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Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Utilizzo delle carte di controlloUtilizzo delle carte di controlloin cromatografia ionicain cromatografia ionica
Applicazioni pratiche al CNRApplicazioni pratiche al CNR--ISE VerbaniaISE Verbania
ee--mail: [email protected]: [email protected]
http://www.iii.to.cnr.it
C.N.R.Istituto per lo Studio degli Ecosistemi
Verbania Pallanza (Italy)
Gabriele Tartari & Aldo MarchettoGabriele Tartari & Aldo Marchetto
Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
• Campionamento, trasporto e conservazione dei campioniSul campo
In laboratorio
Quality Control
• Formazione del personale.• Validazione dei metodi analitici.• Scelta della strumentazione analitica più adatta e
regolare manutenzione.• Utilizzo di vetreria tarata e di sistemi di dosaggio di qualità.• Elevata purezza dei reagenti e dell’acqua ultrapura, ecc.
QC interno •• Ottimizzazione del metodo e calibrazione.• Bianchi, LOD e LOQ.• Analisi replicate.
•• Archivio dei risultati opportunamente organizzato.• Criteri di valutazione dei risultati (bilancio ioni e conducibilità).
Uso di carte di controllo preparate da standardo da campioni naturali.
•• Analisi di campioni certificati o di altri materiali di riferimento.
• Esercizi interlaboratorio (Proficiency Test).
QC esterno
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Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Carte di controllo - introduzioneLa carta di controllo è un grafico in cui vengono riportati in funzione del tempo i risultati analitici di un campione di riferimento per il controllo di qualità.La fluttuazione dei valori nella carta di controllo consente il monitoraggio continuo e l’interpretazione delle prestazioni della tecnica analitica.
Esistono vari tipi di carte di controllo, le più diffuse sono la carta Shewhart e la carta CUSUM (CUmulative SUM).
In questo contesto tratteremo la carta Shewhart dove sull’asse delle ordinate sono riportate le misure consecutive di xiin concentrazione del campione di controllo, mentre sulle ascisse sono riportati i tempi (o il numero ordinale) in cui le misure sono state effettuate.
Valore NON atteso
Valore NON atteso
Valore atteso
Limite di controllo superiore (+3 SD)
Limite di attenzione superiore (+2 SD)
Limite di controllo inferiore (-3 SD)
Limite di attenzione inferiore (-2 SD)
Linea -1 SD
Linea +1 SD
Linea centrale di riferimento
xi
date o numero ordinale
Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Carte di controllo Shewhart - costruzioneNella costruzione della carta Shewhart i limiti (di controllo e di attenzione) sono vincolati alla precisione (SD o RSD) del metodo a quella concentrazione media (xm) in un laboratorio, questi valori dovrebbero essere indicati nei metodi di riferimento con il termine ripetibilità (non la riproducibilità che invece è la variabilità tra laboratori). Nel caso il metodo sia stato validato internamente al laboratorio si può utilizzare la (SD o RSD) ottenuta in precedenti misure di ripetibilità.
Valore NON atteso
Valore NON atteso
Valore atteso
Limite di controllo superiore (+3 SD)
Limite di attenzione superiore (+2 SD)
Limite di controllo inferiore (-3 SD)
Limite di attenzione inferiore (-2 SD)
Linea -1 SD
Linea +1 SD
Linea centrale di riferimento
xi
date o numero ordinale
In alternativa si possono eseguire analisi replicate (2-3) giornaliere con un minimo di 30 determinazioni, ed utilizzare la SD ottenuta in queste determinazioni preliminari.La carta Shewhart avrà2 aree principali:
1. la regione esterna ai limiti di controllo (valori NON attesi);
2. area interna ai limiti di controllo (± 3 SD = 99,7 %).
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Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Carte di controllo - interpretazioneAll’interno della serie analitica dei dati costituenti la carta di controllo, si possono evidenziare situazioni sotto o fuori controllo statistico, evidenziando cosìsituazioni anomale di scostamenti persistenti attorno al valore atteso. La tabella elenca alcuni valori critici, possibili cause che li hanno generati e decisioni da adottare.
Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Carte di controllo – alcuni riferimenti
ISS.PGA.903.REV00 Istituto Superiore di Sanità. Metodi analitici di riferimento per le acque destinate al consumo umano ai sensi del DL.vo 31/2001. Controllo di qualità. Rapporti ISTISAN 07/31.
APAT IRSA-CNR. 2003. Metodi analitici per le acque. 1040. Qualità del dato analitico. Vol. 1. 1153 pp
A.P.H.A., A.W.W.A., W.E.F. 2005. Standard Methods for the examination of water and wastewater. 1020 B. Quality control. Am. Publ. Health Ass., Washington
ISO 13530:2009. Water quality. Guidance on analytical quality control for chemical and physicochemical water analysis.
ISO 13530/TR:1997. Water quality. Guide to analytical quality control for water analysis.
ISO 82528:1991. Shewhart control charts.
Corsi UNICHIM Costruzione e gestione delle carte di controllo.Materiali di riferimento.Prove interlaboratorio.
Miller J.N. & J.C. Miller. 2005. Statistics and chemometrics for analytical chemistry. Pearson Education Limited. 268 pp.
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Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Carte di controllo della ripetibilitàapplicazioni pratiche al CNR ISE Verbania
La carta di controllo è un campione stabile nel tempo, analizzato per un lungo periodo (da 2 mesi ad 1 anno), dal quale si ottengono elaborazioni grafiche dei dati analitici finalizzate a verificare la ripetibilità (espressa come RSD) delle misure nel tempo, rispetto al suo valore medio di concentrazione.
Tipi di carte di controllo:singolo analita (standard)multi elemento (standard)preparate da acque superficiali stabilizzateacque naturali ad uso potabile acquistate in bottiglia.
Preparazione di un volume adeguato (1÷5 litri):filtrazione se necessaria a 0,2 µmaggiunta di stabilizzanti (cloroformio o acido a pH~4)conservazione in frigorifero al buio a 4°C.
Il valore di RSD atteso viene scelto sulla base di precedenti ripetibilità o dai valori indicati nei metodi di riferimento (generalmente 3÷7 %)
Durante l’utilizzo attenzione agli inquinamenti con la manipolazione.
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L-1
Dati
Media
Esempio di carta di controllo
RSD attesaSD attesaRSD datiSD dati
21,04Media dati20,96 – 21,12
Prime 2 analisi dopo la preparazione del campione (1 litro) da usare come carta di controllo per la determinazione dei solfati.
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mg
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UCL
UWL
Dati
Media
LWL
LCL
Esempio di carta di controlloAlle prime 2 analisi si fissano i limiti di controllo ed attenzione sulla base delle indicazioni contenute nel metodo di riferimento o da esperienze precedenti.
3RSD attesa0,63SD attesa
RSD datiSD dati
21,04Media dati
RSD = SD / media x 100
SD = RSD x media / 100
Ponendo RSD attesa al 3 %
SD = 3 x 21,04 / 100 = 0,63
ISO 10304-1: 2007
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mg
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UCL
UWL
Dati
Media
LWL
LCL
Esempio di carta di controlloFissati i limiti di attenzione (WL) e di controllo (CL) attorno al valore medio, si procede con l’utilizzo giornaliero della carta di controllo.Da questo momento questi limiti NON verranno più cambiati e resteranno indipendenti dall’andamento dei dati introdotti nella carta di controllo.
3RSD attesa0,63SD attesa
RSD datiSD dati
21,04Media dati
+ 3 SD
- 3 SD
- 2 SD
+ 2 SD
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UCL
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Dati
Media
LWL
LCL
Esempio di carta di controlloL’andamento dei risultati giornalieri ci segnalerà le anomalie analitiche, sarànostra cura intervenire per individuare e risolvere i malfunzionamenti.
