【金秋计划】标准样品的稳定性如何判断

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2024/09/13

私聊

实验室建设

一、标准样品的稳定性

根据标准样品技术的基本理论，在测量、确定标准样品特性值时，该值的测量不确定度是由三个互相独立的分量合成的。

这就是：
测量方法引入的测量不确定度分量、瓶-瓶之间非均匀性引入的测量不确定度分量和随时间变化样料不稳定性引入的测量不确定度分量。由于标准样品在运输过程中或贮存在仓库期间内时，标准样品的特性值可能会随运输条件的变化或在规定的贮存条件下随时间的改变而变化。在标准样品技术领域内，我们把在合适的运输条件下，在运输期间标准样品特性的变化程度称为短周期稳定性（short-termstability）；把保存在合适的贮存条件下，标准样品特性随时间变化的程度称为长周期稳定性(long-termstability)。

为此，在研制标准样品的过程中，必须进行短周期稳定性研究，目的就是通过试验分析，研究确定标准样品合适的运输条件。即确保在规定的运输条件下分发标准样品时，由于运输引起的标准样品特性变化不会增加其特性标准值的测量不确定度。

同时也必须进行长周期稳定性研究，目的就是通过试验分析，研究确定两个问题：
一是标准样品合适的贮存条件；

二是在这种贮存条件下，标准样品特性标准值保持有效的时间周期。即确保有效期内，在规定的条件下贮存标准样品时，标准样品特性变化不会增加其特性标准值的测量不确定度。

如果更深入一步研究、分析标准样品稳定性研究的内在机理，还可以发现如下两种情况：
第一种情况是：
所有的样料均匀的随时间（或运输条件）发生变化。表现形式为：虽然整批样料的特性值发生了变化，但在每个选定的检测时间点，标准样品特性标准值的一致性很好。也就是说，在不同的时间点标准样品的特性标准值不相同，但在任何特定的一个时间点，该批标准样品的特性标准值则是一致的。

这种情况的特征是：
在任何一个检测时间点，整批标准样品的样料仍然保持均匀，只是每个检测点标准样品特性的标准值发生了变化，而相应的测量不确定度则没有发生变化。

第二种情况是：
在每一个检测时间点，整批样料发生的变化不均匀（同一瓶内有的样料发生了变化，有的没有变化，即瓶内均匀性发生了变化；或有的瓶内样料发生了变化，有的瓶没有变化，即瓶-瓶之间均匀性发生了变化），表现形式为：在任何一个检测时间点，标准样品的样料均匀性发生了变化，因此相应的特性标准值和测量不确定度都发生了变化。

由此可以看出：
稳定性问题从本质上讲，就是研究随时间变化标准样品均匀性变化的问题。

因此我们可以根据此原理把稳定性研究分为三种类型：

第一类是样料随时间变化而均匀发生变化的情况。这时可以通过稳定性研究，找出样料特性值变化与时间的相关关系，采用《回归分析》方法，研究寻找出合适的回归方程，如果能获得回归方程，就可以对标准样品的稳定性变化进行预测。

第二类是样料随时间变化而发生不均匀变化的情况。可以通过稳定性研究，判断、确定每个检测时间点标准样品特性的标准值变化是否在相应的测量不确定度范围内，判断的统计检验方法为F检验或t检验。

第三类是运输条件稳定性研究。由于在实际运输中，运输环境、条件常常比较严酷且不能避免，此时稳定性研究的目的就变为寻找运输条件引入的测量不确定度，然后在标准样品特性值的测量不确定度中附加上这个测量不确定度分量。

二、标准样品稳定性检验方案的选择
标准样品稳定性研究方案选择的依据是上述稳定性研究分析的内在机理，到目前为止，在标准样品技术领域内提出了两种基本的稳定性检验方案：
——传统的稳定性检验方案；

——同步稳定性检验方案。第一种是传统稳定性研究方案。
这种方案是：假设在理想条件下，对同时制备的各瓶样品按预先规定的时间顺序，逐瓶进行检测，并通过对检测数据的统计分析确定标准样品的有效期限。

