Metrologiniai bandymai padidina masės matavimo saugumą, jei jie atliekami teisingai ir reguliariai. Farmacijos pramonėje matavimo sauga yra prioritetas. Atsižvelgdami į tai, antroje mūsų straipsnio dalyje daugiausia dėmesio skirsime metrologinių bandymų metodologijai. Pirmiausia papasakosime, kaip pasirengti tokiems bandymams.

Pasirengimas prieš testus

Prieš atliekant bandymus būtina susipažinti su sąvokomis, susijusiomis su svarstykle, masės etalonais ir metodika. Tai leis sudaryti tokį bandymų ciklą, kuris aiškiai parodys matavimo tikslumą ir preciziškumą.

Svarstyklės

Kiekvienos svarstyklės turi numatytuosius nustatymus, nuo kurių priklauso, kaip greitai ir tiksliai galima atlikti matavimą. Numatytaisiais nustatymais užtikrinamas teisingas svarstyklių veikimas įprastomis laboratorinėmis sąlygomis, t. y. maždaug 20^oC temperatūra, maždaug 40 % santykinė oro drėgmė. Gamykliniai nustatymai, optimizuojantys svarstyklių veikimą, koreguojami remiantis masės etaloninio svėrimo stebėjimais. Atliekant laboratorinius svėrimus matuojami ne tik masės etalonai, bet ir kiti objektai, tai lemputės, ąsočiai, indai ir kt. Dėl šios priežasties kartais būtina šiek tiek pakeisti svarstyklių nustatymus, o tai darant būtina remtis realaus proceso specifikacija. Radwag" prietaisų atveju toks optimizavimas gali būti atliekamas atliekant įprastinius bandymus, kurie atliekami įteisinimo proceso metu. Iš tikrųjų yra du pagrindiniai optimizavimo tipai:

• greičio optimizavimas,
• matavimo tikslumo optimizavimas.

9 pav. XA 21.4Y.A PLUS – stento uždėjimas

Matavimo signalo filtravimo metodas

• labai greitas / greitas,
• vidutinis,
• lėtai / labai lėtai.

Stabilumo kriterijus

• greitai,
• greitas ir patikimas,
• patikimas.

Optimizavimas greičio naudai gali šiek tiek pabloginti tikslumą ir preciziškumą. Taip yra dėl to, kad būtent šiuo atveju stabilų svėrimo rezultatą apibrėžia:

• trumpas stebėjimo laikas ir
• didelis svėrimo rezultato kitimas,

todėl stabiliam rezultatui gali būti priskirta klaidinga vertė.      

Siekiant optimizuoti svėrimo procesą, kad jis būtų itin tikslus, paprastai reikia:

.
• ilgalaikis matavimo signalo stebėjimas,
• labai nežymus svėrimo rezultatų nuokrypis.

Reikia konstatuoti, kad svarstyklėms, kurių rodmenų vienetas d = 1 mg, t. y. PS 1000.X2 (10 pav.), praktiškai nėra didelių skirtumų, susijusių su matavimo laiku ar svėrimo tikslumu prieš optimizavimą ir po jo. Didžiuliai skirtumai pastebimi svarstyklėms, kurių skaitymo vienetas mažesnis nei 0,1 mg, t. y. MYA 4Y serijos mikrosvarstyklėms.

10 pav. PS 1000.X2  – masės matavimas, kai nuskaitoma 1 mg
Produkto kodas: 1000.1000.1000.1000.1000.1000.1000.1000.1000.1000: WL-218-0026

Ieškant idealaus sprendimo, susijusio su svėrimo greičiu ir tikslumu, būtina atsižvelgti į realius laboratorijoje įgyvendinamo proceso reikalavimus. Tai leis ne tik pasirinkti tinkamas svarstykles, bet ir sutaupyti bandomosios medžiagos, kuri gali būti brangi. Tipiškų didelės skiriamosios gebos laboratorinių svarstyklių masės matavimo laiko ir tikslumo teorinė priklausomybė pateikta 11 paveiksle.

11 pav. Balanso parametrų optimizavimas

Daugumai svarstyklių, ypač toms, kurių rodmenų vienetas yra nuo 0,01 mg ÷ 0,0001 mg, trumpiausias matavimo laikas bus blogesnio matavimo tikslumo priežastis. Atsižvelgiant į tai, praktiškai vengiama nustatyti trumpą matavimo laiką. Optimalus masės matavimo laikas daugumoje laboratorinių svarstyklių yra apie 2  ÷  15 sekundžių, priklausomai nuo rodmenų vieneto vertės. Dėl to, kad nėra standartiškai apibrėžtos "matavimo laiko" sąvokos apibrėžties, galime susidurti su įvairiais terminais, kuriais veikiau siekiama pabrėžti rinkodaros idėją, o ne pateikti objektyvią informaciją.

