Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

Количественная и качественная полноценность питания предопределяет степень реализации наследственной программы физического развития, работоспособность, устойчивость к негативным факторам окружающей среды, включая стрессы, климатические условия и т. п. Являясь одним из важнейших факторов окружающей среды, питание с момента рождения и самого последнего дня жизни человека влияет на его организм. Ингредиенты пищевых веществ, поступая в организм человека с пищей и преобразовываясь в ходе метаболизма в результате сложных биохимических превращений в структурные элементы клеток, обеспечивают наш организм пластическим материалом и энергией, способствуют поддержанию физической и умственной работоспособности, определяют здоровье, активность и продолжительность жизни, его способность к воспроизводству. Состояние питания является одним из важнейших факторов, определяющих здоровье нации.

Необходимость количественной и качественной оценки питания обусловлена его влиянием на здоровье и работоспособность. При количественной оценке суточного рациона определяется не его объем, а энергия, высвобождающаяся при метаболизме в организме основных пищевых веществ. Качественная характеристика рациона исходит из содержания в нем отдельных пищевых веществ (белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ) и их соотношений. Только при количественной достаточности и благоприятных соотношениях пищевых веществ обеспечиваются наиболее полное проявление их биологических свойств и максимальное использование, а также оптимальное течение обменных процессов.

Кроме пищевых веществ, в продуктах питания содержатся различные чужеродные вещества, существенно влияющие не только на биологическую ценность продуктов, но и на их безопасность. Чужеродные химические вещества могут попадать в пищу случайно в виде контаминантов-загрязнителей из окружающей среды или в процессе технологической обработки сырья при контакте с оборудованием, иногда их вводят специально в виде пищевых добавок, в том случае, если это связано с технологической необходимостью.

Проблема безопасности продуктов питания — сложная комплексная проблема, требующая многочисленных усилий для ее решения, как со стороны ученых — биохимиков, микробиологов, токсикологов, так и со стороны производителей, санитарно-эпидемиологических служб, государственных органов и, наконец, потребителей.

Основными задачами, решаемыми при анализе пищевых продуктов, являются установление качественного состава продуктов питания и определение наличия вредных веществ в продуктах питания. На современном этапе развития научно-исследовательской деятельности методы анализа пищевых продуктов предполагают использование специального оборудования, которое упрощает процесс анализа и позволяет получить достоверные результаты по большому перечню показателей.

Актуальность проблемы качества продуктов питания с каждым годом возрастает, поскольку именно обеспечение высокого качества продовольственного сырья и пищевой продукции является одним из основных факторов, определяющих здоровье людей и сохранение генофонда.

С развитием пищевой технологии, химии, микробиологии и биотехнологии появилось огромное количество новых пищевых добавок, а также начало расти загрязнение окружающей среды, что вызвало необходимость создания международного пищевого законодательства, ужесточающего требования к качеству и безопасности продуктов питания.

Разработка новых критериев и создание высокочувствительных методов анализа позволили с высокой степенью вероятности и надежности определять ингредиентный состав химически сложных смесей. Большую роль сыграла разработка и постановка новых методов исследований: газожидкостная хроматография, полярография, при помощи которых в продуктах обнаруживают следы загрязнений, которые ранее не удавалось идентифицировать. Встал вопрос о нормировании большого количества посторонних веществ. Появились новые отрасли генетической токсикологии, эпидемиологии питания, которые обеспечивают накопление банка данных.

В практическом пособии «Методы и методики количественного анализа» содержатся основные сведения об организации аналитической деятельности лаборатории и прикладному использованию химических и физико-химических методов при оценке качества пищевой продукции. В книге подробно описана сущность гравиметрического, титриметрического, физико-химических и физических методов количественного анализа и приведены методики выполнения испытаний в соответствии с ГОСТ МВИ для определения показателей качества и содержания токсичных микроэлементов в пищевой продукции, полученной из растительного и животного сырья, а также подробно описаны методы отбора и подготовки проб к анализу разными способами.

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ОРГАНИЗАЦИИ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИ

1.1. Этапы испытательной деятельности лаборатории

Координация технологической и управленческой деятельности имеет важное значение для осуществления постоянной, высококачественной, безошибочной, квалифицированной и эффективной работы испытательной лаборатории.

Требования к управлению охватывают широких круг вопросов:

— организационно-управленческую структуру лаборатории;

— ведение и контроль документации;

— обеспечение должной компетентности персонала испытательной лаборатории;

— стандартизацию методов испытаний;

— контроль аналитической деятельности в части методологии и процедуры;

— выбор, закупку, техническое и метрологическое обслуживание испытательного и калибровочного оборудования;

— выбор и закупку услуг и расходных материалов;

— обеспечение безопасности деятельности испытательной лаборатории.

В лабораторной деятельности выделяют 3 основных этапа деятельности: подготовительный — период, предшествующий непосредственному исследованию; аналитический — непосредственно лабораторный анализ; завершающий — оценка и систематизация полученных данных.

В испытательной лаборатории все аспекты лабораторной деятельности имеют ключевое значение для достижения точности, надежности и своевременности результатов измерения, анализа и исследования. Внедрение системы менеджмента качества лаборатории не может гарантировать безошибочную работу лаборатории, но позволяет достигнуть стабильных и повторяемых результатов деятельности.

Перед тем, как начать какое-либо исследование, в лаборатории следует внедрить следующие важные элементы:

— установить для каждого исследования специфические подготовительные, аналитические и завершающие рабочие процессы и процедуры;

— определить отношения ответственности и отчетности всех лиц, вовлеченных в исследование;

— определить потребности и ожидания относительно исследования;

— выяснить, найти, приобрести и подготовить соответствующие средства, персонал, оборудование и материалы;

— разработать, проверить и задокументировать конкретные подготовительные, аналитические и завершающие рабочие процессы и процедуры;

— обучить персонал и оценить его компетентность;

— определить способ, с помощью которого будет осуществляться управление результатами и отчетами;

— определить необходимость в определении мероприятий со стороны испытательной лаборатории по сбору жалоб и несоответствий;

— определить, как будет измеряться производительность испытательной лаборатории для удовлетворения целей, задач и ожиданий;

— определить способ подготовки отчетов по результатам деятельности;

— определить, каким образом руководитель лаборатории будет оценивать и определять возможности по усовершенствованию процессов и расставлять приоритеты, а также инициировать деятельность по развитию испытательной лаборатории.

1.2. Содержание основной документации испытательной лаборатории

1.2.1. Документация на оборудование

Документация на оборудование должна содержать:

— сведения о ремонтах, поверках действующих средств испытаний вносятся в регистрационные документы сразу же после сдачи средств испытаний в ремонт или поверку;

— сведения о новых средствах испытаний заносятся в регистрационные документы по мере поступления.

Номенклатура оборудования определяется действующей нормативной и методической документацией на испытания, распространяющейся на объекты испытаний и (или) виды испытаний.

Каждая единица оборудования, средств измерений, которые имеются в лаборатории, включая и объекты испытаний (образцы для испытаний), средств контроля, должны быть идентифицированы и зарегистрированы в испытательной лаборатории. Сведения об оборудовании и других технических средствах должны быть внесены в паспорт лаборатории и (или) в регистрационный документ (учетный лист, карточку).

Сведения об оборудовании, средствах измерения других организаций и физических лиц, применяемых в лаборатории (арендуемых средствах), должны быть внесены в паспорт (формуляр) лаборатории, в том числе должен быть указан срок, в течение которого испытательная лаборатория имеет право использовать не принадлежащее ей техническое средство (срок, на который заключен договор с владельцем оборудования или средства измерения).

Испытательная лаборатория должна иметь документированные процедуры технического обслуживания и проверки технического состояния используемых средств испытаний, включая источники автономного питания, а также, график поверки средств измерений и график аттестации испытательного оборудования.

Оборудование испытательной лаборатории должно быть однозначно идентифицировано, т.е. отнесено к средствам измерений, испытательному оборудованию.

Каждая единица оборудования для испытания или измерения должна быть зарегистрирована в Журнале регистрации средств измерений и оборудования или иметь регистрационную карточку, содержащую следующие сведения:

— наименование оборудования;

— наименование изготовителя (фирмы), тип (марка), заводской и инвентарный номер;

— даты получения и ввода в эксплуатацию;

— месторасположение в настоящее время;

— состояние на момент получения (новое, изношенное, с продленным сроком действия и т.п.);

— данные о поверках или метрологической аттестации;

— данные о ремонте и обслуживании;

— описание всех повреждений или отказов, переделок или ремонта.

Средства измерений до ввода в эксплуатацию подлежат первичной поверке, а в процессе эксплуатации — периодической поверке.

Средства измерений поверяются региональными Центрами стандартизации и метрологии. Поверка проводится в соответствии с графиком периодической поверки. Свидетельства о поверке должны храниться в испытательной лаборатории.

Испытательное оборудование должно быть аттестовано в соответствии с ГОСТ 8.568–2017. Каждая единица испытательного оборудования должна иметь аттестат, оформленный при первичной аттестации, протокол первичной аттестации, протоколы периодических аттестаций, методику периодической аттестации или типовую методику аттестации.

