Des tests métrologiques effectués correctement et régulièrement augmentent considérablement la sécurité des mesures de masse, ce qui est de la plus haute importance dans l'industrie pharmaceutique. Pour cette raison, la deuxième partie de notre article sera consacrée à la méthodologie des tests métrologiques. Avant de faire cela, cependant, nous décrirons comment se préparer à de tels tests.

Préparation aux tests

Avant de commencer les tests, une connaissance de la balance, des masses étalons et de la méthodologie est requise. Cela permettra de concevoir un cycle de recherche qui donnera une réponse sans ambiguïté quant à la précision et l'exactitude des mesures.

Balance

Chaque balance a ses propres paramètres qui déterminent dans une certaine mesure à quelle vitesse et avec précision la mesure peut être effectuée. Les réglages d'usine garantissent un fonctionnement correct de la balance dans des conditions de laboratoire typiques, c'est-à-dire une température d'environ 20 °C, une humidité relative de l'air d'environ 40%. Il convient de noter que l'optimisation en usine du fonctionnement de la balance est effectuée en observant le processus de pesée des étalons de masse. Lors de la pesée en laboratoire, des éléments complètement différents sont utilisés, tels que des flacons, des béchers, des récipients de pesée, etc. Par conséquent, un léger ajustement des paramètres de la balance est parfois nécessaire, en tenant compte de la spécificité du processus réel. Dans les balances Radwag, une telle optimisation peut être effectuée lors des contrôles de routine et dans le processus de validation. Il existe essentiellement deux manières principales d'optimiser:

• optimisation de la vitesse,
• optimisation pour les mesures de précision.

Figure 9. XA 21.4Y.A PLUS – application stents

Méthode de filtrage du signal de mesure:

• très rapide / rapide
• en moyenne
• lent / très lent

Critère de stabilité:

• rapidement
• rapidement et avec précision   
• exactement  

L'optimisation de la vitesse de mesure de masse, par définition, peut générer une précision et une précision légèrement inférieures de la mesure. Elle résulte du fait qu'un résultat de pesée stable est défini par:

• temps d'observation court et
• grande variabilité du résultat de pesée, qui peut être considéré comme un résultat stable

Lors de l'optimisation d'un processus de pesage pour une précision parfaite, les éléments suivants sont généralement utilisés:

• longue durée d'observation du signal de mesure à
• très faible variabilité du résultat de pesée.

Précisons que pour les balances avec un échelon élémentaire d = 1mg, comme PS 1000.X2 (Fig. 10), il n'y a pratiquement pas de différences significatives de temps de mesure ou de précision de pesée avant et après optimisation. En revanche, des différences significatives sont visibles dans le cas des balances avec  un échelon élémentaire inférieur à 0,1 mg, par exemple les microbalances de la série MYA 4Y.

Figure 10. PS 1000.X2 – mesure de masse avec une précision de 1 mg
Code produit: WL-218-0026

La recherche d'une solution idéale pour la rapidité et la précision du pesage doit prendre en compte les exigences réelles du processus réalisé en laboratoire. Ceci est évident non seulement lors de la sélection d'une balance pour le processus, mais permet également d'économiser du matériel de recherche, qui peut être coûteux. La dépendance théorique du temps et de la précision des mesures de masse pour une balance de laboratoire typique à haute résolution est illustrée à la figure 11.

Figure 11. Optimisation des paramètres de balance

Le temps de mesure le plus court pour la plupart des balances, en particulier celles avec un échelon élémentaire dans la plage de 0,01 mg 0,0001 mg entraînera une moins bonne précision de la mesure. Pour cette raison, ce mode de fonctionnement n'est pratiquement pas utilisé. Le temps réel de mesure dans la plupart des balances de laboratoire est compris entre 2 et 15 secondes, selon la valeur de l'unité de la balance. L'absence de définition normative du terme « temps de mesure » se traduit par l'apparition de divers termes qui visent à renforcer le message marketing lié à un produit donné, plutôt qu'à fournir une information objective.

Masses étalons

La mesure de la substance nécessite une vérification préalable de l'exactitude des indications de la balance. À cet effet, un ajustage de la balance est effectué (voir chapitre 4) ou les indications de la balance sont comparées à la masse étalon qui est la charge sur la balance. Dans chaque cas, des informations sont obtenues sur la précision avec laquelle la masse d'une substance peut être mesurée.

