Контроль стабильности результатов анализа: периодическая проверка подконтрольности и ВСК

В статье продолжается цикл публикаций [1-4] по рассмотрению особенностей программной реализации внутрилабораторного контроля (ВЛК) в соответствии с алгоритмами, регламентированными в РМГ 76-2004 [5] (далее РМГ 76). Будут рассмотрены разновидности контроля стабильности результатов анализа: 

1.      В форме Периодической Проверки Подконтрольности (ППП) процедуры выполнения анализа.

Это два последних вида ВЛК в РМГ 76. Заметим сразу, что данные формы контроля не встречаются в ГОСТ-ах серии 5725, являющихся исходными для РМГ 76. И объединяет их в данном вопросе только терминология, а также то, что речь идёт о статистических методах контроля процедур выполнения количественно химического анализа.

Условия применения

Как уже говорилось в статье [3], основным для ВЛК является контроль стабильности результатов анализа с применением Контрольных Карт (КК). Другие виды контроля, в том числе и рассматриваемые здесь периодическая проверка подконтрольности и выборочный статистический контроль, являются вспомогательными и должны применяться в особых ситуациях. В частности, основанием для применения ППП, в соответствии с РМГ 76, в лаборатории может являться:

•  многообразие анализируемых объектов и определяемых компонентов;
•  частая сменяемость этих объектов и компонентов;
•  эпизодичность контроля объектов;
• отсутствие стабильных во времени и по составу проб.

В этих условиях КК могут не дать желаемого результата, поскольку такой результат достигается здесь при длительном непрерывном наблюдении процесса, обладающего постоянными (что, собственно, и контролируется) с точки зрения статистики параметрами. В то же время оперативный контроль [2], основанный на однократной процедуре (если не считать повторных измерений), не может считаться слишком надёжным. Именно по этой причине в РМГ 76 и предлагаются алгоритмы периодической проверки подконтрольности, в которых качества результатов анализа проверяется на основе фиксированного, но не очень большого числа контрольных измерений.

Несколько иная ситуация имеется в случае с ВСК. В соответствии с РМГ 76, данный контроль является средством проверки качества результатов анализа рабочих проб, полученных за контролируемый период, то есть за предварительно устанавливаемый (и, возможно, достаточно продолжительный) период времени. Контролируемый период может определяться, в частности:

• принятыми в лаборатории периодами отчётности;
• графиками плановых проверок лаборатории контролирующими органами;
•  периодами времени, необходимыми для анализа партий рабочих проб.

В последнем случае результаты ВСК позволяют, при необходимости, решать задачу приёмки всей партии рабочих проб, проанализированных за контролируемый период. И в случае неудовлетворительного результата ВСК приёмка («в норме» / «браковка») партии может быть признана недостоверной. В результате этого вся оцениваемая партия может подлежать повторному анализу.

Регистрация проб

Как для ППП, так и для ВСК пробы должны выдаваться испытателю в шифрованном виде, как это имеет место в случае ВЛК с применением КК. Но в отличие от последнего, в рассматриваемых видах контроля измерения должны выполняться, согласно РМГ 76, с проведением оперативного контроля повторяемости. В большинстве случаев это приведёт к различию процедур контрольных и рутинных измерений, в результате чего неизбежно будет нивелировано шифрование. Видимо, следует прибегать к компромиссам, например следующему. Поскольку в нормативной документации (НД) на большинство аналитических измерений регламентирована проверка сходимости, которая (как показано в [2]) хоть и отличается от оперативного контроля повторяемости, но, тем не менее, может рассматриваться как некоторая его замена. То есть и в ППП, и ВСК можно, в принципе, отказаться от контроля повторяемости. По мнение автора, это вполне обосновано и позволяет «исправить» ситуацию с шифрованием.

Примечание. По РМГ 76, шифрование образцов не требуется, если процедура измерения полностью автоматизирована (выполняется самостоятельно приборами).

Другие имеющиеся вопросы, связанные с регистрацией (в первую очередь в рамках лабораторной информационной системы, LIMS), уже рассматривались в предыдущих публикациях [2;3].

Алгоритмы проведения ППП

Данный вид контроля можно рассматривать как «средний» вариант между оперативным контролем и контролем с использованием контрольных карт: с одной стороны, это однократный контроль (выполняемый перед рутинными измерениями), с другой – он основан не на однократной, а на нескольких (не менее 5) контрольных процедурах.

