard A küvettateszt IVR határérték TJ (%) TJ (mg/l) mérési tartománya 1 Alumínium LCK301 DIN ISO 10566 0,02 0,5 mg/l 0,2 mg/l 10 0,02 (Krómazurol S) (Pirokatekol ibolya) 2 Ammónium LCK304 DIN 38406-5 0,02 2,5 mg/l 0,5 mg/l 10 0,05 (Indofenol kék) (Indofenol kék) 3 Klór, szabad LCK310 DIN EN ISO 7393-2 0,05 2 mg/l min. 0,1 mg/l, - - (fertőtlenítés után) (DPD) (DPD) max. 0,3 mg/l 4 Klór, összes LCK310 DIN EN ISO 7393-2 0,05 2 mg/l - - - (DPD) (DPD) 5 Vas, nyomnyi LCK521 DIN 38406 E1-1 0,01 1 mg/l 0,2 mg/l 10 0,02 (1,10-Fenantrolin) (1,10-Fenantrolin) 6 Mangán, nyomnyi LCW532 DIN 38406 E2 0,005 0,5 mg/l 0,05 mg/l 10 0,005 (PAN indikátor) (Formaldoxim) 7 Nitrát LCK339 DIN38405 D9-1 1 60 mg/l 50 mg/l 10 5 (2,6-Dimetilfenol) (2,6-Dimetilfenol) 8 Nitrit, nyomnyi LCK541 (Diazotálás) DIN EN 26777 (Diazotálás) 0,005 0,1 mg/l 0,5 mg/l, vagy 0,1 mg/l a vízkezelő telep kilépőáramában 10 0,01 9 Orto-foszfát LCK349 (Molibdénkék) DIN EN ISO 6878 (Molibdénkék) 0,15 4,5 mg/l 6,7 mg/l - - 1. táblázat: Módszer, határértékek és a választott analízis teljesítményjellemzői (TJ) a 2001 évi Ivóvízrendeletnek (IVR) megfelelően
4 IVÓVÍZANALÍZIS_VALIDÁLÁS A küvettatesztek validálása: pontosság 2. ábra: 5 cm-es derékszögű küvetta, nyomnyi vas mangán és nitrit pontos meghatározásához Pontosság A módszer értékelése a relatív szórási együttható segítségével A módszer relatív szórási együttható (a módszer relatív standard szórását, V x0 ) a kalibráció pontosságának a kiértékeléséhez használják. A relatív szórási együttható a teszteljárás minőségének a mértéke, mely lehetővé teszi különböző mérési tartományú analitikai eljárások összehasonlítását. A vizsgált küvettatesztek relatív szórási együtthatói jóval 3 % alatt vannak (3. ábra). Ennek megfelelően a módszer pontossága jó-nagyon jó. Különösen érdemes megemlíteni, hogy az ammónium, vas, nitrát és foszfát meghatározására szolgáló küvettatesztek relatív szórási együtthatója, amelyek egyértelműen 1 % alatt vannak, jelzik, hogy azok valóban nagyon pontosak. Az analízis pontossága a határértéknél ( 10 %) Az analitikai kémiában egy módszer pontossága függ az analit koncentrációjától. Csökken, ha a mérési tartomány alsó határához közeledünk. Az ivóvízre vonatkozó rendelkezések szerint az engedélyezett mérőmódszer nem térhet el 10%-nál több értékkel a rendeletekben meghatározott határértéknél. Az Ivóvízrendeletben meghatározott, a pontosságra vonatkozó teljesítményjellemző a paraméter határkoncentrációjára vonatkozik. Ez azt szolgálja, hogy az alkalmazott analitikai eljárás megbízhatóan alkalmas legyen az analit koncentrációjának meghatározására a határkoncentrációnál. A küvettatesztek pontosságát és az elsődleges kalibráció adatait a Software for the statistical control of analytical data SQS (Version 1.51, Perkin Elmer, Rodgau-Jügesheim) program segítségével számították ki. V x0 (%) 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 LCK301 Alumínium A módszer standard szórása küvettatesztekre 2,2 2,21 2,13 1,84 LCK304 Ammónium 0,42 LCK521 Vas, nyomnyi 0,70 1,19 LCW532 Mangán, nyomnyi LCK339 Nitrát 0,51 LCK541 Nitrit, nyomnyi LCK349 orto-foszfát 0,74 LCK310 Klór, szabad LCK310 Klór, összes Minden olyan validált küvettateszt, amely teljesítményjellemzőit meghatározza az Ivóvízrendelet, (alumínium, ammónium, vas, mangán, nitrit és nitrát), magas analitikai pontosságúak. Mindegyik olyan eredményeket nyújt, amelyek szórása nem haladják meg a 10%-ot. Az ammónium, alumínium, a vas és a nitrát esetében az eredmények szórása kevesebb, mint 3 %. Az Ivóvízrendelet nem ad meg teljesítményjellemzőt klórra (szabad/összes) és az orto-foszfátra. 3. ábra: A LANGE küvettatesztek relatív szórása (V x0 ) (elsődleges kalibráció) www.hach-lange.hu