Оборудование для отбора образцов, если имеет нормированные метрологические характеристики (например, нормированный объем и погрешность), поверяется в соответствии с методикой поверки. Если оборудование для отбора образцов специально изготовлено для этих целей, имеет техническую документацию, то в этих случаях осуществляться проверка соответствия технических характеристик в соответствии с требованиями технической документации. Каждая единица оборудования должна иметь специальную бирку, содержащую текущие сведения: идентификационный номер, даты проведенной и последующей поверок или аттестаций.

1.2.2. Документация на реактивы

Все приобретаемые реактивы должны сопровождаться паспортом качества, в котором указывается предприятие-изготовитель, наименование и формула реактива, его квалификация, дата изготовления, показатели качества, особые условия хранения, срок годности. Растворы реактивов готовятся в соответствии с требованиями нормативной документации, записи должны заноситься в Журнал приготовления реактивов. Растворы реактивов должны иметь этикетки с указанием сведений о наименовании вещества, концентрации, даты приготовления и окончания срока годности.

В испытательной лаборатории ведется постоянный учет расходования реактивов, а также отслеживается окончание их гарантийного срока годности. Данные заносятся в Журнал учета и расходования реактивов.

Каждый государственный стандартный образец должен быть снабжен паспортом качества, в котором указываются:

— наименование государственного стандартного образца;

— назначение;

— предприятие-изготовитель;

— метрологические характеристики;

— порядок применения (инструкция по применению);

— свидетельство о приемке;

— условия транспортирования и хранения;

— гарантийный срок хранения.

1.2.3. Документация на образцы

Отбор образцов (определение мест, зон контроля) следует производить в соответствии с требованиями нормативных технических и методических документов на испытания. В лаборатории должен быть план и описана процедура отбора образцов. Записи по отбору образцов должны включать идентификацию персонала, проводящего отбор образцов, условия окружающей среды, указание мест отбора и количество отобранных образцов. Если документами не установлены план и процедура отбора образцов, то они согласовываются с заказчиком и документируются.

Персонал, проводящий отбор образцов, составляют акты отбора, в которых отражены:

— наименование и адрес предприятия-изготовителя;

— наименование и адрес поставщика;

— наименование продукции;

— единица измерения;

— размер партии;

— результат наружного осмотра партии;

— дата производства представленного образца, номер партии;

— количество образцов и объем выборки;

— цель отбора;

— место и дата отбора образцов.

Каждому образцу присваивается регистрационный номер.

Данные по всем образцам заносятся в регистрационный журнал с указанием:

— номер образца;

— наименование продукции;

— наименование предприятия-изготовителя;

— цели отбора образца;

— дата отбора образца;

— дата поступления образца в испытательную лабораторию;

— нормативная документация на продукцию;

— место хранения продукции;

— номер партии, объем выборки;

— дата изготовления продукции;

— даты начала и окончания испытаний;

— нормативная документация на методы испытаний;

— подпись лица, принявшего образец.

Каждый образец, поступивший на испытания, должен маркироваться соответствующей этикеткой с указанием регистрационного номера, которая сохраняется до окончания испытаний и списания образца.

В рабочих журналах должно сохраняться соответствие маркировки рабочего образца маркировке, присвоенной образцу при регистрации (регистрационному номеру).

Вся информация, данные о каждом испытании и расчеты заносятся в Журнал расчетов в произвольной форме.

Все полученные результаты испытаний заносятся в Журнал учета результатов испытаний отдельно по каждому виду испытаний.

Протоколы (заключения) о результатах испытаний должны содержать следующую информацию:

— наименование и адрес испытательной лаборатории;

— идентификация протокола испытаний с проставлением номеров на каждой странице протокола и указанием общего числа страниц;

— наименование и адрес заказчика;

— идентификация используемого метода испытаний;

— описание и идентификация объекта испытаний;

— дата проведения испытаний (при необходимости указывается дата отбора проб или получения объекта испытаний);

— ссылка на план и методы отбора проб (если это влияет на погрешность испытаний);

— результаты испытаний;

— имя, должность и подпись лиц, проводивших испытания и утвердивших протокол испытаний.

Дополнительно протокол испытаний может содержать:

— отклонения, дополнения или исключения, относящиеся к методу испытаний или условиям окружающей среды;

— указание о соответствии/несоответствии объекта испытаний установленным требованиям;

— погрешность измерений;

— дополнительные сведения (выполнение условий договора, рекомендации по использованию результатов и улучшению объекта испытаний).

Форма протокола испытаний, устанавливается методическими документами на проведение испытаний. В протоколах отражаются все отступления от требований методических документов на проведение испытаний и отбор проб, в том числе и произведенные по инициативе заказчика. При отсутствии требований к оформлению результатов испытаний в методических документах форма их представления согласовывается с заказчиком. Кроме того, ведутся лабораторные журналы, предназначенные для учета состояния качества каждой партии продукции с момента ее поступления на хранение и до выпуска. Журналы являются документами строгой отчетности.

1.2.4. Журналы

В испытательной лаборатории рекомендуется ведение следующих журналов:

— журнал учета результатов испытаний;

— журнал органолептических испытаний;

— лабораторные журналы по каждой партии продукции;

— журнал регистрации образцов;

— журнал внутрилабораторного контроля;

— журнал движения нормативной документации;

— журнал контроля температурно-влажностного режима помещений испытательной лаборатории;

— журнал учета и расходования реактивов;

— журнал приготовления растворов реактивов и стандартных образцов;

— журнал по технике безопасности;

— журнал радиационного контроля в помещении испытательной лаборатории (при наличии источника радиоактивного излучения);

— журнал учёта прекурсоров.

Все журналы должны быть пронумерованы, прошнурованы, зарегистрированы и опечатаны печатью комбината. Журналы хранятся в испытательной лаборатории, в недоступных для посторонних лиц местах. Срок хранения документации устанавливается на основании Перечня документов со сроками хранения. По окончании срока хранения устаревшие документы подлежат уничтожению с составлением акта.

В испытательной лаборатории ежедневно проводится регистрация условий окружающей среды (температуры и влажности). Результаты контроля заносятся в Журнал контроля температурно-влажностного режима лаборатории.

1.2.5. Инструкции

В испытательной лаборатории пользуются несколькими видами инструкций:

— должностные инструкции;

— инструкции системы менеджмента качества;

— инструкции по безопасному обращению с оборудованием.

Должностная инструкция — документ, регламентирующий права и обязанности сотрудника лаборатории. Документ разрабатывается руководителем лаборатории с учетом ее целей и задач, определенных в Положении о лаборатории и утверждается руководителем организации. Комплект должностных инструкций охватывает все функции лаборатории и равномерно распределяет нагрузку между работниками с учетом уровня их квалификации. Каждая должностная инструкция содержит однозначное определение того, чем данная работа отличается от всех иных работ. Должностная инструкция разрабатывается на основе профессионального стандарта. Первый экземпляр должностной инструкции хранится в отделе кадров предприятия, второй — у сотрудника, который обязательно должен быть ознакомлен с содержанием инструкции с подписью в листе ознакомления.

Инструкции системы менеджмента качества в испытательной лаборатории касаются организации проведения испытаний и связанных с ними процессов. Это инструкции о порядке работы в лаборатории, об организации делопроизводства в лаборатории, о порядке обращения с образцами, об организации внутрилабораторного контроля и др. Инструкции системы менеджмента качества разрабатываются и применяются в двух случаях: в крупных лабораториях, когда в руководстве по качеству приводятся ссылки на соответствующие инструкции и при отсутствии в лаборатории руководства по качеству.

Инструкции по безопасному обращению с оборудованием составляются специалистом, ответственным за метрологическое обеспечение испытаний и представляют собой краткую выдержку из паспорта на оборудование. В такой инструкции, находящейся непосредственно у оборудования, в свободном доступе, описывается порядок проведения испытаний и последовательность измерений с учетом правил охраны труда. Инструкция утверждается руководителем лаборатории.

1.3. Мониторинг достоверности результатов деятельности

1.3.1. Общие сведения о мероприятиях мониторинга

В соответствии с требованиями раздела 7.7 ГОСТ ИСО/МЭК 17025–2019, лаборатория должна иметь процедуру мониторинга достоверности результатов своей деятельности.

Мониторинг должен включать следующие мероприятия:

— использование стандартных образцов или образцов для контроля качества;

— использование альтернативного оборудования, которое было калибровано, для обеспечения прослеживаемости результатов;

— проверку (и) функционирования измерительного и испытательного оборудования;

— использование контрольных или рабочих эталонов с ведением контрольных карт, где это применимо;

— промежуточные проверки измерительного оборудования;

— повторные испытания или калибровки с использованием одного и того же или различных методов;

— повторные испытания или повторную калибровку хранящихся образцов;

— корреляцию результатов для различных характеристик образца;

— анализ полученных данных;

— внутрилабораторные сличения;

— испытания шифрованного (ых) образца (ов).

Лаборатория должна осуществлять мониторинг своей деятельности путем сравнения с результатами других лабораторий, если это возможно и применимо. Такой мониторинг должен планироваться, и его результаты должны анализироваться.

