實驗室能力驗證與穩(wěn)健統(tǒng)計技術(shù)

實驗室能力驗證與穩(wěn)健統(tǒng)計技術(shù)第1頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六實驗室能力驗證通過實驗室間比對確定實驗室的檢測能力。實驗室間比對：就是按照預(yù)先規(guī)定的條件，組織二個或多個實驗室對相同或類似的樣品進行檢測或測量，并且評定其結(jié)果。能力驗證由中國實驗室國家認可委員會（CNAL）組織與實施。實驗室能力驗證后，由CNAL頒發(fā)證書，并發(fā)布，亞太實驗室認可合作組織APLAC互認。能力驗證由實驗室自愿申請參加。國家級實驗室必須參加。正逐步在各行業(yè)展開，已完成60多項全國性的實驗室能力驗證計劃。能力驗證是監(jiān)控實驗室能力的有效手段，是實驗室認可技術(shù)的有效補充，是國際互認的基礎(chǔ)。能力驗證根據(jù)Z比分數(shù)判斷結(jié)果。結(jié)果分為滿意、合格、離群（證書上不列出）第2頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六能力驗證分類

能力驗證計劃：由實驗室認可機構(gòu)或其他機構(gòu)組織和實施的實驗室間比對。根據(jù)實驗室提交的結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理，對每個參加實驗室的結(jié)果給予評定。

校準(zhǔn)能力驗證計劃：在ISO/IEC指南43中稱為測量比對能力驗證計劃，其目的是將實驗室的結(jié)果與已知具有高準(zhǔn)確度水平的參考實驗室的結(jié)果進行比對，以檢驗實驗室在其認可的準(zhǔn)確度水平內(nèi)校準(zhǔn)儀器設(shè)備的能力。檢測能力驗證計劃：通過一個檢測計劃，將實驗室的結(jié)果與所有參加實驗室的公議值進行比對，以評定實驗室完成檢測項目的能力。要求足夠數(shù)量的實驗室參加比對。第3頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六能力驗證的用途能力驗證是實驗室質(zhì)量保證的手段之一。通過能力驗證這種外部措施，補充實驗室內(nèi)部的質(zhì)量控制程序。按照ISO/IEC17025“檢測和校準(zhǔn)實驗室能力驗證的通用要求”，通過二種方法評定實驗室的技術(shù)能力，一是現(xiàn)場評審，另一個是能力驗證，這是二種互為補充的評定技術(shù)。即使實驗室獲得了認可，能力驗證也是監(jiān)督實驗室維持其認可項目有效性的一種手段。對參加能力驗證活動獲滿意的實驗室，可以在CNAL的任何評審中免除相同項目的現(xiàn)場試驗。第4頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六實施能力驗證計劃步驟：

◆能力驗證計劃的組織和設(shè)計；◆樣品的制備和均勻性檢驗；◆分發(fā)測試樣品、作業(yè)指導(dǎo)書以及結(jié)果報表；◆實驗室按作業(yè)指導(dǎo)書的要求進行試驗；◆實驗室反饋結(jié)果給實施單位；◆數(shù)據(jù)處理—穩(wěn)健統(tǒng)計方法；◆能力評定—Z比分數(shù)值；◆分發(fā)結(jié)果通知單和最終結(jié)果報告；◆與實驗室溝通；◆實驗室出現(xiàn)有問題和不滿意結(jié)果的糾正措施以及確認。第5頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六檢測能力驗證計劃分類：要求提供給實驗室的檢測物品之間的所有差別降至最小。因此結(jié)果的變異性主要有兩個來源:實驗室間的變異（包括測量方法間的變動）和一個實驗室內(nèi)部的變異。在這兩種類型的變異上來進行評價和提供反饋。第6頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六能力驗證的樣品

參加能力驗證實驗室所用的試樣應(yīng)均勻一致，穩(wěn)定可靠。

確保能力驗證中出現(xiàn)任何可疑結(jié)果或離群結(jié)果不能歸于試樣之間的變異，而是實驗室之間能力差異所造成。當(dāng)然，還希望通過能力驗證計劃獲得盡可能多的信息，如測定項目的重復(fù)性、再現(xiàn)性、產(chǎn)生的偏差的原因等。能力驗證實驗的樣品一般有二種：1、均一樣品對：二個樣品完全相同?？蓹z驗實驗室是否處于受控狀態(tài)。2、分割水平樣品對：二個類似但略有差別的樣品。測定條件均相同。第7頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六測試樣品的均勻性檢驗：