Как и все виды внутрилабораторного контроля, ППП включает характерные для них следующие (некоторые – выполняемые циклично) этапы:

• конфигурирование (планирование) процесса;
• планирование контрольных процедур;
• проведение контрольных испытаний;
• расчёт результатов, обнаружение «тревожных» ситуаций и назначение корректирующих мероприятий;
• завершение процесса.

Теоретически в ППП могут использоваться все те методы контроля, что и в контрольных картах Шухарта. Но непосредственно в РМГ 76 регламентировано только четыре их разновидности:

• с использованием образцов для контроля;
• с применением метода добавок при использовании одной рабочей пробы, которая должна быть стабильной на протяжении всех контрольных измерений;
• с применением метода добавок при использовании разных рабочих проб, что требуется, если они нестабильны.

Следует отметить, что ППП – это единственный вид внутрилабораторного контроля, где используется показатель правильности. Это связано с тем, что в нём контролируется (помимо внутрилабораторной прецизионности) систематическая, а не общая погрешность, как это имеет место в других видах контроля. Этот факт сильно сдерживает применение ППП, поскольку в документах, регламентирующих методики выполнения измерений (МВИ), показатель правильности приводится редко. А специальный эксперимент по оцениванию [4], который мог бы его дать, проводится в лабораториях не часто.

Других особенностей, заслуживающих рассмотрения, в ППП нет. На рис.1 представлена блок-схема проведения ППП с использованием образцов для контроля. Для полноты картины на рис.2 повторена также имеющаяся в [2] блок-схема оперативного контроля повторяемости, используемая на блок-схеме внутри контрольных измерений ППП.

Рисунок 1. Периодический контроль с использованием образцов для контроля

Рисунок 2. Процедура измерения с оперативным контролем повторяемости

На рис.1 приведена наиболее сложная в ППП блок-схема для метода с использованием различных рабочих проб. Блок-схем приведённого в РМГ 76 метода добавок с одной пробой будет выглядеть бы, как нечто среднее между схемами на рис.1 и 3. Блок-схемы же других возможных (но не приведённых в РМГ 76) методов ППП будут выглядеть аналогично.

Рисунок 3. Периодический контроль с применением метода добавок с использованием различных проб

В заключение заметим, что, как и ранее [2;3], используемые образцы и добавки должны удовлетворять определённым условиям: погрешность аттестованного значения должна быть не «слишком большая», а добавка – не «слишком маленькая» и т.д.

Алгоритмы процедур ВСК

Метод выборочного статистического контроля – наиболее специфический вид внутрилабораторного контроля. В отличие от всех имеющихся в РМГ 76 видов, он основан не на сравнении результата отдельной контрольной процедуры (например, отклонения измеренного значения от аттестованного) или интегрального результата для группы таких процедур (например, рассчитанного показателя погрешности) с соответствующим контрольным пределом и выявлении случаев превышения этого предела, а на сравнении общего количества таких превышений со специальными контрольными (приёмочными и браковочными) числами. Это называется контролем по альтернативному признаку [6].

Если сравнить выборочный статистический контроль и контрольные карты, то образно ситуацию можно описать так. Признаком нарушения стабильности является частое появление подозрительных, с точки зрения статистики, ситуаций. И если в КК частота их возникновения проверяется с помощью решающих правил: «выход за предел действия», «две из трёх точек вне предела предупреждения» и т.д., – то в ВСК есть одно «глобальное» решающее правило, вычисляемое по всем контрольным измерениям, а точнее, по количеству их выходов за контрольные пределы.

Как и для контрольных пределов, для контрольных чисел статистика даёт вполне конкретные значения в зависимости от количества контрольных измерений, используемого контрольного предела и так называемого «приемлемого уровня качества – AQL». Этот параметр показывает, как много может быть несоответствий в предъявленной к анализу группе, чтобы применённая схема выборки «принимала» эту группу в «большинстве случаев» [6]. Уровень качества определяется схемой выборки. В РМГ 76 для выборочного статистического контроля регламентировано две схемы выборки: обеспечивающая AQL 10% – для очень ответственных измерений, например экологических, – и 6,5% – для остальных измерений, в частности для промышленных. Заметим, что выбранный уровень качества задаёт не только контрольные числа, но и объём выборки. В нашем случае – это количество контрольных процедур, которые требуется распределить среди рутинных измерений, чтобы обеспечить нужную достоверность результатов ВСК.