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Dati
Media
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Esempio di carta di controllo
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mg
L-1
UCL
UWL
Dati
Media
LWL
LCL
3RSD attesa0,63SD attesa2,5RSD dati
0,53SD dati21,12Media dati
17 marzo 201022 aprile 2009
Esempio di carta di controlloLa carta di controllo si considera terminata quando ècirca 1/5 del volume iniziale o quando si evidenziano andamenti non giustificabili analiticamente.
Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Solfati
0
5
10
15
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60mg L-1
R.S.D.
3RSD attesa0,63SD attesa2,5RSD dati
0,53SD dati21,12Media dati
Utilizzo dei risultati della carta di controlloTerminato il periodo di utilizzo in laboratorio della carta di controllo, i valori di SD e RSD ottenuti dai dati e riferiti alla media, possono essere utilizzati come informazione sulla ripetibilità del metodo.
E’ consigliabile “l’eliminazione” di eventuali dati anomali generati da situazioni fuori controllo.
Media 21,12
RSD dati 2,5 %
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Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Solfati
0
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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60mg L-1
R.S.D.
Utilizzo dei risultati della carta di controlloRiportando in questo grafico della ripetibilità (RSD) i dati relativi alle carte di controllo a diverse concentrazioni analizzate per un lungo periodo, si ottiene una rappresentazione della variabilità analitica per questo metodo applicato nel laboratorio.
RipetibilitàCNR-ISE Verbania
laboratorio idrochimicaperiodo 1989 ÷ 2009
Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Esempio di carta di controllo multi elemento in IC. Per la determinazione dei nitrati sono stati utilizzati 2 rivelatori (CDM e UV215 nm).Le determinazioni sono state eseguite su 2 diverse linee analitiche, una con eluente KOH con CDM e UV215, l’altra eluente Na2CO3-NaHCO3 solo CDM.
Esempio di carta di controlloCloruri
3,5
3,7
3,9
4,1
4,3
4,5
4,7
4,9
1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 101
106
111
116
121
126
131
136
141
146
151
156
161
166
171
176
181
186
191
mg
L-1
Solfati
18192021222324
1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 101
106
111
116
121
126
131
136
141
146
151
156
161
166
171
176
181
186
191
mg
L-1
Dati Media UCL UWL LWL LCL
Nitrati (rivelatore CDM & UV)
7,8
8,3
8,8
9,3
9,8
10,3
1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 101
106
111
116
121
126
131
136
141
146
151
156
161
166
171
176
181
186
191
mg
L-1
Ripetibilità CNR-ISE VerbaniaAnioni in Cromatografia Ionica - loop 100 µLCampione analizzato dal 22/04/2009 al 17/03/2010
Cl NO3 CDM N-NO3 UV215 SO4
Statistica mg L-1 mg L-1 mg L-1 mg L-1
Media 4,28 9,16 9,26 21,12Deviazione Standard 0,13 0,23 0,14 0,53S.D attesa 0,13 0,27 0,28 0,63R.S.D. 3,1 2,5 1,5 2,5R.S.D. attesa 3,0 3,0 3,0 3,0Minimo misurato 3,83 8,27 8,83 19,51Massimo misurato 4,60 9,65 9,59 22,43Numero di dati 187 187 155 187UCL Upper Control Limit (massimo accettato) = Media + 3 D.S. attesaUWL Upper Warning Limit (massimo consigliato) = Media + 2 D.S. attesaLWL Lower Control Limit (minimo consigliato) = Media - 2 D.S. attesaLCL Lower Warning Limit (minimo accettato) = Media - 3 D.S. attesa
Inquinamento?
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Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Ripetibilità in cromatografia ionica
Cloruri
0
5
10
15
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
mg L-1
R.S.D.
Nitrati
0
5
10
15
0 10 20 30
mg N L-1
R.S.D.
In verde i dati UV 215 nm
Solfati
0
5
10
15
0 10 20 30 40 50 60
mg L-1
R.S.D.
Sodio
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4 5 6 7 8
mg L-1
R.S.D.