測試樣品按照CNAL/AG04-02《能力驗證樣品均勻性評價指南》要求進行，主要采用單因子方差分析，這是均勻性檢驗的基本方法。該法也稱為F檢驗，基本方法如下：Q1/v1為樣品間的均方差，Q2/v2為樣品內(nèi)的均方差。V1、v2為自由度，數(shù)據(jù)個數(shù)－1測試樣品的穩(wěn)定性檢驗:

若F<Fα說明樣品均方差無顯著性差異，樣品均勻(α可取0.05）

若F>=Fα說明樣品均方差有顯著性差異，樣品不均勻，需要重新混合樣品再分裝，再進行均勻性檢驗。第8頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六穩(wěn)健統(tǒng)計方法（Robust統(tǒng)計）能力驗證中的統(tǒng)計分析仍建立在實驗結(jié)果服從正態(tài)分布基礎(chǔ)上。對同一被測量一組有限次測定數(shù)據(jù)xi(i=1,2‥,n),一般統(tǒng)計方法采用算數(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)方差、變異系數(shù)進行描述。但這些參數(shù)的計算會受到測定數(shù)據(jù)中離群值的影響。對各實驗室能力評價與對比時必須排除受離群值的影響。（當(dāng)然，可采用多種方法除去離群值，但計算煩瑣，有的還需要查表，并反復(fù)檢驗）能力驗證中的數(shù)據(jù)處理采用穩(wěn)健統(tǒng)計方法。其主要統(tǒng)計量有：中位值、標(biāo)準(zhǔn)化四分位距、穩(wěn)健Z比分數(shù)、穩(wěn)健變異系數(shù)等。這些統(tǒng)計量受離群值影響小，可將離群值對統(tǒng)計結(jié)果的影響降至最低，故稱為穩(wěn)健統(tǒng)計。穩(wěn)健統(tǒng)計無需進行剔除數(shù)據(jù)處理，還適應(yīng)測定數(shù)據(jù)不是很好的正態(tài)分布情況。理論上能力驗證的結(jié)果應(yīng)服從正態(tài)分布，但實際上數(shù)據(jù)中會出現(xiàn)一些極端值，或者整個數(shù)據(jù)呈不對稱的偏態(tài)分布。由于采用穩(wěn)健統(tǒng)計技術(shù)處理數(shù)據(jù)，對于能力驗證計劃的結(jié)果只要求近似于正態(tài)分布。穩(wěn)健統(tǒng)計方法一般要求有15-20個以上實驗室參加，每個樣品至少重復(fù)測試2次。如結(jié)果數(shù)較少（如小于10個），則穩(wěn)健統(tǒng)計結(jié)果的準(zhǔn)確性較差，則不能采用穩(wěn)健統(tǒng)計方法對結(jié)果進行統(tǒng)計，而與專家實驗室公議值（高水平實驗室測量結(jié)果的統(tǒng)計值）進行比較。第9頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六中位值(xm）：由小到大排列的n個測量值，屬于中間位置的測量值稱為中位值。當(dāng)n為奇數(shù)時，中位值為（n+1)/2個次序測量值；當(dāng)n為偶數(shù)時為n/2與(n+1)/2次序值的算術(shù)平均值。

Q1——下四分位間距，即數(shù)據(jù)組中有四分之一數(shù)據(jù)比它小，Q1的次序量為（n+3）/4，當(dāng)Q1和Q3的次序量不是整數(shù)時，由相鄰二個數(shù)據(jù)值內(nèi)插而得。Q3

——上四分位間距，即數(shù)據(jù)組中有四分之一數(shù)據(jù)比它大，Q3的次序量為（3n+1）/4；標(biāo)準(zhǔn)IQR——表示數(shù)據(jù)分散程度的量度，類似于標(biāo)準(zhǔn)偏差。標(biāo)準(zhǔn)IQR=0.7413×(Q3-Q1)式中：0.7413——從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布導(dǎo)出，四分位間距轉(zhuǎn)換為一個標(biāo)準(zhǔn)偏差的系數(shù)；第10頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六統(tǒng)計量Z比分數(shù)計算