5 Pontosság reprodukálható feltételek között A rutin analízisek másik minőségi célja, hogy állandó pontosságú és helyességű analitikai eredményeket biztosítson hosszútávon. A módszer pontosságát 2 3 hetes időtartamon keresztül vizsgálták és értékelték, szisztematikusan ismétlődő ellenőrző analízisek végzésével (összesen tíz, kétszer-kétszer mérve) addicionált valós ivóvízmintákkal, különböző mérési napokon. E célból a sorozaton belüli standard szórást (két mérés naponta) és a sorozatok közötti standard szórást is kiszámolták a teljes standard szórás mellett [5]. Reprodukálható feltételek mellett minden vizsgált küvettateszt jó-nagyon jó pontosságot mutatott. Úgy találták, hogy az analíziseredmények nem változtak az idő függvényében. Stabilitás: különböző reagensbatchek hatása a pontosságra A stabilitás az analitikai eljárás relatív érzéketlenségének a mértéke az általános analitikai feltételek változására. A küvettatesztek stabilitását különböző gyártási sarzsokból származó reagensek felhasználásával tesztelték. Oly módon, hogy háromszor mértek egy mátrixmentes (desztillált vizes) standard oldatot két eltérő gyártási sarzsból származó küvettateszttel. A két eltérő sarzsból származó reagenssel elvégzett méréssorozat átlagértéke (N=3 minden esetben) alig tért el egymástól. Minden mért érték relatív standard szórása (N=6), ami a szórás mértéke, jó nagyon jó eredeményt mutatott minden vizsgált küvettatesztre. A relativ standard szórás minden módszerre 3 % alatt van. A reagenssarzsnak nincs érzékelhető hatása a pontosságra. Helyesség A visszanyerési arány meghatározása A helyesség a mért érték (vagy számos mérés átlagértékének) szisztematikus hiba miatti eltérésének mértéke a helyes (valós) értéktől. A küvettatesztek helyességének teszteléséhez hiteles referenciaanyagok segítségével, az analit addíciójával, valós ivóvízmátrixokat állítottak elő [1]. Az addíciós tesztoldatokat reprodukálható körülmények között hatszor mérték a küvettateszteket használva. A helyességet a visszanyerési aránnyal határozták meg, miután a mért értékeket ellenőrizték szóró adatokra (Grubb módszere P=99 %). A visszanyerési arány megfelel annak, hogy a mért értékek átlaga (N=6) hány százaléka az addicionált analit célkoncentrációjának. 4. ábra: Az LCK310 Klór küvettateszt (szabad és teljes) 5. ábra: LCK349 orto-foszfát küvettateszt
6 IVÓVÍZANALÍZIS_VALIDÁLÁS A küvettatesztek validálása: helyesség 6. ábra: Ideális mangán alacsony koncentráció melletti meghatározására LCW532 LCK/Paraméter Visszanyerési arány (%) LCK301 Alumínium 91,8 LCK304 Ammónium 98,2 LCK310 Klór, szabad 94,9 LCK310 Klór, összes 91,5 LCK521 Vas, nyomnyi 99,2 LCW532 Mangán, nyomnyi 98,0 LCK339 Nitrát 100,8 LCK541 Nitrit, nyomnyi 91,2 LCK349 orto-foszfát 97,6 2. táblázat: A LANGE küvettatesztek visszanyerési aránya desztillált vízben A vizsgált küvettatesztek visszanyerési arányai 92,5 és 102 % közé esnek. Ennek megfelelően tehát teljesítik az Ivóvízrendelet elvárásait a megkívánt helyesség szempontjából (10%-os relatív eltérés a határértéktől). Visszanyerési arány különböző mátrixokban Egy a teszteljárás minőségének kulcskritériuma, hogy alkalmas-e a valósminták mérésére. A mátrixhatás és a folyamat egyes lépéseinek hatása megemelkedett pontatlanságként, és/vagy az analitikai eredménynek a valóstól való állandó vagy arányos eltérésként jelentkezhetnek. A viszszanyerési függvény kiszámítása egy speciális