Potassio
0
5
10
15
20
0 2 4 6
mg L-1
R.S.D.
Magnesio
0
5
10
15
20
0 1 2 3 4 5 6 7
mg L-1
R.S.D.
Calcio
0
5
10
15
20
0 10 20 30 40 50
mg L-1
R.S.D.
RipetibilitàCNR-ISE Verbania
laboratorio idrochimicaAnioni: periodo 1989 ÷ 2009Cationi: periodo 1990 ÷ 2009
Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
La ripetibilità nel metodo analitico
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Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
C.N.R. I.S.E.Laboratorio Idrochimica
Verbania Pallanza
Sono campioni di acque superficiali analizzabili per molti elementi inorganici in un ampio intervallo di concentrazioni.I valori in etichetta sono solo indicativi delle concentrazioni di nostro interesse; NON sono standard certificati !
Acquistabili in confezione da 6 o più bottiglie da 0,5 o 1,5 litri, al costo di pochi euro.All’interno dello stesso lotto di produzione le bottiglie si possono ritenere omogenee e confrontabili.Si possono conservare per mesi (o anni ?)Costo trascurabile se confrontato con il costo di standard multi elemento nella stessa matrice acquosa
Queste caratteristiche rendono le acque naturali in bottiglia perfettamente adatte all’utilizzo come carte di controllo
Carte di controllo prodotte da acque naturali
Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Azoto nitrico IC
0,70
0,75
0,80
0,85
1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
mg
N L
-1
Acque naturali in bottiglia - esempi
C.N.R. I.S.E.Laboratorio Idrochimica
Verbania Pallanza
1a bottiglia 2a bottiglia
Azoto nitricodal 28/10/02al 25/08/03media 0,770SD 0,013RSD 1,7 %RSD attesa 2 %
Calciodal 28/10/02al 04/06/03media 5,99SD 0,14RSD 2,3 %RSD attesa 3 %
Calcio IC
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
1 11 21 31 41 51 61 71 81 90 101
111
121
131
141
151
161
171
181
191
mg
L-1
UCL
UWL
Media
LWL
LCL
Dati
1a bottiglia 2a bottiglia
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Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
C.N.R. I.S.E.Laboratorio Idrochimica
Verbania Pallanza
Carta di controllo multielemento per IC, ICP-OES, ecc.analisi eseguita sulla stessa bottiglia per un lungo periodo.
Campione da analizzare periodicamente per tutte le variabili, apertura di una bottiglia ogni 2 settimane
18 bottiglie di acqua naturale analizzate dal 10/9/02 al 13/5/03
Acque naturali in bottiglia - esempi
pH χ20°C T.Alc. Cl SO4 N-NO3 Ca Mg Na K TN Si
µS cm-1 meq l-1 mg l-1 mg l-1 mg l-1 mg l-1 mg l-1 mg l-1 mg l-1 mg l-1 mg l-1
Media di tutti i dati 8,07 70,8 0,544 1,49 5,03 0,776 5,88 3,50 3,43 1,18 0,80 7,60S.D. 0,21 0,6 0,006 0,03 0,06 0,007 0,17 0,03 0,05 0,05 0,03 0,28S.D. consigiata 0,24 2,1 0,016 0,04 0,15 0,023 0,18 0,10 0,10 0,04 0,02 0,23
R.S.D. 3 1 1 2 1 1 3 1 1 4 4 4R.S.D. consigliato 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3Minimo misurato 7,52 69,4 0,535 1,45 4,86 0,762 5,69 3,45 3,37 1,08 0,74 6,98
Massimo misurato 8,26 71,8 0,554 1,58 5,12 0,786 6,23 3,56 3,53 1,27 0,83 7,86Numero di dati 18 18 18 18 18 18 18 18 18 17 13 13Valori in etichetta 8,10 70,0 0,552 1,1 4,7 0,768 5,7 3,4 3,5 1,2 7,80
Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Carte di controllo dei segnali in area degli standardLa carta di controllo applicata al monitoraggio dei segnali in area degli standard in IC, è un valido strumento per:
1. seguire prestazioni e stabilità della linea analitica (colonne e soppressori);
2. evidenziare errori nella preparazione degli standard o progressivi inquinamenti tipici per gli standard a concentrazione più bassa (Cl e Na).