Качество при реализации внутрилабораторных контрольных процедур обеспечивается осуществлением контроля за условиями проведения испытаний: регистрацией температуры, влажности в журналах микроклимата, напряжения электрической сети, температурного режима в холодильниках при хранении химических реактивов и растворов. Также ведется контроль за сроками приготовления реактивов, титрованных растворов, проверки их титров, сроком годности сухих реактивов, государственных стандартных образцов. Значимым является контроль за состоянием и актуализацией нормативной документации и осуществление государственной поверки всех средств измерений, используемых в лаборатории.

Метрологическое обеспечение — это цикл мероприятий, правил, действий, направленных на получение достоверных, правильных, точных и воспроизводимых результатов измерений (испытаний, анализа, контроля и т. п.), по которым можно судить о показателях, включая показатели качества и показатели безопасности. Особое внимание на метрологическое обеспечение обращается в стандарте ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025–2019 «Общие требования к компетенции испытательных и калибровочных лабораторий». Рассмотрим перечисленные выше требования по метрологическому обеспечению аналитической деятельности более подробно.

1.3.2. Средства измерений

Под средством измерений понимают техническое средство, предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой принимают неизменным (в пределах установленной погрешности) в течение известного интервала времени.

В испытательных лабораториях должны использовать средства измерений, разрешенные к использованию, т. е. прошедшие государственные испытания, утвержденные как тип средств измерений, внесенные в государственный реестр и своевременно поверенные. Утверждение типа средств измерений проводится в целях обеспечения единства измерений, постановки на производство и выпуска в обращение средств измерений, соответствующих требованиям, установленным в нормативных документах. Все средства измерений в испытательной лаборатории подлежат периодической поверке согласно ежегодному графику поверок, согласованному в установленном порядке.

1.3.3. Испытательное оборудование

Испытательное оборудование — это средство испытаний, представляющее собой техническое устройство для воспроизведения условий испытаний, то есть это оборудование, устройства, использование которых влияет на результаты измерений и анализа.

Основная цель аттестации испытательного оборудования — подтверждение возможности воспроизведения условий испытаний в пределах допускаемых отклонений и установление пригодности использования испытательного оборудования в соответствии с его назначением. При вводе в эксплуатацию испытательное оборудование подвергают первичной аттестации. Первичная аттестация испытательного оборудования заключается в экспертизе эксплуатационной и проектной документации, в экспериментальном определении технических характеристик и подтверждении пригодности использования этого оборудования.

В процессе эксплуатации испытательное оборудование подвергают периодической аттестации через интервалы времени, установленные в эксплуатационной документации на испытательное оборудование или при его первичной аттестации. Периодическую аттестацию испытательного оборудования в процессе его эксплуатации проводят в объеме, необходимом для подтверждения соответствия характеристик испытательного оборудования требованиям нормативных документов на методики испытаний и эксплуатационных документов на оборудование и пригодности его к дальнейшему использованию. Номенклатуру проверяемых характеристик испытательного оборудования и объем операций при его периодической аттестации устанавливают при первичной аттестации оборудования.

1.3.4. Стандартные образцы

Стандартный образец — это средство измерения в виде вещества (материала), состав или свойство которого установлены при аттестации. Стандартные образцы относятся к средствам измерения, причем это расходуемое средство измерения. Стандартные образцы предназначены для применения в системе обеспечения единства измерений:

— для поверки, калибровки, градуировки средств измерений, а также для контроля метрологических характеристик при проведении их испытаний, в том числе в целях утверждения типа средств измерений;

— для метрологической аттестации методик измерений;

— для контроля характеристик погрешностей методик измерений в процессе их применения в соответствии с установленными в них алгоритмами, а также для других видов метрологического контроля.

1.3.5. Аттестованные смеси

В лабораториях часто возникает необходимость приготовления и использования при проведении различных работ аттестованных смесей.

Аттестованная смесь — это смесь двух и более веществ (материалов), приготовленная по документированной методике, с установленными в результате аттестации по расчетно-экспериментальной процедуре приготовления значениями величин, характеризующих состав смеси. Аттестованные смеси разрабатывают и допускают к применению в случаях, если создание стандартных образцов соответствующих типов затруднено из-за низкой временной стабильности состава материала аттестованной смеси или экономически не оправдано.

Аттестованная смесь по метрологическому назначению выполняют функции СО состава веществ.

Аттестованная смесь может представлять собой смесь газов, раствор, суспензию и т. п.

Аттестованные смеси предназначены для метрологического обеспечения измерений содержания компонентов веществ (материалов) путем их применения:

— при контроле метрологических характеристик средств измерения;

— при калибровке, градуировке средств измерения;

— при оценке значений метрологических характеристик методик выполнения измерений при их аттестации;

— при выполнении измерений методом сравнения;

— при контроле погрешности измерений по аттестованным методикам выполнения измерений.

В лаборатории рекомендуется вести журнал приготовления аттестованных смесей. В нем указывают дату, концентрацию аттестованной смеси, погрешность приготовления и срок действия аттестованной смеси.

1.3.6. Методики измерений

Методика измерений — это совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение результата анализа с установленной погрешностью (неопределенностью). В лаборатории должны использовать стандартизованные или аттестованные методики измерений. Аттестованные методики снабжают свидетельством об аттестации, которое выдают юридические лица, аккредитованные в установленном порядке на право аттестации методик измерений. В свидетельстве должны быть указаны основные метрологические характеристики методики, то есть приписанные характеристики погрешности методики. Рекомендуется указывать также алгоритмы и нормативы оперативного контроля. В свидетельстве на методику анализа приводят также нормы погрешности.

1.3.7. Внутрилабораторный контроль

В испытательной лаборатории должен быть назначен ответственный за контроль качества выполнения анализов (ответственный за внутрилабораторный контроль), который:

— выясняет причины получения неприемлемых результатов рабочих проб;

— контролирует ведение лаборантами журналов оперативного контроля;

— составляет график внутрилабораторного контроля в лаборатории и является ответственным за его исполнение;

— формирует контрольные процедуры;

— готовит и раздает шифрованные пробы;

— получает результат контрольной процедуры;

— строит контрольные карты;

— подводит итоги по каждой серии контрольных процедур.

Наличие эффективной системы контроля качества работ, выполняемых в испытательных лабораториях, принято рассматривать как необходимое условие надежности и достоверности предоставляемой информации.

Внутрилабораторный контроль качества измерений является преимуществом и гарантией качества поставляемых лабораториями услуг. Выбор вида внутрилабораторного контроля и форм стабильности результатов испытаний зависит от вида деятельности организации, объекта испытаний и других факторов.

Можно выделить следующие основные способы внутрилабораторного контроля качества измерений:

— контроль стабильности измерений с помощью контрольных карт;

— проверку приемлемости результатов измерений;

— точечную оценку метрологических характеристик измерений за тот или иной период.

Основным инструментом внутрилабораторного контроля является контроль стабильности измерений с помощью контрольных карт. Контроль стабильности основан на анализе результатов регулярных измерений какого-либо стабильного показателя, характеризующего результаты измерений, причем измерения рекомендуется выполнять в каждой серии. Лучше всего, когда таким показателем является собственно измеряемый показатель — в химическом и физико-химическом анализе это концентрация определяемого вещества (веществ) в контрольном материале.

Помимо контроля по определяемому показателю в количественном анализе могут использоваться и другие данные: аналитический сигнал образца сравнения, используемого при градуировке; величины, по которым контролируется качество отдельных стадий анализа (например, масса или объем отобранных на одной из стадий химического анализа аликвот) и т. д. Нужно лишь, чтобы эти характеристики были стабильными в подконтрольном состоянии и отражали бы качество измерений.

Проверка приемлемости результатов измерений может выполняться в случаях, когда для одного рутинного образца выполняется более одного измерения. В этом случае, для каждого рутинного образца можно найти размах (разницу между максимальным и минимальным результатами измерений) и сравнить ее с максимально допустимой. В случае превышения для получения окончательно приводимого результата в большинстве случаев выполняются дополнительные измерения и рассчитывается медиана всех результатов. С точки зрения контроля основной процедурой является процедура оценки размаха, в ходе которой фактически контролируется дисперсия. Используются разные критерии, но в любом случае, значительное число проб, для которых размах превысил допустимый размер, свидетельствует о достоверном увеличении внутрисерийного разброса результатов.

Точечная оценка метрологических характеристик измерений за тот или иной период выполняется по результатам различных измерений, как выполненных для контрольных, так и для рутинных материалов (образцов).

В качестве внутрилабораторного контроля целесообразно использовать один из следующих методов с указанными критериями оценки:

— проведение сличительных измерений (испытаний), разными специалистами, или приборами (контроль прецизионности в условиях воспроизводимости). Критерий оценки — диапазоны измеренных значений с учётом неопределённости измерения должны перекрывать друг друга. Следует рассматривать как наиболее предпочтительную процедуру;

— дублирование проводимых измерений (испытаний) с использованием разных методов/средств измерений производится по устному или письменному распоряжению руководства для подтверждения полученных ранее результатов. Критерий оценки — диапазоны измеренных значений с учётом неопределённости измерения должны перекрывать друг друга;

— повторные исследования сохраняемых объектов. Критерий оценки — диапазоны измеренных значений с учётом неопределённости измерения должны перекрывать друг друга;

— проведение процедур, обеспечивающих контроль достоверности текущих измерений, в том числе с использованием стандартных образцов. Критерий оценки — измеренное значение не должно превышать диапазона допустимых значений, принятый для стандартных образцов, методики измерений или погрешности прибора;

— проверка проведения измерений в строгом соответствии с требованиями применяемой методики испытания под надзором руководителя испытательной лаборатории или более опытного сотрудника. Критерием оценки является должный уровень владения применяемой методикой испытаний;

— измерение (испытание) проб объектов с нулевым содержанием/величиной. Критерий оценки — измеренное значение должно быть не больше нижнего предела диапазона измерений (испытаний);

— проведение, если это возможно в условиях испытательной лаборатории, отдельных пунктов по поверке прибора. Например, проверка воспроизводимости показаний прибора, проверка долговременной стабильности. Критерием оценки является соответствие выполняемых пунктов:

— контроль фоновых показаний — измерения, подтверждающие, что погрешность нуля не превышает установленных пределов;

— участие в межлабораторных сравнительных испытаниях и программах проверки квалификации, межлабораторных экспериментов. Оценку в данном случае производит независимая организация.

