JJF 1343-2022 标准物质的定值及均匀性、稳定性评估-(高清原版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 3 4 32 0 2 2标准物质的定值及均匀性、稳定性评估C h a r a c t e r i z a t i o n,H o m o g e n e i t ya n dS t a b i l i t yA s s e s s m e n t o fR e f e r e n c eM a t e r i a l s(I S OG u i d e3 5:2 0 1 7,MOD)2 0 2 2-0 4-2 9发布2 0 2 2-1 0-2 9实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布市场监管总局市场监管总局标准物质的定值及均匀性、稳定性评估C h a r a c t e r i z a t i o n,H o m o g e n e i t ya n dS t a b i l i t yA s s e s s m e n t o fR e f e r e n c eM a t e r i a l sJ J F1 3 4 32 0 2 2代替J J F1 3 4 32 0 1 2 归 口 单 位:全国标准物质计量技术委员会 主要起草单位:中国计量科学研究院 参加起草单位:北京理工大学钢研纳克检测技术股份有限公司 本规范委托全国标准物质计量技术委员会负责解释J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局本规范主要起草人:卢晓华(中国计量科学研究院)汪 斌(中国计量科学研究院)周桃庚(北京理工大学)李红梅(中国计量科学研究院)唐本玲(钢研纳克检测技术股份有限公司)参加起草人:阚 莹(中国计量科学研究院)王 阳(中国计量科学研究院)J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局目 录引言()1 范围(1)2 规范性引用文件(1)3 术语和定义(1)3.1 同步稳定性研究(1)4 概述(2)4.1 项目设计(2)4.2 原料的获取(2)4.3 可行性研究(3)4.4 标准物质的加工制备(3)4.5 均匀性评估(3)4.6 稳定性评估(3)4.7 测量程序的选择(3)4.8 计量溯源性(3)4.9 定值测量(4)4.1 0 互换性评估(4)4.1 1 赋值(4)4.1 2 稳定性监测(4)4.1 3 运输(4)4.1 4 复制批标准物质的生产(4)5 均匀性评估(5)5.1 基本要求(5)5.2 实验性研究的必要性(6)5.3 拟研究的特性(6)5.4 抽取单元数量和重复测量次数(6)5.5 抽样方案(8)5.6 均匀性研究测量程序的选择(8)5.7 均匀性研究测量程序的实施(9)5.8 均匀性研究设计(1 0)5.9 单元间均匀性的评估(1 2)5.1 0 测量程序重复性不佳时的评估方法(1 8)5.1 1 单元内均匀性的评估(1 8)5.1 2 均匀性的确认(2 0)5.1 3 由不均匀性引入的不确定度(2 0)6 稳定性评估与监测(2 1)J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局6.1 基本要求(2 1)6.2 稳定性评估(2 2)6.3 稳定性实验研究的分类(2 3)6.4 稳定性实验研究的程序(2 6)6.5 稳定性实验研究结果的评估(2 7)6.6 稳定性研究中发现显著性趋势时应采取的措施(3 3)6.7 稳定性研究的不确定度评估(3 3)6.8 保存寿命或有效期的估计(3 5)6.9 与稳定性管理有关的使用说明(3 6)6.1 0 稳定性监测(3 6)7 定值(3 9)7.1 基本要求(3 9)7.2 计量溯源性的建立(3 9)7.3 一家实验室采用一种原级或权威机构认定参考测量程序定值(4 1)7.4 一家实验室采用一种测量程序,特性值由一个标准物质传递到另一个高度匹配的候选标准物质(4 2)7.5 配制法(4 3)7.6 一家或多家有能力的实验室采用两种或两种以上可证明准确度的方法,对不由操作定义的被测量定值(4 4)7.7 由具有能力的实验室组成网络,对由操作定义的被测量定值(5 2)7.8 纯度定值(5 3)7.9 稳健统计的应用(5 4)7.1 0 多目的合作研究的应用(5 7)7.1 1 非认定值的定值(5 8)7.1 2 定值用标准物质单元的选择(5 