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实验室天平专栏 | 美国药典通则41和1251 – 性能验证

发布:梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司
浏览次数:105

大家好,小梅带着满满的干货又和大家见面啦!近期疫情有所反复,希望大家在工作和生活中能够保护好自己及家人,远离病毒。


在上期实验室天平专栏中,我们介绍了美国药典(USP)通则1251中所提及的“安全因子”,解释了为何需要引入安全因子概念以及如何使用安全因子来避免环境、人为等不确定因素对于天平重复性及Z小称量值的影响。本期专栏,小梅将继续带来美国药典(USP)通则1251中非常重要内容 -“性能验证”的相关内容。


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图 1:XPR分析天平使用CarePac进行日常测试


天平的性能验证


依据 USP 通则 1058 “分析仪器认证” 部分,性能认证是指“证明仪器始终按照用户的明确规范进行操作并可用于预期用途的必要活动的总记录”。从定义中不难看出,性能认证并不是一项一次性活动,而是需要定期开展的长期活动。


校准是性能认证中的一个关键活动,也是 USP 通则 41 中要求开展的活动。但是,USP 通则 1251 并未对校准一事作详细说明,而是重点说明通常在两次校准之间开展的其他活动,这些活动通常被称为用户日常测试或日常测试。建议进行风险分析,来评估称重所用天平的重要程度。基于风险分析,可以确定日常测试的类型和频率。通常而言,灵敏度、线性、偏载和重复性都是可在风险分析中予以考虑的称重参数。但往往只对会显著影响仪器性能的称重参数进行测试。


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图 2:天平性能验证组合


通则 1251 详细说明了评估天平准确性的性能测试建议:


灵敏度、线性和偏载都会引起系统性偏差,即它们限制了天平的准确性 [⋯]。因为偏差很多程度上是彼此之间不相关的,所以不可能同时出现所有偏差情况,出现次数也不太可能一样。因此,分别相加计算各种偏差情况的出现次数来评估天平准确性,属于相对保守的方法。各种偏差的二次加法才是更为现实的方法。通过将 50% 的称重公差预算分配给各个称重性能的可接受标准,例如灵敏度、线性和偏载,分析人员就可以确保遵循所需的称重公差。因此,会引起系统性偏差的各个称重性能的可接受标准应是称重公差除以 2 的值。这些性能——或者部分性能——也可用于满足 〈41〉 中所述的准确性要求。如此一来,可接受标准可以允许灵敏度、线性和偏载的Z大偏差达到 0.05%。”


这一陈述解释了为什么好的做法是将灵敏度测试的可接受标准设定为 0.05% 而非 0.1%,这是在考虑仪器的整体精度(“所有系统性偏差总和”)时依据通则 41 确定的标准。


考虑到日常测试对仪器日常性能的重要性,让我们就各个称量参数的测试进行进一步了解。


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图 3:具有日常测试管理及自动指南的

XPR超越系列天平



01 重复性

使用实验室天平进行称量(尤其用于定量分析)的大部分样品都属于“小样品”(即,净重比称量仪器的量程小很多的样品)。称量值处于测量范围的小量程范围时,称量仪器的称量不确定度会受到重复性的影响。因此,在大多数称重过程中,重复性是导致称重不确定的Z主要原因,所以用户应定期进行重复性测试。


优选质量是Z大量程的百分之几的砝码来进行重复性评估。建议使用根据 OIML 或ASTM 级别并且可获取的质量小于或等于称量仪器标称量程的 5% 单个砝码


由于重复性因素对小质量样品的影响基本是恒定的,所以此测试可以视为覆盖整个较小量程范围的测试。对于使用分析天平和微量天平进行小批量称重的关键应用,建议在秤盘上放置一个典型应用的皮重物体(容器、器皿和烧瓶等)作为预载荷,特别是物体的表面积很大的时候。由于气流和对流效应会与物体表面产生相互作用,皮重物体会增加重复性,所以使用真实的皮重进行测试会产生更真实的重复性结果。


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图 4:用于日常测试的CarePac砝码组


02 灵敏度 

灵敏度测试是另一项需要定期进行的重要用户测试。灵敏度偏差与负载存在线性关系,通常也会在称量值处于测量大量程范围时限制仪器的准确性。因此,应使用接近Z大量程的质量来进行灵敏度测试,优选单个测试砝码。建议使用根据 OIML 或 ASTM 级别并且可获取的质量接近或等于称量仪器标称量程的单个砝码。


在很多行业中,在所谓的工作点上测试称量仪器的系统性偏差,仍是一种普遍做法,即,使用能够反映所称量物质或典型应用中物体的量的砝码。这一做法适用于测量大量程段的工作点,但如果工作点位于小量程段,这一做法就没有意义,因为重复性会引起显著影响。


03 线性 

线性偏差测试通常相关性不大,因为线性对称重不确定度的影响几乎对任何型号的电子称重仪器都不大,见图5通常仅在校准称重仪器时进行线性测试,而不是在两次校准之间的日常测试中进行。


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图 5:相对扩展测量不确定度与量程为 200 g 的分析天平的样品质量对比(U_tot,粗黑曲线)。此外还显示了不确定度的组成:重复性(U_RP,橙色)、偏载(U_EC,绿色)、非线性(U_NL,蓝色)和灵敏度偏移(U_SE,粉色)。通过系数 k = 2 扩展不确定度。重复性是(样品质量小时)引起灰色区域的不确定度的主要因素。灵敏度和偏载是(样品质量高时)引起橙色区域的不确定度的主要因素



04 偏载 

偏载偏差同样会影响称重仪器的性能。由于构建原则不同、设备对机械应力或损伤的暴露程度高,以及物体很有可能未被放置在秤盘中央,在生产区域使用称重仪器时通常更频繁出现偏载偏差。因此,用户在生产区域测试偏载情况通常比在实验室测试更具有重要性。但是,如果与称重应用存在关联性,可以使用与灵敏度测试相同的砝码来开展偏载测试。


05 使用内置砝码 

除了使用外部砝码来测试称重仪器外,还可以使用内置参考砝码来调整仪器。使用外部参考砝码时需要重复进行灵敏度测试,而这一做法能够减少进行灵敏度测试的频率


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图 6:用于天平内校的内置砝码


在这一点上,可以对业内数十年来普遍存在的常见误解加以点评。制药行业中负责质量控制工作的人员几乎都在谈论“天平日常测试”,这项测试通常在评估天平的准确性(而非重复性)。


在工作中与天平打交道的人员都坚信着,必须每天进行天平测试。这一观念可追溯至机械天平的时代——当时,由于关键机械部件会磨损、磨耗和磨蚀,所以需要每天检查天平。而使用电子天平的情况已不再如此,特别是带有内置砝码的电子天平,使用外部参考砝码进行日常灵敏度测试已经过时。


USP 通则 1251 及其他参考文献现都注重于基于风险的测试方法。事实上,一份Z新文件明确指出:

“在过去,建议进行日常测试,但是如果是进行校准,那么这些测试的开展频率应根据称重应用的相关风险加以确定。”


USP 通则 1251 中也提到:

“天平测试的频率取决于应用风险和所需的称量允差。”


好了,本期对美国药典(USP)通则1251中 天平性能验证的内容分享就到这里结束了。希望我们的专栏能帮助您了解更多的天平及称量相关的知识与法规。在下期的内容中,小梅会继续为大家带来干货分享,我们不见不散!


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2020-06-24