В некоторых случаях есть возможность не ограничиваться данными процедурами. В качестве дополнительных мер по контролю качества могут быть использованы внутренние алгоритмы приборов, позволяющие производить самодиагностику. Критерий оценки должен быть прописан в инструкции по эксплуатации. Проверка прибора осуществляется специалистом, если результаты измерений в ежедневной практике вызывают сомнения.

Оперативный контроль процедуры анализа проводит исполнитель анализа с целью проверки готовности лаборатории к проведению анализа рабочих проб или оперативной оценки качества результатов анализа каждой серии рабочих проб, полученных совместно с результатами контрольных измерений.

Результаты контрольных измерений, полученные при оперативном контроле процедуры анализа, проводимом с каждой серией рабочих проб, могут быть использованы при реализации любой из форм контроля стабильности результатов анализа.

При проведении оперативного контроля процедуры анализа используют средства контроля с известными метрологическими характеристиками. При проведении контроля стабильности результатов анализа, средства контроля выдают исполнителям в шифрованном виде, при этом средства контроля шифруют как обычные рабочие пробы. Допускают использование для контроля нешифрованных средств контроля, если применяемая в лаборатории методика анализа полностью автоматизирована.

Выбор алгоритма проведения отдельно взятой контрольной процедуры определяют:

— контролируемой характеристикой качества результатов анализа (повторяемость, внутрилабораторная прецизионность, погрешность);

— наличием средств контроля;

— спецификой метода анализа.

В процессе выполнения отдельно взятой контрольной процедуры предусматривают:

— при контроле повторяемости — выполнение «n» параллельных определений одной пробы;

— при контроле внутрилабораторной прецизионности — выполнение основного и повторного контрольных измерений одной и той же пробы в условиях внутрилабораторной прецизионности;

— при контроле погрешности результатов анализа — выполнение контрольных измерений с использованием тех или иных средств контроля: образца для контроля; рабочей пробы и рабочей пробы с добавкой; рабочей пробы, разбавленной рабочей пробы и разбавленной рабочей пробы с добавкой; рабочей пробы и разбавленной рабочей пробы; рабочей пробы, проанализированной разными методами.

Оперативный контроль процедуры анализа осуществляет непосредственно исполнитель на основе оценки погрешности результатов анализа при реализации отдельно взятой контрольной процедуры и сравнения полученной оценки (результата контрольной процедуры) с установленным нормативом контроля. При организации контроля исполнитель анализа в соответствии с алгоритмом проведения контрольной процедуры выбирает (при необходимости — готовит) средства контроля.

Схема оперативного контроля процедуры анализа предусматривает:

— выбор контрольной процедуры (при отсутствии регламентации алгоритма оперативного контроля процедуры анализа в нормативной документации на методику анализа);

— реализацию контрольной процедуры;

— расчет результата контрольной процедуры;

— расчет (установление) норматива контроля;

— реализацию решающего правила контроля (сопоставление результата контрольной процедуры с нормативом контроля, принятие решений по результатам контроля).

Контрольные процедуры могут быть реализованы с применением образцов для контроля, метода добавок совместно с методом разбавления пробы, метода добавок, метода разбавления пробы, контрольной методики анализа.

Контрольные процедуры с применением образцов для контроля относят к наиболее предпочтительному (эффективному) способу контроля, т.к. этот способ позволяет исполнителю оценить в целом выполнение всей процедуры анализа. Применение такой контрольной процедуры возможно при наличии образцов для контроля, либо возможности и экономической целесообразности их создания в лаборатории. Применяемые образцы для контроля должны быть адекватны анализируемым пробам. Возможные различия в составах образцов для контроля и анализируемых проб не вносят в результаты анализа дополнительную статистически значимую погрешность. Погрешность аттестованного значения образцов для контроля должна быть не более одной трети от характеристики погрешности результатов анализа.

При реализации контрольной процедуры получают результат контрольного измерения аттестованной характеристики образца для контроля и сравнивают его с аттестованным значением. За результат контрольного измерения принимают среднее арифметическое из результатов параллельных определений. Рассчитывают результат контрольной процедуры, проводят сопоставление результата контрольной процедуры с нормативом контроля. Если результат контрольной процедуры соответствует нормативу контроля, процедуру анализа признают удовлетворительной. При несоответствии контрольную процедуру повторяют. При повторном несоответствии выясняют причины, приводящие к неудовлетворительным результатам, и принимают меры по их устранению.

Контрольные процедуры с применением метода добавок совместно с методом разбавления пробы используют при наличии условий для создания проб с введенными добавками и разбавленных проб, адекватных анализируемым пробам, и при отсутствии возможности по условиям методики анализа или экономической нецелесообразности применения других способов контроля погрешности. Допускают использование только метода добавок или только метода разбавления пробы, если установлена незначительность постоянной части систематической погрешности лаборатории. Накопление информации по результатам использования метода добавок совместно с методом разбавления пробы может позволить перейти только на метод добавок либо только на метод разбавления пробы.

Контрольные процедуры с применением контрольной методики анализа используют при наличии в лаборатории другой, хорошо апробированной методики, как правило, обладающей более высокой точностью по отношению к контролируемой методике, при этом подлежит учету экономическая целесообразность применения данного способа по сравнению с другими способами контроля.

В плане внутрилабораторного контроля необходимо указать, какие средства контроля будут применяться. Это могут быть приготовленные на основе стандартных образцов модельные смеси или реальные пробы, анализируемые в лаборатории. При этом могут быть использованы как аттестованные стандартные образцы, так и чистые химические вещества, главное, чтобы они были стабильны и адекватны объектам анализа.

Для выбора концентрации в средстве контроля можно использовать следующие рекомендации:

— лучше всего установить концентрацию в диапазоне наиболее часто встречающихся значений содержания определяемого показателя.

— если значения определяемого показателя попадают в диапазон концентраций, для которых в применяемой методике измерений установлены разные значения метрологических характеристик, то контроль стабильности результатов лучше проводить для каждого установленного диапазона.

1.3.8. Порядок записи результата измерения

Для получения достоверных данных по содержанию того или иного компонента в объекте определение по выбранной методике повторяют несколько раз, получая несколько параллельных результатов. В качестве оценки содержания компонента выступает не отдельно взятый (единичный) результат, а центр распределения этих результатов, приведенный с интервалом, который отражает величину погрешности — доверительным интервалом. Если определение проведено правильно, то истинное значение анализируемого содержания находится внутри доверительного интервала, с определенной степенью надежности. Требуемая степень надежности задается не методом анализа, а его целью. Например, в криминалистическом анализе необходима надежность большая, чем в техническом анализе.

Степень надёжности выражают с помощью величины, которая называется доверительной вероятностью, в долях единицы или в процентах.

Запись результата измерения должна сопровождаться указанием его надежности P. Смысл такой записи состоит в том, что показывается вероятность того, что истинное значение измеряемой величины заключено в указанном доверительном интервале.

Например, измеряя массу компонента, получили результат, записанный в виде М = (8,34 ± 0,02) мг, (P = 0,95%). Это означает, что 95 шансов из 100 шансов за то, что истинное значение массы заключается в интервале от 8,32 мг до 8,36 мг.

Результат измерения должен содержать не только полученное значение измеряемой величины, но и обязательно характеристики его погрешности с указанием доверительной вероятности.

Оценка погрешности результата является частью анализа, а сама погрешность — его очень важной характеристикой. Точность — степень близости результата измерения к принятому опорному значению, независимо от того, вызвано ли отклонение результата случайными или систематическими причинами. Если результат получают с помощью устройства, точность измерения которого известна по паспорту (сертификату), то его записывают в соответствии с паспортной точностью.

Числовое значение результата округляют в соответствии с числовым разрядом значащей цифры погрешности измерений. Лишние цифры в целых числах заменяются нулями, в десятичных дробях ­отбрасываются. Если десятичная дробь оканчивается нулями, они отбрасываются только до того разряда, который соответствует разряду погрешности.

Пример: результат 1,072000, погрешность ±0,0001. Результат округляют до 1,0720.

Если первая (слева направо) из заменяемых нулями или отбрасываемых цифр меньше 5, остающиеся цифры не изменяются. Если первая из этих цифр равна 5, а за ней не следует никаких цифр или идут нули, то, если последняя цифра в округляемом числе четная или нуль, она остается без изменения, если нечетная — увеличивается на единицу.