8)8 测量不确定度的评定(5 9)8.1 基本原则(5 9)8.2 批量定值的基本模型(5 9)8.3 不确定度来源(6 0)8.4 包含区间和包含因子(6 0)8.5 定值结果的表示(6 1)附录A 随机数表(6 2)附录B 可疑值检验(6 5)附录C 正态分布检验(6 7)附录D 方差齐性检验(7 6)附录E 组间数据一致性检验(8 6)附录F 测量不确定度的评估(8 8)附录G 定性特性标准物质的研制(9 0)附录H 示例(9 4)J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局引 言 标准物质的研制(生产)活动对于维持与改进全球一致的测量系统至关重要。依据J J F1 5 0 7 标准物质的选择与应用,不同特性的标准物质可用于测量校准、质量控制、能力验证、方法确认以及为其他材料赋值。有证标准物质还可用于确证和建立对约定标尺的溯源性。为保证不同地区、不同时间的可比性,测量结果需溯源至适当的、规定的参照对象。对于化学、生物、物理领域的材料和物质测量,有证标准物质在测量结果溯源性概念的实施方面发挥着关键的作用。实验室以可用的有证标准物质为测量标准,从而建立起测量结果对国际标准的溯源性。有证标准物质载带的特性值则可溯源至国际单位制(S I)或其他国际公认的参照对象。在我国,用于统一量值的有证标准物质进一步分为一级标准物质、二级标准物质,需要有统一的技术规范来指导其规范化研制(生产)和准确定值,以支撑标准物质管理和测量量值溯源体系的有效建立。本规范阐述了一级、二级标准物质研制(生产)中获得溯源至适当参照对象的可靠特性值的途径,包括均匀性评估、稳定性评估和对稳定性的风险管理、特性值的定值与赋值、认定值的不确定度评估、认定值计量溯源性的建立等,应与J J F1 3 4 2 标准物质研制(生产)机构通用要求、J J F1 8 5 4 标准物质计量溯源性的建立、评估与表达等结合使用。本规范技术要求与I S O指南3 5:2 0 1 7 标准物质定值及均匀性、稳定性评估指南保持一致,但为加强可操作性,提供更有针对性的指导,在该国际指南基础上进行了编辑性修改和内容章节调整,并增加了方差分析等统计学方法的详细介绍及示例。规范的使用基于以下约定:1)所规定的被测量存在唯一真值;2)除非特别声明,所有概率评估基于正态分布;3)不确定度传播律通篇适用于不确定度贡献的合成,其他测量不确定度评估方法在某些情况下也是适用的,且必须使用,进一步的指南参见I S O/I E C指南9 8-3 测量不确定度 第3部分:测量不确定度表示指南(GUM)及其附件。本规范代替J J F1 3 4 32 0 1 2 标准物质定值的通用原则及统计学原理,相关技术要求根据I S O指南3 5:2 0 1 7进行了调整和补充。与J J F1 3 4 32 0 1 2相比,主要变化在于:1)增加针对其他类型标准物质和非认定值的指导性内容;2)增加更多关于复制批均匀性研究、均匀性研究设计和相关统计学评估方法的指导性内容以及示例;3)增加更多关于复制批稳定性研究、加速稳定性研究、不同存储和处理条件以及重复使用情况下的稳定性研究、保存寿命和有效期估计等的指导性内容;4)对定值模式进行了重新整理。增加对配制法、比较法、多家实验室合作定值和J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局纯度定值的技术指导以及稳健统计方法的应用。I S O指南3 5:2 0 1 7中新增的定性特性标准物质相关内容,本规范以附录形式给出,用于为新型标准物质的研制提供参考。对于多变量特性量,如光谱数据,本规范不适用。本规范的历次版本发布情况:J J F1 3 4 32 0 1 2。J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局标准物质的定值及均匀性、稳定性评估1 范围本规范适用于指导各类一级、二级标准物质的研制(生产),尤其是其定值及均匀性、稳定性评估。其他标准物质可参照执行。