Lors du contrôle périodique des balances, personne ne se demande s'ils utilisent une masse étalon ou un poids. Cette approche présente le mécanisme le plus simple pour l'utilisation des méthodes et des instruments pour déterminer l'état technique du dispositif (balance). Il existe plusieurs différences importantes entre les poids et les masses standard:

• la masse nominale des poids est fixée de manière normative, et les masses étalons peuvent être arbitraires,
• la forme des poids est définie avec précision (OIML R111-1) et la forme de la masse étalon peut être arbitraire. Il est également sélectionné pour l'application prévue dans le cas des balances électroniques, où la masse d’ajustage interne a une forme adaptée à la structure de la balance,
• une masse étalon peut être tout objet constitué d'un matériau garantissant la stabilité de la masse dans le temps, présentant des caractéristiques d'identification, disposant d'un certificat d'étalonnage avec la masse déterminée, l'incertitude d'étalonnage spécifiée et des informations sur la traçabilité de la mesure.

La notation ci-dessus montre que chaque poids peut être une masse étalon (un étalonnage est nécessaire), mais tous les masses étalons ne peuvent pas être un poids, par exemple des dimensions géométriques incorrectes.

Figure 12. Poids et masse étalon – processus d'étalonnage

Actuellement, la procédure d'étalonnage des masses étalons au Laboratoire de mesure de Radwag est effectuée automatiquement, à l'aide de comparateurs de masse automatiques et d'un logiciel RMC dédié. Les deux composants sont des solutions exclusives de la société Radwag, grâce auxquelles une très grande précision et précision dans ces processus sont obtenues.

Figure 13. Ensemble de masses étalons
Code produit: OK-501-0026

Méthodologie des tests

Au départ, il faut préciser que chaque balance peut être contrôlée de différentes manières, mais cette approche est fondamentalement erronée (trop d'informations à traiter, consommation de main d'œuvre, coûts). Le nombre de tests doit être réduit au minimum, n'obtenant ainsi que les informations nécessaires pour déterminer l'état de la balance (fonctionnel / non opérationnel). En revanche, le résultat de la mesure sans commentaire est inutile, donc lors de la planification de la recherche, vous devez définir:

• propres attentes quant au respect des limites critiques (normatives, références industrielles pour le paramètre testé, par exemple la précision de l'analyse selon USP 41),
• une méthode d'essai adaptée au domaine d'application de la balance,
• ce que le résultat du test signifie pour les processus effectués en laboratoire,
• quels facteurs peuvent potentiellement affecter le résultat du test.

Il n'est pas recommandé d'étendre excessivement les procédures de contrôle ainsi que d'effectuer des tests complexes à haute fréquence. Il est à noter que certaines procédures de contrôle peuvent être effectuées automatiquement à l'aide de fonctions internes de la balance, telles que le rapport d’ajustage de la balance, l'Autotest BPL. Le premier affichera la précision de pesage, le second affichera la précision de pesage.

Dans les deux cas, la masse d’ajustage interne est utilisée. Une description plus détaillée de ces procédures est fournie plus loin dans l'étude.

Figure 14. XA 82/220.4Y PLUS – pesage des poudres. Rapport BPL
Code de produit: WL-107-1029

Rappelons que du point de vue des Systèmes de Management de la Qualité, les procédures de contrôle doivent être un outil de processus d'amélioration, d'analyse des risques qui doit être réalisée dans chaque organisation (PDCA).

Exactitude et précision des mesures  

Le concept de précision des indications est assez large et regroupe tous les facteurs qui influencent le résultat de la pesée. Ces facteurs comprennent l'erreur due à la linéarité, la répétabilité, l'excentricité et les changements de sensibilité. La somme de ces éléments peut rendre l'indication de la balance inexacte.

La précision d'un mesurage est la convergence entre la valeur mesurée et la valeur vraie du mesurande, c'est-à-dire la valeur à mesurer (source: ISO/IEC Guide 99 Dictionnaire International de Métrologie. Concepts de base et termes liés au VIM). Le terme «précision de mesure» ne désigne pas une quantité (elle n'est pas exprimée en nombre). La mesure est plus précise lorsque l'erreur associée est plus petite (Fig. 15).

Figure 15. Exactitude des mesures

L'erreur liée à la mesure numéro 2 (valeur 11) est supérieure à l'erreur de mesure numéro 1 (valeur 5), donc la mesure numéro 1 est plus précise. Exemple:

• masse étalon 50.000165 g (certificat d'étalonnage)
• affichage du poids 50.0004
• erreur de précision d'indication de la balance 50.000165 - 50.0004 = -0.000235 g = -0.0002g
• la pesée d'un échantillon de masse voisine de 50 g est effectuée avec une erreur d'environ -0,2 mg.