Пример: 1234,50 округляют до 1234; 8765,50 — до 8766.

Если первая из заменяемых нулями или отбрасываемых цифр больше 5 или равна 5, но за ней следует значащая цифра, то последняя остающаяся цифра увеличивается на единицу.

Пример: 6783,6 округляют до 6784; 12,34501 — до 12,35.

Погрешность, возникающая в результате вычислений, не должна превышать 10% суммарной погрешности измерений. Поэтому, если над результатами измерений предстоит произвести некоторые математические операции, то при округлении результатов добавляют один разряд справа, то есть в первом примере результат 1,072000 нужно округлить не до 1,0720, а до 1,07200. Большая часть ГОСТов на методы испытаний требуют, чтобы запись результата анализа была сделана, как результат среднеарифметического показателя двух результатов измерений, расхождение между которыми не должно превышать 0,5% при Р = 0,95%.

1.4. Оборудование, применяемое в аналитической деятельности

1.4.1. Виды лабораторного оборудования

Для того чтобы предоставлять быстрые и точные результаты испытаний лаборатория должна создать эффективную систему управления оборудованием. Такая система включает множество аспектов — от оценки и выбора оборудования до его утилизации.

Приборное оснащение — это совокупность средств измерений, испытательного и вспомогательного оборудования, необходимых для проведения испытаний продукции в области деятельности лаборатории.

Приборное оснащение должно позволять проводить испытания, регламентированные в нормативной документации на пищевую продукцию и продовольственное сырье и испытания на соответствие нормативам безопасности, введенным соответствующими санитарными правилами и нормами. Испытания должны проводиться с использованием стандартизированных методов и аттестованных методик выполнения измерений. Для контроля качества сырья и выпускаемой продукции используемые методы могут быть не стандартизированными, но должны быть аттестованы и включены в соответствующую техническую документацию. Основными требованиями в данном случае являются высокая производительность и низкая стоимость испытаний.

Область деятельности лаборатории определяет обязательный перечень типов средств измерений, испытательного и вспомогательного оборудования, которые в соответствии с применяемыми методами испытаний должна иметь испытательная лаборатория.

Наличие высококвалифицированных специалистов в штате лаборатории позволяет проводить, помимо рутинных испытаний в соответствии с областью деятельности и другие виды работ, приводящих в конечном итоге к росту конкурентоспособности испытательной лаборатории, а именно: разработка новых методов проведения испытаний и методик выполнения измерений; анализ и обобщение результатов проводимых испытаний и разработка на основе этого предложений, направленных на совершенствование существующей нормативной документации на методы испытаний; участие в разработке нормативной документации на новые методы испытаний; испытания нового измерительного оборудования.

Финансовые возможности организации, создающей испытательную лабораторию, определяют тактику закупок приборов и оборудования. В первую очередь целесообразно приобрести наиболее дорогостоящие и универсальные приборно-измерительные комплексы, такие как газовый хроматограф, жидкостный хроматограф, атомно-абсорбционный спектрофотометр и др., а также комплекс оборудования для пробоподготовки. Это позволит испытательной лаборатории проводить практически в полном объеме испытания по показателям качества и безопасности пищевой продукции. В дальнейшем, при необходимости, можно будет покупать специализированные средства измерений и испытательное оборудование для проведения конкретных видов испытания.

Цель управления оборудованием заключается в обеспечении точного, надежного и оперативного проведения испытаний и измерений, а для того, чтобы достичь этой цели лаборатория должна решить ряд задач. Состав задач определяется видом оборудования и спецификой деятельности лаборатории.

В зависимости от назначения и сферы применения лабораторное оборудование можно разделить на несколько видов. В нормативных документах они имеют разные названия, но описание сфер применения этих видов оборудования схожи.

К основным видам лабораторного оборудования относятся:

— общелабораторное оборудование. Это оборудование, которое практически не оказывает или оказывает самое минимальное влияние на результаты испытаний и измерений. К такому оборудованию относится лабораторная мебель, различные нагревательные приборы без контроля температуры, мешалки, лабораторная посуда общего назначения (без мерных делений) и т.п.;

— мерная посуда. Она предназначена для точного определения объемов. К этому виду лабораторного оборудования относятся мерные колбы, пипетки, пикнометры, бюретки и пр.;

— измерительное оборудование. Предназначено для проведения измерений и получения значений параметров (качественных или количественных). Сюда относятся различные средства измерений и индикаторы (линейки, термометры, вольтметры, спектрометры, химические индикаторы, термоиндикаторы и т.п.);

— стандартные образцы, эталоны, меры. Это особые виды средств измерения, предназначенные для сравнения измеряемых характеристик с установленными значениями (например, при градуировке, аттестации или поверке измерительного оборудования). Стандартные образцы по своему назначению исполняют роль мер;

— испытательное оборудование. Оборудование, предназначенное для воспроизведения условий испытаний.

Еще один вид лабораторного оборудования, которое применяется в деятельности лабораторий, это компьютерные системы и программы. Они могут быть встроены в измерительное или испытательное оборудование, или являться самостоятельными единицами оснащения лаборатории.

Под управление должны подпадать все виды лабораторного оборудования, но, в первую очередь, те из них, которые оказывают существенное влияние на результаты испытаний или измерений. К ним предъявляются наиболее жесткие и строго регламентированные требования по управлению оборудованием лаборатории.

Номенклатура оборудования испытательной лаборатории пищевой продукции определяется действующей нормативной и методической документацией на испытания, распространяющейся на объекты испытаний и (или) виды испытаний.

Большая часть работ по анализу качества продукции связана с измерениями, выполняемыми с помощью тех или иных средств измерений, особым образом выбираемых и находящихся на специальном обслуживании, что обеспечивает единство и точность результатов контроля. К средствам измерений относятся: меры, измерительные преобразователи, измерительные приборы и измерительные принадлежности.

Меры предназначены для воспроизведения физической величины (массы, объема и пр.) заданного размера. Мерами являются гири, наборы гирь, шаблоны, песочные часы, мерная химическая посуда, стандартные растворы, образцовые вещества и пр.

Измерительные преобразователи служат для выработки сигнала в форме, удобной для его передачи, хранения и обработки. Измерительные преобразователи обычно являются составной частью более или менее сложных измерительных комплексов.

Измерительные приборы предназначены для выработки сигнала в форме, удобной для непосредственного восприятия. Приборы могут быть шкальными, цифровыми и регистрирующими. К измерительным приборам относятся термометры, ионометры, манометры, секундомеры, рефрактометры, фотоколориметры, амперметры, вольтметры и др.

Измерительные принадлежности используются при измерениях и влияют на их результаты. К ним могут быть отнесены сушильные шкафы, термостаты и другие устройства.

1.4.2. Требования к метрологическим характеристикам оборудования испытательной лаборатории

Выбор средств измерений осуществляют исходя из их метрологических характеристик, т.е. таких технических параметров, от которых зависит точность измерения.

Одной из основных метрологических характеристик любого средства измерения, определяющей его пригодность для выбранной цели измерений, является нижний и верхний пределы измерения, т.е., наименьшее и наибольшее значения величины, которые можно измерить данным средством измерения. Нижний и верхний пределы измерений ограничивают диапазон измерений. Под диапазоном измерений понимается область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности средства измерения.

Немаловажной метрологической характеристикой измерительного прибора является его чувствительность, представляющая собой отношение сигнала на выходе прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины.

Важнейшей метрологической характеристикой, на которой базируется выбор средства измерения, является его погрешность. Способ выражения погрешности зависит от вида средства измерений. Точность мер характеризуют абсолютной и относительной погрешностями.

Погрешности средств измерений принято подразделять на статические, имеющие место при измерении постоянных во времени величин, и динамические, появляющиеся при измерении переменных во времени величин и обусловленные инерционными свойствами средства измерения.

В нормативной документации на меры, измерительные преобразователи и приборы часто указывают класс точности средства измерения. Класс точности представляет собой обобщенную характеристику, определяемую пределами основных и дополнительных погрешностей, а также рядом других свойств, влияющих на точность результатов измерений.

Метрологическое обслуживание, т.е. учет, ревизию, ремонт, поверку всех средств измерений, применяемых в лаборатории, должна осуществлять метрологическая служба предприятия. Руководитель лаборатории несет ответственность за применение при анализах неисправных и неповеренных средств измерений и поэтому должен обеспечить контроль за их состоянием и соблюдением сроков поверки, наличием поверительных клейм или свидетельств о поверке.

Сроки периодических поверок (межповерочные интервалы) устанавливаются метрологической службой с учетом данных о фактической надежности, интенсивности использования и условий эксплуатации каждого из средств измерений. Как правило, срок поверки основных видов приборов, применяемых в лаборатории, один раз в год.