能力驗證結(jié)果用穩(wěn)健Z比分數(shù)進行評判。單一水平的能力驗證試驗，Z比分數(shù)計算：式中：Xi－某試驗室測定結(jié)果。（最好是兩次測定結(jié)果的平均值）；M（X）—所有結(jié)果穩(wěn)健統(tǒng)計出的中位值；標(biāo)準(zhǔn)IQR(X)—所有結(jié)果穩(wěn)健統(tǒng)計出的標(biāo)準(zhǔn)化四分位間距。第11頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六若結(jié)果對是從A和B兩個樣品中獲得，則每個結(jié)果對的標(biāo)準(zhǔn)化和S以及標(biāo)準(zhǔn)化差D按下式計算：若樣品A的中位值>樣品B的中位值，則若樣品B的中位值>樣品A的中位值，則第12頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六將所有結(jié)果對的標(biāo)準(zhǔn)化和S排序，求得標(biāo)準(zhǔn)化和S的中位值M(S)及標(biāo)準(zhǔn)IQR(S)，然后計算每個實驗室的實驗室間Z比分數(shù)ZBi：將所有結(jié)果對的標(biāo)準(zhǔn)化差值D排序，按上述方法求得標(biāo)準(zhǔn)化差值的中位值M(D)及標(biāo)準(zhǔn)IQR(D)，然后計算每個實驗室的實驗室內(nèi)Z比分數(shù)ZWi:顯然Z比分數(shù)ZB的大小反映了實驗結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化和S對其中穩(wěn)健位值M(S)的偏離程度。Z比分數(shù)ZW的大小反映了實驗結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化差D對其中穩(wěn)健位值M(D)的偏離程度。某實驗室的ZB或ZW越小，說明對中位值偏離越小，實驗?zāi)芰υ綇?，某實驗室的ZB或ZW越大，說明對中位值偏離越大，實驗?zāi)芰υ讲?。?3頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六結(jié)果數(shù)量—從一個特定檢測/樣品中得到的結(jié)果的總數(shù)，符號為N。穩(wěn)健CV—一個變異系數(shù)（它可供比較不同樣品測試中的變異性時使用），它等于標(biāo)準(zhǔn)IQR除以中位值.。用百分比表達即：穩(wěn)健CV=100%×標(biāo)準(zhǔn)IQR/中位值。最小值—最低值（即X1）。最大值—最高值（即XN）。全距—它們之間的差值（即XN-X1)。第14頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六例如：現(xiàn)有13個數(shù)據(jù)按由小到大的順序排列如下，53.8，55.4，56.6，56.9，57.5，58.2，59.3，59.8，60.1，61.0，61.4，61.5，62.1中位值次序量=（13+1）/2=7，中位值為59.3Q1次序量=（13+3）/4=4，Q1＝56.9Q3次序量=（13×3+1）/4=10，Q3＝61.0IQR=Q3-Q1=61.0-56.9=4.1標(biāo)準(zhǔn)IQR=0.7413×IQR=3.04數(shù)據(jù)總數(shù)為13，最小值＝53.8，最大值＝62.1，全距＝62.1-53.8＝8.3穩(wěn)健CV＝3.04×100％/59.3=5.13%該列數(shù)據(jù)的平均值為58.74，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.58與穩(wěn)健法的中位值59.3和標(biāo)準(zhǔn)IQR3.04較為接近。

若第3個數(shù)據(jù)56.6錯寫為5.66，則中位值和標(biāo)準(zhǔn)IQR均未變動，但平均值變?yōu)?4.82，標(biāo)準(zhǔn)偏差變?yōu)?4.98。上述例子說明穩(wěn)健法能很好抵御極端結(jié)果的影響。第15頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六對實驗室能力結(jié)果的評價根據(jù)Z比分數(shù)來評判實驗室結(jié)果。|Z|≤2為滿意結(jié)果；2＜|Z|＜3為有問題結(jié)果；|Z|≥3為不滿意（離群）結(jié)果。這個離群標(biāo)準(zhǔn)Z>3的置信度約為99%。即在測定結(jié)果中容易出現(xiàn)問題的概率有1%。類似的，Z比分數(shù)減為2的置信度約為95%。當(dāng)實驗室的Z比分數(shù)處在此區(qū)間（即2<Z<3）時,實驗室“認真檢查”測定結(jié)果。第16頁，共17頁，2023年，2月20日，星期六|ZB|≥3說明試驗中存在較大的系統(tǒng)誤差。正（即ZB≥3）通常表明測定結(jié)果對的標(biāo)準(zhǔn)化和S顯著偏高，負值（即ZB≤-3）通常表明測定結(jié)果對的標(biāo)準(zhǔn)化和S顯著偏低。|ZW|≥3說明試驗中存在較大的隨機誤差。正值（即ZW≥3）通常表明其