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Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Carte di controllo dei segnali in area degli standard
ST 0,05 ppm
0,030,040,050,060,070,080,09
8/1/
09
9/2/
09
23/3
/09
27/4
/09
18/6
/09
20/8
/09
20/1
0/09
23/1
1/09
11/1
/10
16/2
/10
Are
a lo
op 1
00µl
ST 0,10 ppm
0,07
0,09
0,11
0,13
0,15
0,17
14/1
/09
12/2
/09
24/3
/09
5/5/
09
18/6
/09
22/7
/09
9/9/
09
20/1
0/09
17/1
1/09
11/1
/10
23/2
/10
Are
a lo
op 1
00µl
ST 0,20 ppm
0,150,170,190,210,230,250,27
8/1/
09
11/2
/09
16/3
/09
27/4
/09
10/6
/09
21/7
/09
7/9/
09
13/1
0/09
17/1
1/09
17/1
2/09
3/2/
10
17/3
/10
Are
a lo
op 1
00µl
ST 0,50 ppm
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
8/1/
09
9/2/
09
16/3
/09
22/4
/09
10/6
/09
22/7
/09
9/9/
09
13/1
0/09
17/1
1/09
17/1
2/09
3/2/
10
17/3
/10
Are
a lo
op 1
00µl
ST 2,0 ppm
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
12/1
/09
11/2
/09
16/3
/09
27/4
/09
18/6
/09
22/7
/09
7/9/
09
13/1
0/09
11/1
1/09
14/1
2/09
3/2/
10
15/3
/10
Are
a lo
op 1
00µl
ST 5,0 ppm
4,6
5,1
5,6
6,1
6,6
20/1
/09
17/2
/09
26/3
/09
11/5
/09
2/7/
09
28/7
/09
14/9
/09
20/1
0/09
24/1
1/09
11/1
/10
15/2
/10
Are
a lo
op 1
00µl
Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
0
5
10
15
20
0,0 0,1 1,0 10,0 100,0Concentrazione degli standard (mg L-1)
R.S
.D. a
ree
dei p
icch
i CloruriNitrati CDMNitrati UV 215 nmSolfati
Carte di controllo dei segnali in area degli standardCromatografia Ionica Dionex DX320 - colonne AG19-AS19-ASRS300 loop 100 µL
Aree dei picchi relative al periodo 8 gennaio 2009 – 24 marzo 2010
1
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Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Carte di controllo in Chromeleon 6.8In Chromeleon con una query si possono estrarre i cromatogrammi necessari alla costruzione della carta di controllo (filtro su nome, data, tipo campione, ecc.).
La query viene poi personalizzata con valori imposti o calcolati dai dati selezionati.
Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Car
te d
i con
trol
lo in
Chr
omel
eon
6.8
Esempio della carta di controllo Rip A2-7Valori di riferimento (mg/L): media 21,14 SD 0,634
14
Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Car
te d
i con
trol
lo in
Chr
omel
eon
6.8
Esempio della carta di controllo area standard Cl 2 mg/LValori di riferimento area media (µS min) SD dei dati
Carte di controllo in ICGabriele Tartari 30/3/2010
Conclusioni
Permettono di monitorare diverse fasi dei processi analitici per produrre le informazioni necessarie alla valutazione dell’affidabilità dei risultati.
Permettono di seguire nel tempo l’evoluzione delle metodologie ed assicurarne la confrontabilità nel tempo.
Le carte di controllo sono uno strumento indispensabile per il continuo esame critico e dell’attività analitica.
Le carte di controllo regolarmente applicate nell’analisi di routine, sono un valido strumento per evidenziare derive strumentali, anomalie nella preparazione degli standard ed i conseguenti errori sistematici.