1.4.3. Технические характеристики оборудования

Данный критерий является наиболее значимым при принятии решения о приобретении приборов и оборудования. Приобретаемое оборудование по своим метрологическим и техническим характеристикам должно в обязательном порядке удовлетворять требованиям, предъявляемым к оборудованию лабораторий, а также позволять проводить испытания продукции с производительностью и себестоимостью, обеспечивающими конкурентоспособность испытательной лаборатории. Под этим подразумевается, что:

— диапазон измерения контролируемого показателя у средства измерения перекрывает интервал допустимых значений этого показателя в испытываемой продукции;

— погрешность измерения с использованием данного средства измерения соответствует заданным пределам допускаемых значений, при этом оптимальным вариантом считается тот, в котором погрешность измерения находится в интервале примерно от 20 до 60% установленных допустимых пределов;

— диапазон воспроизведения внешних воздействующих факторов и (или) режимов функционирования приобретаемого испытательного оборудования и его точностные характеристики соответствуют установленным в нормативных документах требованиям;

— производительность оборудования позволяет проводить испытания в соответствии с требуемой интенсивностью;

— используемое оборудование соответствует требованиям безопасности и не наносит вреда окружающей среде;

— желательно использование автоматизированных измерительных комплексов и оборудования с регистрирующими устройствами для снижения систематической составляющей погрешности измерения, создаваемой оператором, и обеспечения документированности полученных результатов.

1.4.4. Методическая обеспеченность средств измерения

Каждое средство измерения, внесенное в Госреестр, потенциально может быть использовано для оснащения испытательной лаборатории. Однако обязательным условием возможности использования того или иного средства измерения является наличие стандартизированных или аттестованных методик выполнения измерений (далее — МВИ). Для испытательного оборудования необходимо наличие методик первичной и периодической аттестации. В настоящее время большинство производителей аналитического оборудования финансируют разработку и аттестацию МВИ с использованием их приборов. Такие МВИ поставляются либо вместе с приборами, либо отдельно. Наличие аттестованных МВИ, поставляемых вместе с покупаемым аналитическим оборудованием, является весомым аргументом для принятия решения в пользу закупки того или иного прибора. При оценке методической обеспеченности аналитического оборудования необходимо учитывать то, что для подавляющего большинства показателей, по которым испытывается продукция, разработано несколько вариантов МВИ, предполагающих использование как различных методов измерения, так и различных вариантов средств измерения, работающих на одинаковых принципах.

1.4.5. Возможность технического обслуживания оборудования

Для любого измерительного или испытательного оборудования необходимо выполнение определенного перечня процедур, направленных на поддержание и подтверждение его работоспособности и соответствия заявленным техническим характеристикам. К таким процедурам относятся техническое обслуживание с периодичностью, определяемой руководством по эксплуатации, ремонт, замена комплектующих с ограниченным сроком службы, поверка (калибровка) или аттестация (первичная и периодическая).

В связи с этим при покупке оборудования необходимо учитывать наличие сервисных служб фирм-производителей и опыт взаимодействия с ними: оперативность, квалификация специалистов сервиса, объем гарантийного обслуживания, стоимость обслуживания.

Кроме этого, надо продумать, кем будет аттестовываться и поверяться закупаемое оборудование. Удобнее всего это делать в региональных центрах стандартизации и метрологии (далее — ЦСМ). Надо заранее поинтересоваться, имеют ли право на проведение поверки данного типа средств измерения или аттестацию интересующего вас испытательного оборудования близлежащий ЦСМ. Также необходимо учитывать, что для некоторых типов средств измерения и испытательного оборудования процедура поверки или аттестации может потребовать исключение поверяемого оборудования из рабочего цикла лаборатории на довольно длительный срок (несколько дней).

1.4.6. Эксплуатационные расходы

Как правило, фирма-производитель при поставке оборудования в стандартной комплектации предусматривает запасные части и расходные материалы, достаточные для работы оборудования в течение полугода или года при условии оптимальной загрузки. В дальнейшем расходы на их приобретение несет испытательная лаборатория. Стоимость некоторых из них, в том числе являющихся элементами, определяющими функционирование и целевое назначение оборудования, может быть весьма значительна. Так, например, стоимость капиллярной колонки для газового хроматографа, срок службы которой от 6 до 18 месяцев, в зависимости от параметров колонки и фирмы-производителя находится в диапазоне от 500 до 3000 $ и выше.

Кроме приобретения расходных материалов и запасных частей к эксплуатационным затратам относятся:

— расходы на эксплуатацию и обслуживание вспомогательного оборудования (вентиляция, кондиционирование, газовые линии и пр.);

— расходы на утилизацию опасных для окружающей среды и здоровья людей отходов, образующихся при эксплуатации оборудования (сливы агрессивных сред и растворов, содержащих высокотоксичные соединения);

— расходы на различные виды обслуживания оборудования;

— расходы на коммунальные услуги (электроэнергия, водоснабжение, отопление).

Эксплуатационные расходы необходимо оценивать по результатам работы за достаточно длительный промежуток времени. Такое требование обусловлено тем, что эффект от приобретения некоторых приспособлений, расходных материалов и вспомогательного оборудования становится заметным именно при таком подходе. Например, затраты на приобретение защитного патрона для жидкостного хроматографа окупаются за счет существенного, в 2–3 раза, увеличения срока службы колонки без существенного уменьшения ее эффективности. В таких случаях полезно оценивать срок окупаемости того или иного оборудования.

1.4.7. Универсальность оборудования

Под универсальностью оборудования понимают техническую и юридическую возможность его использования для проведения испытаний разных групп однородной продукции. Универсальным в указанном смысле оборудованием является, например, атомно-абсорбционный спектрофотометр, использование которого для определения содержания токсичных элементов во всех видах пищевых продуктов и продовольственного сырья регламентировано стандартами или другими документами федерального уровня.

Еще одним примером универсального оборудования может служить жидкостной хроматограф. В настоящее время использование жидкостного хроматографа предусматривается стандартизированными методами для определения большой группы показателей, характеризующих качество, состав и безопасность различных видов продукции (например, для определения многих видов пищевых добавок). Универсальными средствами измерения являются также газовый хроматограф, инверсионный вольтамперометрический анализатор, колориметр (спектрофотометр), рН-метр, весы, термометры и др.

Универсальным испытательным оборудованием являются сушильные шкафы и термостаты. Преимущества универсального оборудования очевидны: резко снижаются статьи расходов испытательной лаборатории на закупку приборов и эксплуатационные расходы; снижаются расходы на подготовку и переподготовку персонала лаборатории; упрощается проведение внутрилабораторного и внешнего контроля качества выполняемых измерений.

В то же время, универсальные измерительные комплексы, по сравнению со специализированными приборами, имеют, как правило, меньшую производительность и, в некоторых случаях, более узкий диапазон измерений при проведении испытаний конкретного вида продукции. Это определяет целесообразность выбора специализированных измерительных комплексов в тех случаях, когда планируется поступление на испытания большого потока однородной продукции. Кроме того, необходимо учитывать то, что универсальность оборудования не всегда может быть в полном объеме использована в реальных условиях проведения испытаний. Например, определение микропримесей в пищевой продукции и определение жирно-кислотного состава масложировых продуктов можно проводить на одном и том же газовом хроматографе с использованием одного и того же детектора, но лучше иметь несколько экземпляров прибора.

Наличие нескольких экземпляров газовых хроматографов позволяет реализовать выполнение измерений по методикам, предполагающим использование различных типов детекторов или предназначенным для существенно различающихся диапазонов содержания определяемых веществ, без затрат времени на перенастройку прибора и без снижения качества измерений.

1.4.8. Перспективность оборудования

Рассматривая тенденции развития аналитического приборостроения, можно отметить, что в последнее время наиболее активно развиваются следующие направления: газожидкостная хроматография, инверсионная вольтамперометрия, атомно-абсорбционный и атомно-эмиссионый метод анализа. Перечисленные методы количественного химического анализа отличаются высокой чувствительностью (возможно обнаружение в пробе пикограммовых количеств определяемого вещества), специфичностью (при создании определенных условий анализа возможно раздельное определение пространственных и оптических изомеров) и производительностью.

Современные газовые и жидкостные хроматографы, вольтамперометрические представляют собой автоматизированные измерительные комплексы, позволяющие проводить измерения в сериях образцов с минимальным вмешательством со стороны оператора, обрабатывать результаты в режиме реального времени и документировать их, создавать базы данных результатов испытаний с возможностью проведения различных видов статистического анализа и многое другое. Анализ разработанных за последнее время стандартизированных методов испытаний показывает, что подавляющее большинство из них основано на использовании перечисленных методов.

Стоимость оборудования — важный фактор. Некоторые руководители испытательных лабораторий придерживаются принципа «чем дороже — тем лучше» и забывают о том, что существует целый ряд российских фирм, выпускающих приборы, не уступающие по техническим и метрологическим характеристикам зарубежным аналогам, но при этом имеющие одно очень важное преимущество — их стоимость в несколько раз меньше.

1.5. Химические реактивы

1.5.1. Классификации и фасовка реактивов

По своему назначению реактивы могут быть разделены на две основные группы: общеупотребительные и специальные.

Общеупотребительные реактивы имеются в любой лаборатории, и к ним относится сравнительно небольшая группа химических веществ: кислоты (соляная, азотная и серная), щелочи (раствор аммиака, едкие натр и кали), окиси кальция и бария, ряд солей, преимущественно неорганических, индикаторы (фенолфталеин, метиловый оранжевый и др.).

Специальные реактивы применяются только для определенных работ.

По чистоте реактивы делятся на химически чистые (х. ч.), чистые для анализа (ч. д. а.), чистые (ч.).