2 规范性引用文件本规范引用了下列文件:J J F1 0 0 1 通用计量术语及定义J J F1 0 0 5 标准物质通用术语和定义J J F1 0 5 9.1 测量不确定度评定与表示J J F1 0 5 9.2 用蒙特卡洛法评定测量不确定度J J F1 1 8 6 标准物质证书和标签要求J J F1 2 1 8 标准物质研制报告编写规则J J F1 3 4 2 标准物质研制(生产)机构通用要求J J F1 8 5 4 标准物质计量溯源性的建立、评估与表达G B/T3 3 5 8.2 统计学词汇及符号 第2部分:应用统计(I S O3 5 3 4-2,I D T)G B/T3 3 5 8.3 统计学词汇及符号 第3部分:实验设计(I S O3 5 3 4-3,I D T)I S O指南3 5 标准物质 定值及均匀性、稳定性评估指南(R e f e r e n c em a t e r i a l sG u i d a n c e f o r c h a r a c t e r i z a t i o na n da s s e s s m e n to fh o m o g e n e i t ya n ds t a b i l i t y)I S O/I E C指南9 9 国际计量学词汇 基础通用概念和相关术语(I n t e r n a t i o n a lv o-c a b u l a r yo fm e t r o l o g yB a s i ca n dg e n e r a l c o n c e p t sa n da s s o c i a t e dt e r m s,V I M)凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语和定义J J F1 0 0 1、J J F1 0 0 5、G B/T3 3 5 8.2、G B/T3 3 5 8.3、I S O/I E C指南9 9中规定的标准物质、有证标准物质、测量模型、测量程序、特性值、认定值、指示值、校准物、质量控制物质等术语及以下术语适用于本规范。当同一术语存在不同定义时,优先采用J J F1 0 0 5、J J F1 0 0 1和I S O/I E C指南9 9中的术语。3.1 同步稳定性研究 i s o c h r o n o u ss t a b i l i t ys t u d y标准物质稳定性实验研究的一种方式,研究中将在不同贮存条件和不同时间下暴露的单元在短时间内进行测量。I S O指南3 5:2 0 1 7,3.91J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局4 概述4.1 项目设计标准物质项目所涉及的研制(生产)与维护基本流程图见图1。图1 标准物质项目概览 注:1“包装”主要涉及采用适当的容器将标准物质分装为用于分发的独立包装单元。2 对于有证标准物质以外的其他标准物质,定值测量、特性值及不确定度评估不是必须的。3“文件编制”包括标准物质研制报告以及与标准物质一同提供的所有类型的文件,如证书、产品信息清单、认定报告等。研制(生产)对象的定义主要涉及标准物质的基体、拟定值特性及预期水平、预期用途和目标不确定度(对于有证标准物质),应按照J J F1 3 4 2要求开展项目策划。4.2 原料的获取获取含预期特性的、足量的原料是标准物质研制(生产)的前提。所需原料量取决于以下因素:1)标准物质预期寿命内预计的分发单元数;2)用于均匀性研究的单元数;3)用于稳定性研究的单元数;4)用于标准物质候选物定值测量的单元数;5)标准物质预期寿命内用于稳定性监测的单元数;6)每个标准物质单元的包装量,应至少满足一次测量的需求;7)开展可行性研究所需的用量;8)其他可能的用量,如:根据客户需求开展的进一步研究、当定值特性在贮存条2J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局件下发生显著变化时的重新认定,或认定特性种类的扩充等。用于分发的标准物质单元数通常或至少部分受市场因素决定,在开展原料的采集和加工前,应仔细考虑。此外,对于不太稳定的材料,为了避免因降解等不稳定变化导致的浪费,可谨慎控制所生产的单元数量。4.3 可行性研究可通过必要的可行性研究,考察标准物质研制(生产)项目的可实施性。如:可通过前期小规模可行性研究来确定最佳的标准物质制备方案,以确保材料充分均匀、稳定;当计划采用实验室间研究的方式为标准物质定值时,可通过可行性研究识别潜在的误差来源,使参加定值的实验室能够对测量程序和设备开展优化。注:当通过可行性研究评测和提升参加定值实验室测量能力时,采用不同于候选标准物质的其他样品可避免因实验室提前了解该候选标准物质而导致偏差。4.4 标准物质的加工制备标准物质的加工制备可涉及一系列过程,如:1)合成样品的合成、生产或配制;2)天然样品的干燥、冻干、研磨和/或过滤;3)稳定剂的添加;4)分装前的均匀化。