Ещё одной особенностью ВСК является то, что данному контролю подвергается не только МВИ, но и партия/серия рутинных измерений по данной МВИ, с помощью которых, собственно, испытывается продукция или другие объекты исследования. При этом значимые результаты ВСК (сравнение с контрольными числами для выявления «тревог») появляются не в начале или в процессе измерений, а после полного завершения их всех. И уже по всем этим результатам «задним числом» делаются выводы, при этом не только о стабильности показателей качества в период проведения контроля, но и о том, можно ли доверять выполненным рутинным измерениям, которые контролировались с помощью ВСК в этот период. Так что в качестве одного из корректирующих мероприятий может выступить, в том числе, и отмена всех этих выполненных рутинных измерений, то есть отмена, скажем, приёмки или браковки партии продукции (то есть назначение повторного проведения всех измерений).

Следует сказать, что в большинстве случае лаборатории вряд ли будут идти на радикальное (отмена всех результатов!) применение ВСК. Скорее всего, будут использоваться регламентированные в РМГ 76 переходы по результатам ВСК на различные уровни контроля: нормальный, усиленный, ослабленный. К сожалению, данный тезис нельзя ни подтвердить, ни опровергнуть, так как случаев внедрения ВСК на практике автору не известно. Это связано, видимо, с тем, что из всех видов ВЛК, имеющихся в РМГ 76, этот вид контроля наименее интуитивно понятен, и он кажется достаточно сложным и запутанным. Практика общения с пользователями показывает даже, что иногда его смешивают с выборочным контролем продукции, когда при испытаниях контролируется некоторая часть большой партии (скажем таблеток). Но ВСК – это контроль в первую очередь МВИ, а не продукции! И можно представить себе даже такую картину: из большой партии продукции делается некоторая (небольшая) выборка для приёмосдаточных испытаний, а в эту выборку «подмешивается» некоторое (ещё меньшее) количество контрольных образцов для ВСК.

Для получения результата контрольной процедуры в ВСК может использоваться контроль внутрилабораторной прецизионности, а также все методы контроля погрешности, применимые в случае контрольных карт, а именно: с образцами для контроля, с применением добавок, разбавления (по отдельности или вместе) и с другой (контрольной) МВИ. Кроме того, при получении результата каждого измерения требуется оперативный контроль повторяемости, как это описывалось для ППП и с теми же оговорками (см. выше).

Для иллюстрации на рис.4 представлена полная блок-схема процесса проведения ВСК для контроля внутрилабораторной прецизионности. Контроль с использованием других методов будет отличаться только набором и последовательностью процедур измерения (основной образец, с добавкой и т.д.), необходимых для каждого контрольного измерения метода. При этом процедура отдельного контрольного измерения остаётся той же, что и для ППП рис.2.

Входящий в представленную блок-схему алгоритм проведения расчётов по результатам ВСК представлен на рис.5.

Рисунок 4. ВСК внутрилабораторной прецизионности

Рисунок 5. Расчёт результатов ВСК

Ещё одной особенностью ВСК является то, что в данном виде контроля используется не только обработка по каждой отдельной выполненной процедурам ВСК, но также применяется совместный анализ результатов нескольких последних (в количестве до десяти) процедур ВСК. Результатом такого анализа является принятие решения о переходе с одного уровня контроля (нормальный, усиленный, ослабленный) на другой. На рис.6 представлена блок-схема алгоритма этой процедуры.

Примечание. Уровень качества AQL не требует управления: он устанавливается при назначении (конфигурировании) процесса контроля и не меняется до полного прекращения его проведения.

Рисунок 6. Проверка условий перехода и переход на другой уровень ВСК

И ещё одно замечание. На приведённой схеме не показаны, но могут выполняться, согласно РМГ 76, оценки внутрилабораторных показателей качества по результатам контрольных измерений ВСК. Алгоритм этих оценок такой же, как и для КК [3], за исключением того, что не должны учитываться дефектные результаты.

Примечание. Оценка показателей возможна и для ППП, но так как в отдельной контрольной процедуре очень мало (~5) образцов, для обеспечения статистической значимости потребуется накопление некоторой последовательности таких процедур.

Программная реализация

Ранее неоднократно отмечалось, что программная поддержка методов ВЛК может быть реализована в различных вариантах: калькулятор ВЛК, автономная программа с базой данных, модуль в LIMS [1]. Это справедливо и для рассмотренных выше методов. Но на практике для них (как, впрочем, и для других методов) существует очень мало реализаций. В нашем конкретном случае ППП и ВСК это обусловлено не только сложностью алгоритмов, но и небольшой их востребованностью. И если запросы от пользователей на ППП хоть иногда, но встречаются, то ВСК, как уже отмечалось, вообще пока не востребован.