Кроме того, имеются реактивы кондиций: технический (техн.), очищенный (оч.), особой чистоты (ос. ч.), высшей очистки (в. оч.) и спектрально чистый (сп. ч.).

Для реактивов каждой из этих категорий установлено определенное допустимое содержание примесей.

Наиболее употребительные реактивы, расход которых может быть значительным, покупаются в крупной расфасовке, в банках или бутылях, содержащих иногда по нескольку килограммов вещества. Мало употребительные и редкие реактивы обычно имеют мелкую расфасовку, от 10 до 1 г, и даже мельче. Наиболее дорогие и редкие реактивы, как правило, хранят отдельно.

Многие реактивы поступают в лабораторию в крупной таре. Отбор мелких порций веществ непосредственно из барабанов, больших бутылей запрещен. По этой причине расфасовка реактивов — довольно частая операция в лабораторной практике. Эта операция связана с рядом опасностей, поэтому доверять се можно только опытным лицам, хорошо знающим свойства данных веществ.

Твердые реактивы при хранении в банках могут слежаться в плотные комки, которые трудно извлекать. Поэтому, прежде чем брать твердый реактив из банки, нужно (при закрытой пробке) потрясти банку, ударяя её ладонью по боку. Если слежавшийся реактив при этом не рассыпается, тогда, открыв пробку, разрыхляют верхний слой при помощи чистого рогового или фарфорового шпателя, или стеклянной палочки. Металлический шпатель применять для этой цели не рекомендуется.

Перед взятием реактива из банки нужно осмотреть ее горло и удалить с него все, что может попасть в пересыпаемое вещество и загрязнить его (пыль, парафин, всякие замазки и пр.). Очень удобно брать реактивы из банки при помощи фарфоровой ложки, фарфорового шпателя или же пересыпать их через воронку для порошков. Воронку вставляют в горло банки, в которую пересыпают то или иное вещество; этой же воронкой можно пользоваться при переливании очень густых, вязких жидкостей.

Просыпавшийся на стол реактив (неизбежно при этом загрязняющийся) нельзя высыпать обратно в ту же банку, где он хранится. Забота о сохранении чистоты реактивов — самое главное правило при работе с ними.

Если в банке остается очень мало реактива, остатки следует пересыпать в более мелкую тару — это освободит место в шкафу и сократит потери при взятии реактива.

Перед тем как насыпать реактив в банку, ее нужно хорошо вымыть и высушить, предварительно подобрав к ней пробку. В непросушенные банки пересыпать реактив нельзя.

При взвешивании сухих реактивов нельзя насыпать их прямо на чашку весов, так как при этом возможна порча весов.

Расфасовку твердых реактивов, способных раздражать кожу или слизистые оболочки, следует производить в перчатках, защитных очках или в маске. Волосы надо убирать под косынку, манжеты и ворот халата должны плотно прилегать к телу.

После работы с пылящими веществами полезно принять душ, а спецодежду отдать в стирку. Для защиты органов дыхания от пыли и едких паров пользуются респираторами или противогазами. Нельзя заменять респираторы марлевыми повязками — они недостаточно эффективны.

Расфасовку агрессивных реактивов должны производить не менее чем два работника. Наготове должны находиться средства дезактивации — вода, раствор соды и т. д. Дымящие и летучие жидкости, а также твердые пылящие вещества расфасовывают на открытом воздухе или в специальных вентилируемых помещениях.

При расфасовке многих органических растворителей необходимо принимать специальные меры предосторожности. Дело в том, что, хотя их пары не обладают выраженным раздражающим действием, они весьма токсичны. При переливании же больших количеств растворителей (особенно, если оно производится неаккуратно и без вентиляции) легко может создаться концентрация паров, опасная для здоровья и даже жизни. Использование сифонов при расфасовке таких растворителей, как четыреххлористый углерод, бензол, толуол, нитробензол, пиридин и т. п., является обязательной мерой предосторожности. Работать следует при очень хорошей вентиляции, желательно в противогазе.

1.5.2. Хранение реактивов и работа с ними

Важным требованием техники безопасности является сохранение чистоты реактивов. Ни в коем случае нельзя путать пробки от банок с реактивами, собирать просыпанное вещество и ссыпать его обратно в банку с реактивом, доставать продукт грязным шпателем и т. д.

Все емкости с химическими веществами, хранящиеся в лаборатории (в том числе и емкости с промежуточными продуктами в многостадийных синтезах), если они не используются немедленно, должны быть снабжены разборчивыми этикетками с указанием названия соединения и его формулы.

Запрещается исправлять надписи на этикетках, наклеивать новые этикетки, не сняв старых, наносить на тару легко смывающиеся надписи. Ошибочное использование не того реактива, который необходим для работы, — частая причина несчастных случаев.

Пользоваться реактивами без этикеток или с сомнительными этикетками категорически запрещается. В подобных случаях необходимо либо точно установить формулу вещества, либо немедленно уничтожить его.

Хранение реактивов допускается лишь в специально оборудованных, хорошо вентилируемых помещениях в строгом порядке. Не разрешается совместное хранение реактивов, способных бурно взаимодействовать друг с другом, например, окислителей и восстановителей, кислот и щелочей.

Обособленно следует хранить следующие группы реактивов:

— взрывчатые вещества;

— горючие или сжиженные газы (ацетилен, водород, пропан-бутан и др.);

— самовозгорающиеся и воспламеняющиеся вещества (карбид кальция, щелочные металлы, белый фосфор и др.);

— легковоспламеняющиеся жидкости (диэтиловый эфир, ацетон, петролейный эфир, бензин, бензол и т. д.);

— вещества, способные вызвать воспламенение (перманганат калия, концентрированные азотная и серная кислоты и др.);

— сильные яды (ряд солей синильной кислоты, ртути, соединения мышьяка, метанол — яд и др.).

С целью экономии реактивов (особенно, наиболее ценных) приготовлять растворы нужно в таком количестве, какое необходимо для работы. Приготовление избытка раствора — бесполезная трата реактива. Раствор, стоящий без употребления, обычно портится, кроме того, бутыли, содержащие ненужные растворы, загромождают лабораторию.

Необходимо следить, чтобы на всех банках с реактивами обязательно были или этикетки с обозначением, что находится в банке, или надписи, сделанные восковым карандашом для стекла. Место, на котором будет надпись, нужно слегка подогреть хотя бы ладонью руки. По нагретому месту восковой карандаш пишет легче, и надпись получается заметнее. Если на банке с реактивом нет этикетки или надписи, такой реактив применять нельзя. В подобном случае нужно установить точно, что находится в банке, так как ошибки могут привести к серьезным последствиям.

Особую осторожность нужно проявлять при обращении с ядовитыми веществами.

При хранении гигроскопических веществ или таких, которые могут изменяться при соприкосновении с воздухом, банки должны быть герметизированы, для этого пробки их заливают парафином, менделеевской замазкой или сургучом.

При обращении с реактивами, хранящимися в стеклянной таре большой емкости, требуется особая осторожность, так как эту тару очень легко разбить.

Реактивы, изменяющиеся под действием света, хранят в желтых или темных склянках, иногда вставленных в картонную коробку.

Реактивы, которые нельзя хранить в стеклянной таре, помещают в тару из материалов, устойчивых к действию данного реактива. Например, раствор фтористоводородной кислоты хранят в сосудах из чистого парафина, церезина, эбонита или полиэтилена. Для хранения фтористоводородной кислоты в основном применяют бутыли из полиэтилена.

Иногда парафином покрывают внутреннюю поверхность стеклянных бутылей и склянок. Так, пергидроль (30%-ный раствор перекиси водорода) и растворы щелочей лучше всего хранить именно в таких бутылях.

Некоторые реактивы обладают способностью самовоспламеняться, к ним относятся белый или желтый фосфор, пирофорные металлы, металлоорганические соединения (например, этилат алюминия). К огнеопасным реактивам, хранение которых требует особых условий, относятся эфиры (диэтиловый, амиловый и др.), спирты (метиловый, этиловый, бутиловый и др.), углеводороды (бензин, газолин, петролейный эфир, керосин и др.), ароматические соединения (бензол, толуол, ксилол), сероуглерод, ацетон и др.

Нельзя совместно хранить реактивы, способные при взаимодействии возгораться или выделять большое количество тепла. Например, металлические натрий, калий и литий, а также перекись натрия и белый фосфор нельзя хранить с огнеопасными веществами; металлические натрий, калий, литий и кальций, а также фосфор — с элементарными бромом и йодом.

Бертолетову соль, марганцовокислый калий, перекись натрия, перекись водорода, концентрированную хлорную кислоту и другие окислители нельзя хранить вместе с восстановителями — углем, серой, крахмалом, фосфором и др.

Самовоспламеняющиеся и огнеопасные вещества следует хранить только в соответствующей таре.

Совершенно недопустимо смешивать и растирать бертолетову соль, марганцовокислый калий, перекись натрия и другие окислители с органическими веществами. Очень осторожно следует обращаться с хлорной кислотой, так как пары ее взрываются при соприкосновении с органическими веществами и легко окисляющимися соединениями, например, с солями трехвалентной сурьмы и др. Соли хлорной кислоты также способны взрываться, иногда даже без видимой причины. Все эти вещества требуют особых условий хранения. В лаборатории не должно быть большого запаса таких веществ. Взрывоопасны также ацетилениды серебра и меди, азиды тяжелых металлов, соли гремучей кислоты, некоторые нитросоединения и др.