应针对特定标准物质候选物材料,参照J J F1 3 4 2,设计专业化的加工制备程序。4.5 均匀性评估均匀性是标准物质的基本属性,包括单元内和单元间均匀性。单元间均匀性是确保标准物质每个单元的每个特性均具有相同特性值的重要条件。单元内均匀性则决定了标准物质用户能够从标准物质单元中获取用于测量的代表性子样。关于均匀性评估的详细指南参见第5章。4.6 稳定性评估针对其预期用途,标准物质应足够稳定,以确保所赋特性值在证书有效期内任一时间点的有效性。稳定性通常涉及长期贮存条件、运输条件以及用户所在实验室贮存条件(如果适用)下的稳定性。如允许重复使用,也可包括打开包装后的稳定性。关于稳定性评估的详细指南参见第6章。4.7 测量程序的选择可针对标准物质研制(生产)中的不同步骤,选用不同的测量程序,如:对于标准物质定值测量,通常需选择偏差最小、不确定度水平小的测量程序;对于均匀性评估,首选具有最佳测量重复性的测量程序;对于稳定性评估,首选在同一实验室内能长时间保持良好精密度(期间精密度)的测量程序。相关测量程序的选择参见第5章、第6章、第7章。4.8 计量溯源性计量溯源性是确保测量结果(包括标准物质定值结果)能够在不同时间与空间保持可比的关键。有证标准物质的主要用途是建立测量结果的计量溯源性,因此每一个认定值均应附带计量溯源性声明。计量溯源性的建立参见第7章及J J F1 8 5 4。3J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局4.9 定值测量标准物质的定值特指对其相关特性值的确定,有关标准物质定值及定值过程引入不确定度分量的评估参见第7章。4.1 0 互换性评估标准物质的互换性关乎采用一种测量程序(通常是参考程序)表征的标准物质能否在日常样品的次级测量或测试程序中用作校准物或质量控制物质的能力,尤其是当不同测量程序对不同类型测试样品有不同的响应时。互换性评估不是对所有标准物质的强制要求,但对某些重要类型的标准物质则是必须的。注:1 国际标准化组织标准物质委员会(I S O/R EMC O)在有关互换性评估的立场文件中指出:标准物质研制(生产)机构应在以下情况下开展互换性评估:作为校准或质量控制物质,标准物质的预期用途需以互换性为必要条件,且标准物质针对预期用途的适用性由标准物质研制(生产)机构给予保证。2 当预期用途包括生物测量中的校准或质量控制时,通常需要证明互换性。当预期用途不涉及生物测量,且对于标准物质和预期测量的日常样品,测量程序所针对的被测量足够明确时,通常无需证明互换性。3 当标准物质及其初始来源和用户测试的样品相同,样品处理方法也相同时(例如基体标准物质),通常无需建立互换性。4.1 1 赋值赋值是对均匀性与稳定性评估,以及定值研究所得到的结果进行合并的过程,以确定标准物质最终的特性值及不确定度,并在证书或产品信息清单中发布。对于有证标准物质,所赋认定值应附带测量不确定度声明,关于认定值不确定度评估的指南参见第8章。4.1 2 稳定性监测对于大多数标准物质,其长期贮存的有效性由标准物质研制(生产)机构予以保证。由于稳定性评估通常无法预测所有可能发生的变化,为了管控潜在的不稳定性风险,通常有必要对标准物质的特性值开展长期的稳定性监测。稳定性监测要求可基于稳定性评估中得到的经验制定,关于稳定性监测的详细指南参见6.1 0。4.1 3 运输几乎所有标准物质都需运输至使用地点。因此有必要在标准物质研制(生产)项目的早期充分考虑标准物质分发所涉及的运输方式和条件,并根据需求开展运输条件下的稳定性评估。运输稳定性的评估参见第6章。注:1 国家和/或国际运输法规可能会限制某些材料的运输条件、实施禁运或出于安全等因素规定特定的包装或预防措施。2 履行官方手续,如海关或其他边境清关管制,可能会增加到达某些目的地的运输时间。4.1 4 复制批标准物质的生产当按照已建立的程序开展复制批标准物质的生产时,可基于先期获得的经验,简化对某些特性的实验研究(尤其是均匀性、稳定性和互换性),前提是满足以下条件:4J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局1)标准物质批量生产过程未发生任何可能对最终应用不利的变化;2)生产所用材料未发生任何可能对最终应用不利的变化;3)以往日常监测或用户使用中,采用相同程序生产的标准物质从未出现因生产过程导致的失误;4)考虑当前预期用途,能够定期审查对标准物质的要求,确保生产过程始终适用。有必要对生产过程的一致性进行检查,如在重复性条件下对前后批样品的特性值进行比对。复制批标准物质的均匀性、稳定性评估参见5.2和6.2。