La précision de mesure est la convergence entre les indications ou valeurs mesurées des valeurs obtenues lors de la répétition de mesures sur un même objet sous certaines (mêmes) conditions. La précision d'une mesure s'exprime en termes d'imprécision telles que l'écart type, la variance, le coefficient de variance. Plus la précision est faible, plus la valeur de l'écart type est grande. Le tableau 2 montre deux séries de mesures avec la même valeur moyenne mais une précision de mesure significativement différente.

Répétabilité des indications – précision des mesures

La précision dans des conditions constantes est une caractéristique constante de la balance, de sorte que la détermination de ces relations permet de déterminer dans quelle mesure la mesure de la masse ne dépasse pas les limites fixées pour la probabilité appliquée.

Figure 16. Interprétation de l'écart type – la régle des 3 sigm.

Précision des mesures des balances et microbalances  

Le résultat du test de précision de mesure dépend de trois facteurs, tels que la stabilité thermique de la balance et de l'environnement, les compétences de pesage correctes (opérateur) et la méthode de test utilisée. La prise en compte de ces facteurs est la première étape de la mise en place de tests objectifs. Les tests de précision pour deux balances avec des divisions élémentaires différentes sont présentés ci-dessous. Les résultats ont été comparés aux exigences légales (OIML R 76) et aux limites en vigueur dans le Contrôle Qualité de Radwag.

Figure 17. AS 82/220.R2 PLUS
Code de produit: WL-104-1051

Commentaire

La précision des mesures pour les balances AS 82 / 220.R2 PLUS répond aux exigences de l'OIML R 76 et aux exigences du Système de Gestion de la Qualité du Département de Contrôle de la Qualité de Radwag.

La valeur minimale de l’échelon de vérification (e) selon OIML R 76 est de 1 mg. La valeur de l’échelon élémentaire (d) de la microbalance est de 1 g. Dans la plage de pesée initiale, l'erreur de précision maximale tolérée (MPE) est de 0,5 de la valeur de l’échelon de vérification, soit 0,5 mg. Selon ces directives, l'erreur de mesure de la masse peut donc aller jusqu'à 0,000500 g. Pour cette raison, les paramètres métrologiques des microbalances sont testés selon l'orientation juridique (OIML) n'est pas recommandée.

Figure 18. Microbalance MYA 5.4Y PLUS
Code de produit: WL-101-0203

Excentricité

Pour la majorité des balances de laboratoire produites par Radwag, l'erreur d'excentricité est d'environ 3 échelons élémentaires. Lors de l'évaluation, un étalon standard ½ charge max de la balance est utilisé.

Figure 19. Sites témoins pour le test d'excentricité

Erreur différentielle d'excentricité     

L'erreur d'excentricité différentielle est l'écart qui se produit entre le résultat de la pesée de l'étalon aux étapes 2 5 et le résultat obtenu en pesant le même étalon en position médiane 1 (fig. 19). Formule

= Ecc = I₍₁₎ – I_(i)

où:

Ecc  – erreur d'excentricité différentielle

I (i)   – indication pour le point suivant (2, 3, 4, 5)

I (1)  – indication pour la position centrale

Figure 20. Balance AS 220.X2 – test d'excentricité

L'excentricité est constante, vous n'avez donc pas besoin de la tester trop souvent. En pratique, le test de l’excentricité de la balance n'est valable que lorsque les échantillons sont pesés avec des masses importantes (plus de ½ Max). Pour les petites masses, ce paramètre n'est pas pertinent - l'effet de répétabilité est dominant. Alors, faut-il contrôler ce paramètre?

Certes, ce paramètre doit être vérifié après l'installation de la balance. Le résultat du contrôle donnera la réponse si le transport de la balance n'a pas modifié ses caractéristiques. Pendant l'utilisation, ce paramètre a une valeur constante, le contrôle doit donc être périodique (avec un intervalle long, par exemple tous les quelques mois)

Linéarité   

Ce paramètre définit la différence entre le résultat de pesée et la valeur de référence représentée par la masse étalon. L'évaluation couvre l'ensemble de la plage de mesure, mais peut parfois être limitée à une partie seulement de celle-ci. La balance idéale est celle qui permet une «pesée précise», c'est-à-dire une balance dans laquelle le résultat de la pesée de l'étalon correspond exactement à sa valeur indiquée dans le certificat d'étalonnage. Un exemple de pesée précise est représenté par la ligne en vert, la non-linéarité est une ligne pointillée. (fig. 21).