Не следует путать пробки от склянок, содержащих разные реактивы, во избежание загрязнения последних.

Работники лаборатории должны знать основные свойства применяемых ими реактивов, особенно, степень их ядовитости и способность к образованию взрывоопасных и огнеопасных смесей с другими реактивами.

При работе с реактивами следует исходить из того, что любые химические вещества, даже самые «безобидные», в большей или меньшей степени ядовиты. Особенно опасно систематическое попадание в организм в течение длительного времени даже ничтожных количеств соединений, вызывающее хронические отравления. Тяжелые последствия хронических отравлений усугубляются тем, что их симптомы на первой стадии бывают не ярко выраженными (общая слабость, сонливость, снижение работоспособности и т. п.), и не вызывают особой тревоги до тех пор, пока дальнейшее проникновение ядов в организм не приводит к серьезным трудноизлечимым поражениям.

Для предотвращения попадания химических соединении на кожу, в рот, в дыхательные пути, необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

— в рабочих помещениях не следует создавать запасов реактивов, особенно летучих — через неплотности в упаковке они могут испаряться и отравлять атмосферу в лаборатории. Необходимые для текущей работы реактивы следует держать плотно укупоренными, а наиболее летучие (например, соляную кислоту, раствор аммиака, бром) — на специальных полках в вытяжном шкафу;

— все работы с пылящими и летучими реактивами следует проводить только в вытяжном шкафу. Шкафы, в которых сушат вещества, также обязательно устанавливают под тягой;

— при работе с ядовитыми химическими веществами необходимо быть особенно аккуратными. Просыпанные или пролитые случайно реактивы следует немедленно и тщательно убрать;

— категорически запрещается выбрасывать в раковины несмешивающиеся с водой жидкости и твердые вещества, а также, сильные яды. Отходы подобного рода следует в конце рабочего дня выносить в специально отведенные места для сливов.

При переливании жидкостей из больших бутылей возможно, особенно при небрежной работе, проливание жидкости и попадание ее на одежду и руки. Поэтому в лаборатории нужно обязательно иметь специальные металлические стояки, которые дают возможность легко наклонять бутыли.

Для переливания жидкостей удобно применять насадки на горло больших бутылей или применять сифоны.

При переливании жидкостей нужно обязательно пользоваться воронками.

Некоторые реактивы продаются и сохраняются в запаянных ампулах разного размера. Такую ампулу вскрывают следующим образом. На расстоянии 1 см от конца оттянутой части ампулы очень осторожно делают царапину напильником или специальным ножом. Полезно место надреза предварительно смочить водой. Когда надрез сделан, обтирают оттянутый конец ампулы чистой ватой и, держа ампулу в левой руке так, чтобы открываемый конец ее был направлен в сторону от работающего и от соседей, правой рукой отламывают надрезанную часть быстрым рывком. Если оттянутый конец имеет сравнительно толстые стенки, к царапине нужно прикоснуться раскаленным докрасна концом оттянутой стеклянной палочки или же раскаленной железной проволокой.

Когда в ампуле находится жидкость, нужно быть особенно осторожным при вскрывании — при отламывании кончика ампулу нельзя перевертывать или сильно наклонять. Если после взятия реактива часть его остается в ампуле, последнюю нужно снова запаять на паяльной горелке.

Вылить из ампулы немного жидкости (0,5–1 см³) бывает очень трудно. Чтобы добиться этого, можно пользоваться сифоном из тонко вытянутого стеклянного капилляра диаметром около 0,2–0,25 мм. Жидкость, поднимаясь по трубке капилляра, вытекает из нее каплями. Обращаться с ампулами следует очень осторожно, их лучше всего хранить в картонных коробках завернутыми в гофрированный картон или же переложенными чем-либо мягким.

1.5.3. Растворы химических реактивов

Растворы — это гомогенные (однофазные) системы переменного состава, состоящие из двух или более веществ (компонентов).

По характеру агрегатного состояния растворы могут быть газообразными, жидкими и твердыми. Обычно компонент, который в данных условиях находится в том же агрегатном состоянии, что и образующийся раствор, считают растворителем, остальные составляющие раствора — растворенными веществами. В случае одинакового агрегатного состояния компонентов растворителем считают тот компонент, который преобладает в растворе.

В зависимости от размеров частиц растворы делятся на истинные и коллоидные. В истинных растворах (часто называемых просто растворами) растворенное вещество диспергировано до атомного или молекулярного уровня, частицы растворенного вещества не видимы ни визуально, ни под микроскопом, свободно передвигаются в среде растворителя.

Плотность раствора отличается от плотности растворителя. Раствор кипит при более высокой температуре, чем растворитель. Последним свойством пользуются, применяя солевые бани. Температура замерзания раствора, наоборот, ниже, чем у растворителя.

Растворимость для различных веществ колеблется в значительных пределах и зависит от их природы, взаимодействия частиц растворенного вещества между собой и с молекулами растворителя, а также от внешних условий (давления, температуры и т. д.) Растворимость твердого вещества можно повысить, если раствор нагревать. Однако некоторые соли не подчиняются этому правилу. Растворимость их или понижается с повышением температуры или повышается только до определенной температуры, выше которой растворимость уменьшается.

Скорость растворения твердого вещества зависит от размера его частиц. Чем крупнее куски, тем медленнее идет растворение; наоборот, чем мельче отдельные частицы твердого вещества, тем скорее переходит оно в раствор. Поэтому перед растворением твердого вещества его всегда следует измельчить в ступке и отвешивать для растворения только измельченное вещество. Растворение тонко измельченного вещества значительно легче, но при этом возникают свои трудности. Дело в том, что некоторые порошки при высыпании их в воду не смачиваются и плавают на поверхности воды, образуя тонкую пленку. В подобных случаях порошок вначале обливают небольшим количеством чистого спирта (метилового или этилового), а уже затем приливают воду или высыпают в нее порошок. Явление всплывания порошка при этом не наблюдается. Само собой разумеется, что применять спирт можно лишь в том случае, если он не оказывает химического действия на вещество или на его раствор. Спирта следует брать очень немного, лишь бы он только смочил порошок.

Иногда при растворении твердых веществ, например, кристаллических, их помещают в колбу. При неправильном введении таких веществ (особенно крупных кусков или кристаллов) случается, что колба разбивается. Чтобы не разбить колбу, поступают так: наклоняют ее под углом не больше 45°(лучше меньше) и опускают твердое вещество, чтобы оно скатывалось по горлу и стенке шара колбы. Удобнее сначала налить в колбу часть рассчитанного количества растворителя, например, воды, а затем вводить твердое вещество, как описано выше, иногда встряхивая колбу. Оставшуюся часть растворителя вводят после того, как будет пересыпано все количество твердого вещества, предназначенного для растворения.

Большие трудности встречаются при растворении смолистых веществ, так как их размельчить в порошок нельзя. Такие вещества полезно разрезать (если это возможно) на небольшие куски и постепенно вводить в растворитель.

Почти все газообразные вещества способны в той или иной мере растворяться в воде или органических растворителях. Некоторые из них, например, NH₃, HCl, жадно поглощаются водой. Другие же газы (кислород, водород и др.) обладают меньшей или незначительной растворимостью в воде, причем она зависит от температуры воды и внешнего давления, поэтому воду для удаления растворенных в ней газов кипятят.

В химической практике наиболее важны растворы, приготовленные на основе жидкого растворителя. Именно жидкие смеси в химии называют просто растворами. Наиболее широко применяемым неорганическим растворителем является вода. Растворы с другими растворителями называются неводными.

При взаимном растворении жидкостей различаются три случая:

— жидкости практически не растворяются одна в другой, например, вода и масло; при смешивании их они всегда отделяются друг от друга;

— жидкости растворяются одна в другой только в определенных количествах. Например, если смешать воду и эфир, то после взбалтывания и отстаивания раствор разделится на два слоя. Верхний слой представляет раствор воды в эфире, нижний — раствор эфира в воде, причем при определенной температуре концентрации обоих насыщенных растворов всегда имеют определенные значения;

— жидкости растворяются одна в другой в неограниченном количестве. Например, вода и спирт растворяются друг в друге в любом количестве, также ведут себя многие кислоты.

При растворении жидкостей, как и при растворении твердых тел, наблюдается или выделение тепла, или его поглощение. Это явление используют при изготовлении охлаждающих смесей или для химического нагревания.

Нужно также отметить, что иногда при смешивании жидкостей происходит уменьшение объема; если, например, взять 50 объемов воды и 50 объемов спирта, то получится не 100 объемов смеси, а только 96,3 (так называемое явление контракции).

По свойствам вещества можно разделить на два класса: не набухающие при растворении и набухающие.

К первому классу относятся преимущественно вещества, имеющие кристаллическое строение, а ко второму — высокомолекулярные вещества, главным образом органические. При растворении последних в органических растворителях первой стадией процесса всегда будет набухание.

По точности выражения концентрации растворы делят на приблизительные, точные и эмпирические.

Концентрации растворов обычно выражают в массовых (весовых) и объемных (для жидкостей) процентах, в молях или грамм-эквивалентах,