5 均匀性评估5.1 基本要求大多数标准物质都是以“单元”(例如瓶或测试片)的形式批量制备的。所有分发单元的每个特性值都应在宣称的不确定度范围内保持一致。此外,除非所分发单元仅供一次性全部使用,每个单元内的样品也应是均一的。因此,应对标准物质的均匀性进行评估。均匀性可涉及单元间和单元内特性值的变动性(不均匀性)。除了每个标准物质单元单独赋值的情况,凡成批制备或由大包装分装成最小包装单元的标准物质,必须进行单元间均匀性评估;如果预期用途允许从单元内取出一部分样品使用(如固体或液体中一部分,或表面的一部分区域),通常还需评估单元内变动性,或提供控制单元内不均匀性影响的使用说明,如:对样品进行再次混合;对于颗粒状样品,给出能够代表整个单元的子样本的最小取样量。均匀性评估可包括实验性研究和对有关材料均匀性的先验性证据(包括以往的实验证据)的使用,或两者结合。均匀性评估的结果通常用于定值模型中由不均匀性引入的不确定分量的计算(参见第8章),该分量相对于其他不确定度分量的大小取决于标准物质及定值特性的具体性质。为了开展实验性研究并获得可靠的均匀性评估结果,应注意遵循以下步骤:1)选择待研究的特性;2)从批量样品中选取代表性子集;3)选择具有足够重复性和选择性的、适当的测量程序;4)通过实验设计,使所有测量在适当的条件下进行;5)使用有效的统计学方法评估测量数据,以得到有关标准物质特性值的单元间和单元内变动性的信息。5.3至5.1 1为每一步骤提供具体指导。计算示例参见附录H。标准物质单元间均匀性评估的重点在于确定相对于预期用途,标准物质的单元间标准偏差是否足够小。统计学检验方法可用于判断相对于测量精密度,样品的单元间差异是否在统计学意义上显著,如果不显著,则材料是均匀的。上述检验方法在标准物质生产中也是有用的,如判断与日常测量精密度相比,是否需要通过进一步加工,将不均匀性降低至可以忽略的程度,但统计学检验方法能够检出不均匀性的前提是测量程序的精密度足够好,抽取的样品单元数量和每单元重复测量次数足够多。利用统计学功效分5J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局析,可以帮助确保统计学检验的有效性。5.2 实验性研究的必要性由某些不易均匀的材料制备的标准物质,如食品、土壤、矿石和合金等天然来源或基质复杂的样品,应进行均匀性的实验性评估。必要时可开展均匀性初检,合格后分装成小包装单元,再进行正式的实验性评估。预期高度均匀的纯物质或纯物质的溶液,也可能因密度梯度、局部污染、残留溶剂、包夹气体、分装过程等产生一定的不均匀性。此外,该类标准物质的特性值通常具有较小的不确定度,非常微小的不均匀性也可能会产生影响。因此,即使预计样品相对于大部分的预期用途都是足够均匀的,也应开展完整的实验性评估或采用可靠的方式开展均匀性验证或核查,如:对于有机纯物质,可核查不同单元间熔点的一致性。以下情况可不开展完整的实验性评估:1)按照完全相同程序生产制备的复制批标准物质,前批标准物质通过实验证明足够均匀,且包括分装、保存在内的标准物质批量生产过程和用于生产的材料未发生任何对均匀性有不利影响的变化,以往批次未因生产过程导致因标准物质不均匀性等造成的不合格。2)生产过程得到验证,从而表明不同制备批均能达到一致均匀性的标准物质。以上述方式生产的标准物质包括通过称量和充分混合程序制备的校准溶液等。由于样品的均匀性需通过经确认的生产过程予以保证,为确保生产过程操作的一致性,应采用一定的质量控制程序,例如:抽取少量单元测量并通过极差或标准偏差控制图进行监测,或为每次定值规定测量值的允许范围。注:1 有关复制批标准物质生产中先验信息的应用参见4.1 4。2 有关极差和标准偏差控制图可参见I S O7 8 7 0-2。5.3 拟研究的特性原则上,应在实验性评估中评估标准物质每一个目标特性的均匀性。对于具有多种特性的标准物质,当满足以下条件时,可通过选择较少数量的特性来实现对所有特性的均匀性评估:1)材料中特定特性值间存在高度的统计学相关性,从而允许某个特性值的均匀性能够根据一个或更多其他特性值的均匀性进行有效预测;2)能够证实特定类别的特性间充分密切相关(如:这些特性共存于混合物的特定组分中),使得通过该组中一个特性的测量,可为同组中的其他特性的均匀性提供证明。注:实例如矿相中的伴生元素。应基于确定的化学或物理关系选择具有代表性和不易均匀的特性开展均匀性评估,并通过文献、稳定性研究、定值等获得没有进行实验性评估的特性的均匀性证据。证据应充分表明,这些特性与均匀性相关的不确定度没有被低估。