Figure 21. Linéarité de l'équilibre – balance idéale

L'existence d'une non-linéarité de la balance peut être le résultat d'erreurs dans les masses étalons utilisés lors de l’ajustage en usine, d'imperfections des méthodes de mesure, des capacités métrologiques de la balance et d'erreurs de l'opérateur. En fait, l'écart de linéarité inclut également d'autres erreurs, etc., provenant de la précision ou de l’ excentricité de la mesure. On peut conclure que la plage de pesée détermine quels composants supplémentaires sont inclus dans le budget d'écart de linéarité. Lorsque la masse de l'échantillon se situe dans la plage de ½ de la charge maximale, les éléments suivants peuvent avoir un impact significatif sur l'écart de linéarité mesuré:

• la précision de la mesure, c'est-à-dire la répétabilité (influence de l'environnement, des compétences, etc.)
• erreur type, incertitude trop élevée dans la détermination de la masse étalon, de la pureté de l'étalon, etc.

Lorsque la masse de l'échantillon se situe dans la plage Max ÷ Max, les éléments suivants peuvent avoir une influence significative sur l'écart de linéarité:

• la précision de la mesure, c'est-à-dire la répétabilité (influence de l'environnement, des compétences, etc.)
• erreur d'excentricité
• erreur type, incertitude trop élevée dans la détermination de la masse étalon, de la pureté de l'étalon, etc.

Nous essayons toujours de réduire ces erreurs grâce à une méthodologie appropriée, etc., des supports spéciaux pour les récipients de pesage (voir point 3), la surveillance de l'environnement de travail, la formation du personnel, etc., ses erreurs potentielles doivent être prises en compte, ce qui contribuera à maintenir la sécurité des processus en laboratoire.

L'analyse des écarts de linéarité de la balance doit également prendre en compte le fait que le pesage d'objets réels tels que des poudres, des flacons, des récipients, des dés à coudre peut être grevé d'une erreur plus importante. Les sources de cette erreur sont l'instabilité de l'échantillon (absorption/ désorption), la présence de charges statiques excessives, et l'instabilité thermique de l'échantillon. La méthodologie de pesée doit donc prendre en compte la possibilité de tels phénomènes et indiquer des mesures pour réduire le risque dans ce processus.            

L'évaluation pratique de la linéarité nécessite un ajustage (Fig. 5), il s'agit généralement d'un mécanisme d'ajustage interne. Un tel procédé élimine l'erreur de sensibilité de la balance, qui peut être le résultat de la stabilisation thermique constante de la balance, de son déplacement du lieu de production vers le lieu d'utilisation, et d'autres facteurs environnementaux. L’ajustage peut également être effectué à l'aide d'étalons externes, mais vous devez alors vous rappeler que la masse réelle de l'étalon est la masse nominale de l'étalon après prise en compte de l'écart (voir certificat d'étalonnage). La figure 22 montre un exemple de rapport d'ajustage de balance.

Figure 22. MYA 21.4Y PLUS – pesée des poudres, rapport d'ajustage
Code de produit: WL-101-0414

Linéarité – métrologie légale

Conformément aux exigences de l'OIML R 111-1, OIML R 76, l'erreur du poids utilisé lors des essais métrologiques ne peut être supérieure à des erreurs maximales autorisées pour une charge donnée (Annexe 1). Pour cette raison, tester des balances avec de très petits échelons   élémentaires, telles que les séries XA 4Y ou MYA 4Y, où d < 0,01 mg peut ne pas fournir d'informations objectives relatives à la précision / linéarité de la balance. Pour les balances de classe de précision II et III, un tel problème ne se produit pas, car le test utilise généralement des poids de classe de précision F2.

Figure 23. PS 1000.X2 avec un ensemble de masses étalons – test de la précision des indications de la balance

La balance répond aux exigences de la métrologie légale et aux exigences du Système de Management de la Qualité chez Radwag.     

Linéarité – méthode des poids de ballast

L'utilisation de cette méthode nécessite la préparation d'une masse étalon et d'une quantité appropriée de lests. 

Nous vous encourageons à lire les parties précédente et suivante de l'article intitulé Sécurité des mesures de masse en pharmacie. Tests métrologiques de base:

• partie I
• partie III
• partie IV

Familiarisez-vous avec l’offre de balances RADWAG dédiées à l'industrie pharmaceutique: