Materiales de referencia acreditados: dificultades y soluciones

La fabricación de materiales de referencia acreditados presenta dificultades asociadas a la demostración de las principales características técnicas del material, es decir, comprobar que dichos materiales son homogéneos, estables y tienen una incertidumbre de uso totalmente adecuada para el fin de dicho material. Por ello, en esta ponencia, se han estudiado dichas cuestiones (estudios de homogeneidad, estudios de estabilidad y cálculo de incertidumbres) y se muestran las soluciones encontradas desde nuestro punto de vista, las cuales han servido para conseguir la acreditación de dichos materiales, considerando todos los posibles aspectos, tanto técnicos como económicos.

Cuando se cita un material de referencia, se está abordando la veracidad y la calidad de los resultados analíticos obtenidos. La cuestión relativa a la calidad en los laboratorios se traduce en la obtención de un valor de incertidumbre que siempre se encuentra relacionado con sus resultados. El origen de esta incertidumbre es diverso y complejo, siendo una suma de diversos factores tales como la metodología utilizada, el posible error humano, los propios equipos utilizados para el análisis o de la complejidad de la muestra a analizar. Por ello, una de las principales funciones de los materiales de referencia es ofrecer una base para la obtención de medidas exactas.

En la norma UNE-EN ISO/IEC 17025 ‘Requisitos generales relativos a la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración’ se especifica en su punto 5.9 que el laboratorio debe disponer de procedimientos de control de calidad para comprobar la validez de los ensayos y calibraciones realizados. Los datos obtenidos deben registrarse de forma que puedan detectarse tendencias y, siempre que sea posible, deben aplicarse técnicas estadísticas para analizar los resultados. Estos controles deben ser planificados y revisados, y pueden incluir, pero no estar limitados, al uso habitual de materiales de referencia certificados y/o controles de calidad que empleen materiales de referencia secundarios.

Junto con ello, si nos basamos en las propias definiciones de materiales de referencia (MR), se puede comprobar que uno o más valores de sus propiedades deben ser suficientemente homogéneos y estar bien definidos para permitir utilizarlos para la calibración de un instrumento, la evaluación de un método de medición, o la asignación de valores a los materiales. En el caso que sea certificado (MRC), además debe tener una trazabilidad con la realización exacta de la unidad en la que se expresan los valores de la propiedad y para la cual cada valor certificado se acompaña de una incertidumbre con la indicación de un nivel de confianza.

Por todo ello, se ha realizado la acreditación de los materiales de referencia teniendo en cuenta los factores ya comentados tales como homogeneidad, estabilidad y cálculo de la incertidumbre del propio material.

Para poder establecer un valor de la propiedad en un material de referencia, se deben tener en cuenta todos los factores asociados a este material: una incertidumbre debida a la caracterización del propio material, la debida a la homogeneidad del material y la que contribuye de acuerdo a la estabilidad. A continuación, se especifica cada una de ellas desde nuestra práctica y experiencia en este tema con el fin de poder llevarlo a cabo.

2.1. Cálculo del valor de la propiedad del material

Es una de las partes más importante para la caracterización del material de referencia certificado en la que se han utilizado resultados provenientes de ejercicios de intercomparación, previa petición por escrito a los laboratorios del uso de sus resultados para este fin.

Se establece un número mínimo de laboratorios a tener en cuenta con una serie de características a cumplir, siendo la principal de éstas estar acreditados para los parámetros y las matrices objeto del estudio. Junto con ello, estos resultados no pueden estar eliminados por la organización en el desarrollo del ejercicio de intercomparación y deben ser buenos resultados; es decir, deben tener valores aceptables de z-score (z<2) y de desviación intralaboratorio (<0.5). Además, se debe asegurar que se trata una población normal para poder asegurar la robustez del valor medio obtenido de los laboratorios participantes. En caso contrario, no se certificaría dicho material.

Tras obtener este valor, se debe calcular la incertidumbre asociada a este material en la que se tiene en cuenta el número de réplicas analizadas por cada laboratorio, los laboratorios participantes en el estudio y desviaciones estadísticas mediante la siguiente fórmula:

2.2. Cálculo de la homogeneidad del material

Como todo material de referencia, es necesario realizar un estudio de homogeneidad en cada uno de los lotes, ya que se tiene que demostrar que cada una de las botellas son suficientemente homogéneas. En nuestro caso, se quiso aprovechar la homogeneidad realizada al material del ejercicio (inter e intramuestra) pero no es homogeneidad suficiente de cara a la acreditación del material de acuerdo a las normas de referencia, por lo que se ha buscado el número mínimo de botellas a seleccionar de forma aleatoria y el número de submuestras a analizar en cada caso. Este número mínimo de botellas se obtiene de la siguiente ecuación donde N se refiere a las muestras totales preparadas:

Con los resultados obtenidos se calcula una Anova donde se obtiene la variabilidad intramuestra e intermuestra. Tras ello, se realiza el cálculo de la incertidumbre debida a este factor mediante la fórmula:

2.3. Cálculo de la estabilidad del material

El cálculo de la estabilidad se puede llevar a cabo mediante dos opciones: método isócrono y método a largo plazo. En el caso del método isocrono, todos los materiales son analizados a la vez. Para poder llevarlo a cabo, se debe planificar a lo largo del tiempo con el fin de tener almacenados los materiales a las temperaturas que se consideren y se analizan todos al final de este tiempo planificado. Como principal ventaja, se considera la reducción del error (incertidumbre) en la determinación analítica realizada en diferentes días, ya que se analizan todos en una misma tanda analítica. Como inconveniente, se plantea que los criterios y las temperaturas deben estar correctamente definidos antes de comenzar dicho estudio, así como el espacio necesario para que puedan ser almacenados dichos materiales.

En el caso del método a largo plazo, se considera como ventaja que la obtención de datos del material puede realizarse a través de controles de calidad que se tengan en el laboratorio, a lo largo de tiempo. En caso contrario, se tendría el inconveniente de necesitar tiempo suficiente (con un mínimo de varios años) para poder llevar a cabo estas analíticas en ese periodo de tiempo y obtener los valores necesarios para verificar la estabilidad del material.

Independientemente del método utilizado (isócrono o a largo plazo) el cálculo de la incertidumbre de estabilidad de los materiales se realiza mediante la fórmula siguiente:

donde hay que estudiar la degradación del material en el tiempo frente a la concentración encontrada y se debe verificar que la pendiente de la recta es diferente de 0.

2.4. Cálculo de la incertidumbre total del material

En el cálculo final de la incertidumbre, se deben tener en cuenta los tres factores anteriormente citados mediante la siguiente fórmula:

Esta incertidumbre es considerada aceptable cuando sea como máximo un tercio del uso previsto del material de acuerdo a la guía ILAC-G9.

Tras comentar en el punto anterior, las variables a tener en cuenta así como los cálculos a realizar para poder obtener un material de referencia acreditado por el organismo nacional de acreditación, se muestra a modo de ejemplo un lodo acreditado con todas las etapas realizadas, es decir, desde el comienzo en la elección del material a estudiar hasta la obtención final de su valor de la propiedad con la incertidumbre asociada a dicho material.

Por ello, primeramente, se muestran los datos recopilados de los laboratorios participantes en el estudio (sus tres replicas, el valor medio y su z-score) y se comprueba que se cumplan los criterios establecidos para ser aceptados (por estadística, por criterio z y por desviaciones). Con los valores promedio, se debe verificar que siguen una distribución normal y se representan tomando como referencia en el número de grupos. Con los datos mostrados obtenidos se realizan los cálculos pertinentes para poder obtener el valor de la propiedad con su incertidumbre de caracterización Tras calcular el valor de la propiedad, se realiza el estudio de los datos de la homogeneidad, existen cuatro réplicas para cada una de las muestras con el fin de adaptar la homogeneidad obtenida en el ejercicio de intercomparación (se tienen solamente dos réplicas) con la requerida para la acreditación del material de referencia, tal y como se ha especificado en el punto 2.2.

Con los resultados obtenidos en la homogeneidad, se realizan los cálculos para verificar que la variabilidad intramuestra es correcta y poder calcular la incertidumbre debida al factor de la homogeneidad. Por último, se calcula la incertidumbre debida a la estabilidad del material mediante la representación gráfica de los valores del tiempo transcurrido frente a la concentración obtenida, independientemente del método que se haya utilizado (isocrono o a largo plazo).

Finalmente, se realiza un resumen de toda la información obtenida en cada una de las etapas (valor de la propiedad con su incertidumbre, homogeneidad con su incertidumbre y estabilidad con su incertidumbre) y se verifica frente a la incertidumbre aceptada con el fin que cumpla con el requisito establecido en la guía.

Como global de todo lo comentado, se puede desglosar lo siguiente:

• Se ha conseguido realizar un correcto estudio de homogeneidad en el que se han tenido en cuenta las variabilidades inter muestra e intra muestra así como el número de muestras idóneo para realizar dichas determinaciones.
• Referente a las estabilidades de los materiales, se ha comprobado que puede realizarse tanto de forma isócrona como a largo plazo, siempre manteniendo las características técnicas del material estudiado con las ventajas y los inconvenientes de cada uno de los métodos.
• Por último, se ha realizado un cálculo global de todas las posibles incertidumbres a tener en cuenta, obteniendo un valor final de las contribuciones encontradas en cada una de las etapas de fabricación del material.

Con la aplicación de todas las cuestiones anteriormente comentadas, se ha conseguido obtener un material de referencia acreditado por ENAC; en concreto, se han podido acreditar seis lotes distintos de la matriz lodo, siendo un referente a nivel nacional por ser la primera entidad en llevarlo a cabo.

Referencias

[1] ISO Guide 30 ‘Terms and definitions used in connection with reference materials’

[2] ISO Guide 34 ‘General requirements for the competence of reference material producers’

[3] ISO Guide 35 ‘General and statistical principles for certification’

[4] ILAC-G12:2000 ‘Guidelines for the Requirements for the Competence of Reference Material Producers’

[5] Lisinger, T; Pauwels, L. ‘Homogeneity and stability of reference materials’ (Accred Qual Assur 2001) 6:20-25.

[6] ‘The study of the stability of reference materials by isochronous measurements’ (Fresenius J Anal Chem 1998).

[7] ‘Estimating the uncertainty of stability for matrix CRMs’ (Fresenius J Anal Chem 2001).

[8] Tholen, Dan; Boley Nick. ‘ILAC Discussion paper on Homogeneity and stability Testing’. ILAC. PTGC Congress, Cancun 2006.

[9] European Commission Document, BCR/48/93 (Dec 1994): Guidelines for the production and certification of BCR reference materials.

[10] Pauwels J. ‘Determination of the minimum sample mass of a solid CRM to be used in chemical analysis’. Fresenius J.Anal. Chem (1993) 345; 121-123.

[11] ILAC-G9 ‘Guidelines for the selection and use of reference materials’; 2005.