ivóvízmátrixban a mátrixhatás meghatározásának alkalmas eszköze. Valódi ivóvízhez, mint mátrixhoz, hipokloridot (0,8 mg/l szabad Cl 2 ), kalciumot (365 mg/l CaCO 3 = 20 dh), vas (2 mg/l Fe) és mangán (1 mg/l Mn) standard oldatot adtak. Minden egyes küvettateszt esetében kiszámolták a visszanyerési függvényt a teljes mérési tartományra mind a négy ivóvíz mátrixot használva. Minden vizsgált küvettateszt visszanyerési arányai 90 és 100 % között voltak, és megfeleltek a 2001-es Ivóvízrendelet helyesség előírásának. Az alumínium küvettateszt volt a kivétel, amely csak 85,1%-os visszanyerési arányt mutatott mangán mátrixban. A mátrixok teljes tartományában legmagasabb visszanyerési arányt a vas és az orto-foszfát küvettateszt érte el (96,9 98,6 %). Minden módszer visszanyerési aránya jó nagyon jó közt volt, a mátrixtól függően. A mérési határ ellenőrzése (a DIN 32645 szabványnak megfelelően) Az Ivóvízrendelet 5. melléklete meghatározza a kimutatási határ teljesítményjellemzőt, melyet a határérték százalékában definiál. A kimutathatósági határ az analit azon legalacsonyabb koncentrációja, amelyet minőségileg meg lehet határozni, amíg a mérési határ az a legalacsonyabb analitkoncentráció, amelyet mennyiségileg meg lehet határozni. A mérési határ az a legalacsonyabb koncentráció, amelynél még a mérés kielégíti a megkívánt pontosságot. Mivel az ivóvízanalízis magába foglalja az analitok koncentrációjának menynyiségi meghatározását, ezért ehhez a validáláshoz inkább a mérési határt használták, míg a kimutathatósági határt a tesztmódszer teljesítményének megítéléséhez alkalmazták. A mérési határt a DIN 32645 szabványnak megfelelően (kalibrációs egyenes módszere) 10, koncentrációjukban egyenlő távolságú standard kalibrációs oldat mérésével határozták meg, a HACH LANGE tesztmódszer mérési tartományának legalacsonyabb koncentrációjától kezdve, tíz napon át. www.hach-lange.hu
7 Az alumínium, az ammónium, a vas (nyomnyi), mangán (nyomnyi), nitrát és nitrit (nyomnyi) meghatározására szolgáló tesztek kielégítik a kimutatási határra vonatkozó teljesítményjellemző előírást. A klór (szabad/összes) és az ortofoszfát paraméterre nincs teljesítményjellemző megadva a 2001-es Ivóvízrendeletben. Ezen módszerek mérési határai abban a tartományban vannak, amelyet a megfelelő szabványos fotometrikus eljárást használva értek el. Nr. Vizsgált küvettatesztek A küvettateszt mérési tartománya mg/l-ben Mérési határ (mg/l) Mérési határ (%) 1 LCK301 Alumínium 0,02 0,5 0,017 8,5 10 2 LCK304 Ammónium 0,02 2,5 0,0086 1,7 10 3 LCK310 Klór, szabad 0,05 2 0,016 16-4 LCK310 Klór, összes 0,05 2 0,022 22-5 LCK521 Vas, nyomnyi 0,01 1 0,01 5 10 6 LCW532 Mangán, nyomnyi 0,005 0,5 0,004 8 10 7 LCK339 Nitrát 1 60 0,44 0,88 10 8 LCK541 Nitrit, nyomnyi 0,005 0,1 0,0063 6,3 10 9 LCK349 orto-foszfát 0,15 4,5 0,045 0,67 - Az IVR TJ-je kimutatási határra (%) 3. táblázat: A vizsgált LANGE küvettatesztek kimutatási határai az Ivóvízrendelet megadott TJ-kkel összehasonlításban A küvettatesztek összehasonlítása a szabványos fotometrikus módszerekkel Ez a kutatás mindkét módszer (küvettatesztek vs. fotometrikus) teljesítményjellemzőinek összehasonlításán alapult. A fotometrikus eljárások teljesítményjellemzőit függetlenül határozták meg a kutatás keretein belül [1]. A valós mintákból kapott analitikai eredmények összehasonlíthatóságának vizsgálata érdekében addicionált ivóvízmátrixú minták elemzését hajtották végre hatszor, küvettatesztekkel és szabványos fotometrikus eljárásokkal. Minden vizsgált szabványos fotometrikus módszer és minden vizsgált küvettateszt ivóvízmátrixban 91,0 és 103,8%-os visszanyerési arányt biztosítottak, reprodukálható körülmények között, a helyesség mértékeként. A vizsgált eljárásokra a sorozaton belüli relatív standard deviáció, mint a mérés pontossági jellemzője, a 0,29 és 2,6%-os tartományba esett, mely nagyon jó és jó közötti eredményt jelent. A szabványos fotometrikus teszteljárás kivétele a nitrát, mivel a 4,9%-os relatív szórás a 3% érték felett van. Jól látható, hogy mangánra és nitrátra a küvettatesztek alkalmasabbak, mint a szabványos fotometrikus eljárások. Általában a mérési határok a küvettatesztekre ugyanabban a nagyságrendben vannak, mint a szabványosított fotometrikus eljárásoké. 7. ábra: LCK521 Vas, nyomnyi küvettateszt
IVÓVÍZANALÍTIS_ÖSSZEFOGLALÓ A validáció végső értékelése Az IWW validációs kutatása során, kilenc fotometrikus LANGE küvettatesztet kísérletileg validáltak és tanulmányozták teljesítményjellemzőit, illetve értékelték a 2001 évi Ivóvízrendelet követelményeivel összehasonlítva. Az alumínium, ammónium, vas (nyomnyi), mangán (nyomnyi), nitrát and nitrit (nyomnyi) meghatározására szolgáló küvettatesztek kielégítik a 2001 évi Ivóvízrendelet helyesség, pontosság és kimutathatósági határ elvárásait. A teljesítményjellemzők 10 % alatt vannak. A meghatározott teljesítményjellemzők alapján, ezek a küvettatesztek alapvetően alkalmasak az ivóvíz és nyersvíz analízisre. A 2001 évi Ivóvízrendelet nem határoz meg teljesítményjellemzőt a vizsgált HACH LANGE küvettatesztek közül a klór (szabad), a klór (teljes) és az ortofoszfát esetében. Az orto-foszfát küvettateszt teljesítményjellemzői (helyesség, a pontosság, és a mérési határ) mind 10 % alatt vannak. Tehát ez a küvettateszt is megfelel a három teljesítményjellemzőnek, így eleget tesz az elvárásoknak. A szabad és a teljes klór küvettatesztek esetében a pontosság és a mérési határ 10 % felett, a helyesség 10 % alatt van. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a teljesítményjellemzők többnyire a szabványos fotometrikus módsze- LANGE küvettatesztek A mérési elv hasonló-e a szabványhoz A helyesség szórása 10 % A pontosság szórása 10 % LCK301 Alumínium Nem Igen Igen Igen LCK304 Ammónium Igen Igen Igen Igen LCK521 Vas, nyomnyi Igen Igen Igen Igen LCW532 Mangán, nyomnyi Nem Igen Igen Igen LCK339 Nitrát Igen Igen Igen Igen LCK541 Nitrit, nyomnyi Igen Igen Igen Igen 4. táblázat: A LANGE küvettatesztek teljesítményjellemzői 8. ábra: LCK339 Nitrát küvettateszt rek nagyságrendjében vannak. Ennek az az oka, hogy a standard ellenőrző oldatok stabilitása korlátozott, amelyeket frissen kell készíteni, ezért függetlenek az analízistől. A mérési határ szórása 10 % Irodalom [1] Prüfung und Bewertung ausgewählter HACH LANGE Prüfverfahren für die Untersuchung von Trinkwasser gemäß Trinkwasserverordnung 2001, 2008, IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasser Beratungs- und Entwicklungsgesellschaft mbh, Moritzstraße 26, 45476 Mülheim an der Ruhr [2] Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (Trinkwasserverordnung TrinkwV 2001) vom 21. Mai 2001; BGBl., Teil I, Nr. 24 vom 28.05.2001, S. 959-980 [3] DIN EN ISO/IEC 17025: 2005-08; Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und Kalibrierlaboratorien (ISO/IEC 17025:2005); Deutsche und Englische Fassung EN ISO/IEC 17025:2005 [4] Liste der Aufbereitungsstoffe und Desinfektionsverfahren gemäß 11 Trinkwasserverordnung 2001, Umwelt Bundesamt 2004 [5] Qualitätssicherung in der Analytischen Chemie, Funk W., Dammann V., Donnevert G, 2005; Wiley-VCH, Weinheim DOC042.86.20035.Apr09