5.4 抽取单元数量和重复测量次数对于定量特性,均匀性研究通常是为了得到由材料不均匀性引入的方差和因加工过程产生的任何趋势(可能是非线性趋势)的信息。因此,抽取样品单元数量应满足对方6J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局差进行合理估计和有效发现趋势的要求。抽取单元数量取决于标准物质的总体单元数量、对样品均匀程度的认识以及均匀性实验设计。当总体单元数量较多、有潜在不均匀性趋势时,抽取单元数量应相应增多。当已知总体均匀性良好(参见5.2)时,抽取单元数可适当减少。抽取单元数以及每个样品的重复测量次数应适合所采用的统计学方法的要求。对于简单的均匀性实验设计或随机区组设计(参见5.8),为了获得用于不确定度评估的、可接受的单元间方差估计值,自由度应9,即至少选择1 0个单元。如果采用嵌套设计(参见5.8),所有测试单元被分配在若干组测量中,为保持所需的自由度,每增加一组测量,应再增加一个测试单元。加工中产生的趋势往往表现为获得稳定输出前的初始趋势、随过程在后期产生的趋势,或两者的结合。当表现为上述特征时,为获得足够均匀的材料,通常可丢弃加工初始或结束阶段受影响的单元。但是由于1 0个单元可能无法提供有关加工过程趋势的足够信息,建议抽取单元的数量随总单元数量Np r o d的增加而增加,结合自由度要求,建议最少抽取单元数量设为:Nm i n=m a x(1 0,3Np r o d)(1)其中m a x代表在1 0和3Np r o d中取较大值。实际抽取单元数量一般介于Nm i n和33Np r o d之间。示例:对于批量为30 0 0个单元的标准物质,如果采用简单均匀性设计,Nm i n为1 4.4,则最少需抽取1 5单元进行均匀性研究。注:1 抽取大于3 0个单元通常没有必要。2 参考上述建议,考虑样品的潜在不均匀性风险,对于批量不少于1 0 0单元的样品,常按表1原则确定抽取单元数量。表1 抽取单元数量总体单元数抽取单元数1 0 0N2 0 01 1单元2 0 0N5 0 01 5单元5 0 010 0 03 0单元N5 0 0(均匀性好的样品)1 0单元N5 0 0(均匀性好的样品)1 5单元 对于批量小于1 0 0单元的小批量样品,即便是按照上述最少抽取单元数量,通常也会占去总体单元的一大部分,应将抽取单元数量定为3和1 0%Np r o d中的较大值,并从总体单元中随机抽取样本单元。每个单元的重复测量次数应尽可能多,以确保适当的检验功效。可借助统计学功效分析考虑所需的重复测量次数。例如:与抽取1 0个单元、7J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局每个单元重复观测2次相比,3个单元、每单元重复观测4次尽管在能够检测到个别缺陷单元方面的概率要低得多,但在检测正态分布下单元间偏差时的功效大致相同。当计划使用某种用于检验显著不均匀性的统计学方法,如常用的单因素方差分析时,统计学功效分析可用于辅助选择适当的抽取单元数量和重复测量次数,其目的是为了控制无法识别到特定水平不均匀性的概率。统计学功效分析可通过软件实现,并用于比较不同的抽样方案,但应谨慎使用,尤其是考虑到单元数量和重复测量次数的选择与样本间差异的分布假设密切相关。功效计算软件中一般将不同单元的均值缺省设置为正态分布,会导致得到较高的重复次数和较小的单元数量。因此,当标准物质的不均匀性主要由总体中的一小部分差异单元引起(不符合正态分布假设)时,功效分析将不适用。在缺少关于不同单元(真)均值分布的可靠信息时,功效分析最常用作在设定了抽取单元数后,辅助选择重复测量次数。注:运用功效分析时,通常选择显著检验水平和预期功效分别为9 5%和8 0%,相对本规范中所建议的最小单元数量和重复测量数量,该功效水平是较高的。5.5 抽样方案抽样方案应考虑制备和保存方法可能存在的缺陷,如加工或充装趋势和分装前可能的沉降,以确保均匀性评估的可靠性。应从待定特性值可能出现差异的部位抽取,抽样位置的分布对于总体样品应有足够的代表性。通常可采用以下抽样方式:1)简单随机抽样:当不存在已知趋势或抽取单元数相对于批量较大时,可进行简单随机取样;2)分层随机抽样:大多数情况下建议以找出趋向或模式为重点,采用分层随机抽样,即将一批样品分为相同大小的多个部分,从每个部分随机抽取相同数目的单元(常为1个),以保证用于均匀性评估的单元近似均匀地分布于整批样品中,并避免抽样位置与加工过程中的任何周期性效应重合,如:对粉状物质应在不同部位取样;对圆棒状材料可在两端和棒长的1/4、1/2、3/4部位取样,在同一断面可沿直径取样;板材则从中心到边缘部位取样;鼓状材料为顶部到底部取样;对溶液可在分装的初始、中间和结束阶段取样;3)系统抽样:当忽略重复效应或批内趋势所造成的风险很小时,可采用系统抽样。系统抽样是以ns y s t为抽样间隔,以n1为抽样起始单元(n11,n1ns y s tNp r o d),依次抽取单元n1、n1+ns y s t、n1+2ns y s t。n1和ns y s t应覆盖整个生产批,并确保抽取到预期的单元数量。为了便于趋势分析,通常应在抽样前将样品编号或在采样后按加工顺序编号,以便进行后续的加工趋势分析。应采用随机数生成软件或随机数表决定抽取样品的号码。随机数表参见附录A。也可采用其他抽样方案,但应证明通过该抽样方案得到的方差估计是无偏的。5.6 均匀性研究测量程序的选择用于均匀性评估的测量程序应在每个测量序列的执行期内保持良好的精密度(即重8J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局复性标准偏差sr)。当被测单元随机分布于多个测量序列中时,也应保持良好的序列间精密度。测量的标准偏差应小于每个特性值的预期(目标)不确定度。理想情况下,均匀性研究测量程序的重复性标准偏差应小于预期标准不确定度的1/3,即当特性值的目标标准不确定度为ut r g,每个单元重复测量次数为na l时,重复性标准偏差应满足:srna lut r g3(2)当上述要求无法满足,如不允许做单元内多次重复测量时,应尽量确保srna lut r g,并考虑增加抽取单元数量。注:1 增加单元数量的效果不如增加每单元重复观测数量或提高测量精密度,除非目标是寻找到个别有缺陷的单元。统计功效计算(参见5.4)可用于选择合适的单元数量和重复次数,以使实验设计能够获得与满足式(2)精密度要求相类似的保障。2 选择均匀性研究测量程序的另外一个考虑因素是样品制备(转化)的工作量和复杂性。与样品制备复杂、步骤较多的测量程序相比,无需样品制备(即非破坏性方法)或样品制备较为简单的测量程序可能会具有更好的测量精密度。5.7 均匀性研究测量程序的实施对于均匀性研究,在可能的情况下,将不同标准物质单元间结果的分散性与重复性条件(参见5.8)下的分散性进行比较是至关重要的。开展均匀性评估所要求的“重复性条件”涉及全部测量程序的重复。因此,应尽可能将完整的样品制备(转化)和最终测量步骤应用于每个单元的每个子样(见图2),否则重复观测前样品制备中的任何变动性都会导致单元间项的增大,造成不均匀性相关不确定度的过高估计。图2 单元间均匀性研究的基本设计A取样;B制备;C测量;D对所观测到的单元间变动性的贡献;E对所观测到的单元内变动性的贡献;xi,j从单元i中取出的第j份样品。图2为可从每个标准物质单元抽取子样,且所抽取的n份子样均进行了独立的制备9J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局(转化)并用于测量的理想情况。在这种情况下,单元内方差包括了由子样抽取、制备和测量产生的变动性,这些变动效应对单元间方差不会产生贡献,从而可获得单元间标准偏差的无偏估计。图3为无法或由于一些原因未抽取子样的情况。每个标准物质单元中仅取一个子样,并对制备后得到的测试样品进行n次测量,单元内方差仅包括测量的重复性,取样和样品制备的影响效应都包括在计算得到的单元间方差中,会造成单元间方差和单元间不均匀性的过高估计。因此,只要有可能,均匀性研究中每次测量的样品都应独立运行测量程序的全部步骤。图3 单元间均匀性研究的替代设计A取样;B制备;C测量;D对所观测到的单元间变动性的贡献;E对所观测到的单元内变动性的贡献。5.8 均匀性研究设计通常,如图2所示,每个抽取的标准物质单元都进行相同次数的重复测量。为了得到单元间方差的最佳估计,可通过以下方式实现标准物质单元间测量结果分散性与重复性条件下测量结果分散性的比较:1)单序列测量:是最基本的均匀性研究设计。最常用的为简单随机化设计,见图4 a);2)多序列测量:当由于时间、设备的限制,不可能在一个序列(区组)内完成全部测量,或随序列长度的增加,容易发生测量漂移时,可采取多序列测量方案,从而使每个序列内的测量精密度优于单序列测量的精密度。可通过适当的实验设计,单独估计出序列间、序列内和单元间方差。最常用的为随机区组设计和平衡嵌套设计,见图4 b)、4 c)。01J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局图4 均匀性研究实验设计方案 a)简单随机化设计:所有单元的重复测量在一个序列内完成,每个单元重复测量2次;b)随机区组设计:含多个序列,每个序列包括了每个抽取单元的一次测量,序列内的测量顺序是随机的;c)嵌套设计:含多个序列,所有抽取单元随机化分配给其中一个序列,并以随机顺序完成序列内的重复测量。同一单元的重复测量偶然相邻(参见5.8.1注)。5.8.1 基本均匀性研究设计 单序列测量当测量系统能够在全部观测阶段中始终保持稳定时,所有测量可在一个序列内完成。测量应以如下方式进行:1)能够避免将测量系统的趋势误判为不同单元间的差异;2)能够在需要时将该批样品中存在的趋势与测量系统的趋势分离。因此,最好以完全随机化的顺序完成重复测量,参见图4 a)。当随机化的顺序碰巧与单元加工顺序几乎一致,或对同一单元的重复测量几乎都靠近在一起时,应选择新的随机排序。注:随机化的顺序并不能保证同一个标准物质单元的重复测量不相邻。偶然的相邻在完全随机化设计中是常见的和允许的。在以下情况下,也可以系统化的顺序完成重复测量:1)对测量误差模型有合理的预期,测量趋势和阶段性变化不会引起单元间方差估计值的明显偏倚;并且2)随后的检验和数据分析程序能将样品趋势与任何测量趋势区分开。注:以下示例说明了仪器响应随时间存在简单线性趋势,单元间方差不会引起明显偏移的系统化正-反向测量排序方案。假设抽取1 0个样本单元,每个单元重复测量3次,则可采取以下测量方案:重复次数1:1-3-5-7-9-2-4-6-8-1 0重复次数2:1 0-9-8-7-6-5-4-3-2-1重复次数3:2-4-6-8-1 0-1-3-5-7-95.8.2 多序列测量 随机区组设计对于a个单元,每个单元n0次重复测量的随机区组设计,最简单的情况就是n0个测量序列,每个单元在每序列内以随机顺序测量一次,参见图4 b)。各序列应单独随机化。可参照5.9,采用无重复双因素方差分析等方法得到独立于区组(序列)效应的单元内和单元间标准偏差估计值。注:1 对于简单随机区组设计以及基于平方和的经典方差分析,单元间标准偏差的自由度与简单随11J J F1 3 4 32 0 2 2市场监管总局市场监管总局机化设计相同,仍为a-1,但对于与单位内方差相关的残余自由度,每增加一个序列则相应减1。2 对于以上简单随机区组设计,计算得到的单元内标准偏差包含了由测量程序产生的变动性和由任何单元内不均匀性产生的变动性。5.8.3 多序列测量 平衡嵌套设计在平衡嵌套设计中,对于a个单元,可有nr个测量序列,每个序列aw个单元,每个单元在同一个序列内重复测量n0次,参见图4 c)。各序列应单独随机化。由于降低了与单元间标准偏差相关的自由度,为了保持足够的自由度,应增加用于均匀性评估的单元数量。通常每增加一个测量序列,应至少增加一个抽样单元。对于依赖于平衡设计的统计方法,增加的抽样单元数量应足够,以确保每个测量序列都包含相同数量的标准物质单元。注:平衡设计可使基于平方和的经典方差分析得到简化。因此,如果通过手动或软件(如:提供基本方差分析功能的电子表格应用程序)方式开展方差分析,保持每个序列内相同的单元数量是有利的。一些新型的方差估计方法(参见5.9.7)在计算上更为复杂,但是受到不平衡设计(每个序列内包含不同数量的标准物质单元或不同的重复测量次数)的影响要小得多。例:对于一批包括20 0 0个单元的候选标准物质,在一个序列内可执行最多1 2次测量。由5.4中公式计算得到Nm i n为1 2.6,即1 3个单元,因此全部测量无法在单个序列内完成。可选择采用包含3个序列的平衡嵌套设计。由于增加了额外两个序列,抽取单元数量相应地从1 3个增加到1 5个。将1 5个单元分成3组,每组5个单元。5.8.4 替代方案某些情况下,无法采取5.8.1、5.8.2和5.8.3中的设计,如:要求一次使用整个单元或单元一旦打开就不够稳定,从而不允许对每个单元做重复测量;测量序列非常短或除了区组(序列)效应之外还有其他的变异来源。如果单元无法分割,最常见的替代方案是将单元间测量标准偏差或与测量重复性的独立估计值比较。如:将1 0个单元的单次测量方差与合并相同材料并确保均匀化制备基础上得到的1 0次观测值的方差进行比较,或与基于方法确认得到的精密度估计值进行比较,然后将方差差异作为单元间方差的估计值。如果可用的序列太短,无法进行完整的随机区组或嵌套设计,可采用如下替代方案:1)在短序列间随机分配重复测量,但由于区组(序列)效应被包含在组内项中,会导致过大的单元内方差