很明显，采用这种方案会产生两个问题：
一是由于是在不同时间进行检测的，所以这时的检测条件基本上可以说是复现性条件。也即虽然采用的是同一检测方法、同一个操作人员、同一台仪器；但是由于随着时间的变化，仪器的准确度水平、操作人员操作手法、检测环境条件也在变化，所以检测方法的测量不确定度也在变化。所以这时即使样料是稳定的，但在每一个特定检测时间点，检测样料所获得的测量不确定度可能会比定值时获得的测量不确定度值要大。这时，我们就难以判断这种测量不确定度的增大究竟是样料变化引起的还是检测方法条件的变化引起的；

二是这种方案的前提条件是样料变化必须是均匀的，如果出现上述瓶内或瓶-瓶之间样料变化不均匀，则在每个特定检测时间点，检测样料所获得的检测数据就可能没有代表性。当在某个检测点，采样得到的正好是没有变化的样料时，我们就可能把整批稳定性不合格的样料误判为合格。

检测时间	测定值（单位dl/g）
2015年4月	0.6432
2015年8月	0.6431
2015年12月	0.6421
2016年4月	0.6433
2016年8月	0.6434
2016年12月	0.6422
2017年3月	0.6436
2017年6月	0.642
2017年9月	0.6421
2017年12月	0.6426
2018年4月	0.642

通过观测分析，数据不存在明显的倾向趋势。按计算：测定值应在（0.6428-0.0012）dl/g～（0.6428+0.0012）dl/g，即：0.6416dl/g～0.6440dl/g之间。现在数据满足要求，判定为有效。又因为该标准样品样料制备时间为2013年1月，所以可以确认：该样料的粘度特性，在规定的贮存条件下，至少在5年中是稳定的。

为了解决这些传统稳定性研究方案的缺陷，目前国际上提出了一种新的稳定性研究方案——同步稳定性研究方案。同步稳定性研究方案理论上可以解决上述两个缺陷。同步稳定性研究方案与传统稳定性研究方案的差异是：在同步稳定性研究方案中，设计安排在每一个特定检测时间点同时对几瓶样料进行检测。这样一来，对每一个检测时间点而言这几瓶样料的检测就是重复性条件。因为对任何一个特定的时间点，时间变化引入的干扰对每瓶样料和测量方法都是相同的。又由于在每个特定的检测时间点同时检测几瓶样料，这样就避免了采样没有代表性的问题。由此可以看出：同步稳定性研究方案从理论上讲，确实可以克服传统稳定性研究方案中的两个缺陷，更科学合理地反映了实际情况。但是采用同步稳定性研究方案提出的时间短，缺乏实践经验；同时在实施的过程中，由于需要的样品比较多，费用相对来说也就比较大（按每一个特定检测时间点，同步进行3～5瓶计算，所需样料和检测费用就比传统稳定性研究方案要多3～5倍）。3
稳定性检验的程序
两种稳定性研究方案的步骤是相同的，差异仅仅表现为：在每个特定的检测时间点，试验瓶数以及相应的数据统计处理方法不同，典型的程序如下：

（1）研究策划稳定性研究方案。选择统一的检测方法、制订具体检测步骤、考核确定检测人员、监督人员；按标准样品研复制时间要求，规定稳定性研究的检测时间点（例如：研制时间为两年，每隔6个月进行一次稳定性检测）、每个检测时间点重复性检测次数（如果是传统方案，每瓶重复性检测3次；如果是同步方案，每次重复性检测5瓶，每瓶重复性检测3次）等；

（2）按稳定性研究方案的要求，按规定的检测时间点，依次进行检测；

（3）对检测获得的数据进行评估，首先检查这些数据的有效性，然后检查这些数据是否呈现一定的趋势变化；

（4）当每个检测时间点的特性值变化趋势明显时，可采用经验线性数学模型进行回归分析；当无法直观看出变化趋势而特性值变化比较大时，可采用F检验来确定各个时间点特性值变化的显著性；当每个检测时间点特性值变化比较大时，采用t检验确定每个检测时间点各瓶特性值的一致性程度是否在规定的范围之内；

（5）给出稳定性研究结论。

4、实例
根据国家标准样品GSB10-1332-2000《纤维级聚脂切片标准样品》，以某实验室对其中粘度进行跟踪稳定性研究的数据。该标准样品粘度标准值为0.6428dl/g，置信率为95%时的扩展测量不确定度为0.0012dl/g。采用传统稳定性研究方案，按程序判断其有效性