Тем не менее, программная реализация обоих видов контроля имеется, по крайней мере, в продуктах линейки «Lab5725X» компании «Аврора-ИТ», используемых везде в публикациях этой серии для иллюстрации. Особенности такой программной реализации с точки зрения интерфейсов, регистрации образцов, оформления результатов и пр. уже неоднократно описывалась [1-4]. С точки же зрения её сложности можно сказать, что она определяется сложностью соответствующих алгоритмов. Так, реализация ППП – это нечто «среднее» между оперативным контролем и контрольными КК, а реализация ВСК – это нечто «среднее» между теми же КК и специальным экспериментом [4].

Для иллюстрации на рис.7 представлена главная экранная форма ППП в модуле «Lab5725X», реализованном в рамках «STARLIMS». А на рис.8 представлена аналогичная форма ВСК в автономной программе «Lab5725X».

Рисунок 7. Главное окно проведения оперативного контроля в модуле «Lab5725» в «STARLIMS»

Рисунок 8. Интерфейс выборочного статистического контроля в программе «Lab5725»

Заключение

Данная публикация в целом завершает серию статей об особенностях алгоритмов и программной поддержки различных видов ВЛК, регламентированных в РМГ 76. Как итог можно отметить следующее:

1. Программная поддержка ВЛК сопряжена с достаточно большими трудностями методологического и практического характера и с необходимостью учёта большого количества различных особенностей.
2. Базовым должен быть «процессный подход»: ВЛК – это не отдельные расчёты, а длительные (и даже «очень длительные») процессы с упорядоченными последовательностями различных действий и вычислений.
3. При создании программной поддержки ВЛК необходимо тщательно продумывать пользовательский интерфейс, скрупулёзно увязывая его с порядком, взаимосвязью и непротиворечивостью выполняемых пользователем операций.
4. Не должен упускаться из виду «принцип рациональности»: всеобъемлющая реализация алгоритмов РМГ 76 не должна приводить к настолько сложным и громоздким интерфейсам, чтобы за ними потерялась всякая выгода от применения автоматизации.
5. Внедрение средств программной поддержки ВЛК должно сопровождаться, по возможности, методическим обучением со стороны разработчика. От пользователя, в свою очередь, потребуется не столько освоение продукта, сколько грамотное и рациональное планирование процессов контроля.
6. Особое место занимает реализация поддержки ВЛК в LIMS. С одной стороны, именно LIMS способны поддержать все «сопутствующие» нормативные требования (срок годности образцов, график поверки оборудования, аттестация персонала и пр.) Но, с другой стороны, интеграция модулей поддержки ВЛК с внутренними для LIMS объектами (образцы, МВИ, оборудование, спецификации и пр.) потребует весьма значительных усилий.

И последнее. Документ РМГ 76 официально узаконен и принят к исполнению аттестующими организациями. Соответственно, многие лаборатории не могут его обойти (хотя и существуют альтернативные документы). А в связи со сложностью алгоритмов РМГ 76, внедрение программной их поддержки практически неизбежно. По крайней мере, для больших лабораторий с десятками и даже сотнями контролируемых МВИ.

Принятые сокращения

Литература

1. И.В.Куцевич, «Специализированное программное обеспечение для автоматизации процедур внутрилабораторного контроля качества результатов количественного химического анализа», Современная лабораторная практика, №3, 2008 г., стр. 37–46.

2. И.В.Куцевич, «Оперативный контроль процедуры анализа. Особенности программной реализации», Современная лабораторная практика, №1 (5), 2009 г., стр. 22–36.

3. И.В.Куцевич, «Контроль стабильности результатов анализа с применением контрольных карт. Особенности программной реализации», Современная лабораторная практика, №2 (6), 2009 г., стр. 12–23.

4. И.В.Куцевич, «Специальный эксперимент по внедрению МВИ. Особенности программной реализации», Современная лабораторная практика, №4 (8), 2009 г.

5. «РМГ 76-2004 Государственная система обеспечения единства измерений. Внутренний контроль качества результатов количественного химического анализа», Москва, Издательство стандартов, 2004 г.

6. «ГОСТ Р 50779.71-99 (ИСО 2859-1-89) Статистические методы. Процедуры выборочного контроля по альтернативному признаку. Часть 1. Планы выборочного контроля последовательных партий на основе приемлемого уровня качества AQL».

Автор: Куцевич И.В., отдел программных разработок ООО "Аврора-ИТ"