Masės standartai

Išduodant tam tikrą medžiagos kiekį reikia iš anksto patikrinti, ar svarstyklių rodmenys yra tikslūs, ar ne. Šiuo tikslu atliekamas svarstyklių reguliavimas (skaitykite 4 skyrių). Arba galima palyginti rodomus svarstyklių rodmenis, kai ant svėrimo indo gulintis krovinys yra žinomos masės etalonas, su minėta žinoma verte. Abiem atvejais pateikiama informacija, pasakanti, kaip tiksliai išmatuota medžiagos masė.

pPer periodinę svarstyklių kontrolę retai analizuojama, kas naudojama bandymams, ar svarstyklės tikrinamos su svoriu, ar su masės etalonu. Tarp jų yra keletas esminių skirtumų:

• svorių nominalioji masė yra nurodyta taisyklėse, o masės etalonų masės vertė gali būti savavališka,
• svorių forma nurodyta taisyklėse (OIML R111-1), o masės etalonų forma gali būti savavališka, ji parenkama taip, kad atitiktų numatomą paskirtį, pavyzdžiui, elektroninių svarstyklių atveju, kai vidinis reguliavimo svoris atitinka mechaninę svarstyklių konstrukciją,
.
• masės etalonu gali būti bet koks objektas, pagamintas iš medžiagos, kuri užtikrina masės stabilumą, turi identifikavimo ženklus ir kalibravimo sertifikatą su nurodyta masės verte ir kalibravimo neapibrėžtimi bei informaciją apie išsaugotą atsekamumą.

Iš to, kas išdėstyta, galima daryti išvadą, kad kiekvienas svoris gali būti masės etalonas (kalibravimo būtinybė), tačiau ne kiekvienas masės etalonas gali būti svoris, pavyzdžiui, neleistini geometriniai matmenys.

12 pav. Svorio ir masės etalono – kalibravimo procesas

Šiandien "Radwag" matavimų laboratorijoje masės etalono kalibravimo procedūra atliekama automatiškai, naudojant automatinius masės komparatorius ir specialią RMC programinę įrangą. Abu komponentai yra patentuoti "Radwag" sprendimai, leidžiantys užtikrinti labai didelį kalibravimo procesų tikslumą ir preciziškumą. 

13 pav. Masės standartinis rinkinys
Produkto kodas: "Skaitmeninis standartas": OK-501-0026

Bandymų metodika

Kiekvienos svarstyklės gali būti bandomos taikant  daugybę metodų, tačiau to daryti nerekomenduojama (reikia apdoroti per daug informacijos, procesas užima daug laiko, brangiai kainuoja operacijos). Bandymų skaičių reikėtų sumažinti iki minimumo, taip gaunama tik būtina informacija apie svarstyklių būklę (galiojančios  / negaliojančios). Vis dėlto matavimo rezultatas be jokių komentarų yra nenaudingas, todėl planuojant bandymus būtina apibrėžti:

.
• savo lūkesčius, kai kalbama apie atitiktį kritinėms riboms (standarte nurodytam, pramonės sektoriuje taikomam parametrui, pavyzdžiui, analizės tikslumui pagal USP 41),
• bandymų metodas, atitinkantis balanso veiklos sritį,
• ką tyrimo rezultatas reiškia laboratorijoje vykdomiems procesams,
• galimi veiksniai, galintys turėti įtakos tyrimo rezultatui.

Nerekomenduojama nei nustatyti sudėtingų kontrolės procedūrų, nei atlikti sudėtingų, didelio intensyvumo tyrimų. Kai kurios kontrolės procedūros gali būti įgyvendinamos automatiškai, naudojant vidines svarstyklių funkcijas, pavyzdžiui, ataskaitą apie svarstyklių reguliavimą, "Autotest GLP". Pirmoji informuos apie svėrimo tikslumą, kita - apie svėrimo tikslumą. Abiem atvejais naudojamas vidinis reguliavimo svoris. Tikslesnį šių procedūrų aprašymą rasite tolesniuose šio leidinio skyriuose.

14 pav. XA 82/220.4Y PLUS – miltelių svėrimas. GLP ataskaita
WL-107-1029

Kokybės vadybos sistemų požiūriu kontrolės procedūros turi būti tobulinimo priemonė, t. y. rizikos analizės procesas, kuris atliekamas kiekvienoje organizacijoje (PDCA). 

Matavimo tikslumas ir preciziškumas

Rodymo tikslumas - tai sąvoka, apjungianti visus veiksnius, darančius įtaką svėrimo rezultatui. Tarp jų yra tiesiškumas, pakartojamumas, ekscentriškumas ir jautrumo kitimas. Šių veiksnių visuma gali lemti netikslią svarstyklių indikaciją.

Matavimo tikslumas - tai išmatuotos matuojamojo dydžio vertės ir tikrosios matuojamojo dydžio vertės atitikimo artumas (šaltinis: ISO/IEC vadovas 99 Tarptautinis metrologijos žodynas. Pagrindinės ir bendrosios sąvokos bei susiję terminai, VIM). Matavimų tikslumo sąvoka nėra dydis (ji nepateikiama skaitine dydžio verte). Matavimas yra tikslesnis, kai su matavimu susijusi paklaida yra mažesnė (15 pav.).

15 pav. Matavimo tikslumas

Matavimo Nr. 2 paklaida (vertė 11) yra didesnė už matavimo Nr. 1 paklaidą (vertė 5), todėl matavimas Nr. 1 yra tikslesnis. Norint įvertinti masės matavimo tikslumą, reikia naudoti masės etaloną su žinoma masės verte. Pavyzdys:

• masės etalono masė 50,000165 g (kalibravimo sertifikatas)
• svarstyklių rodmuo 50.0004
• svarstyklių rodmenų tikslumo paklaida 50,000165 – 50,0004 = - 0,000235 g = - 0,0002 g
• sveriant bandinį, kurio masė artima 50 g, paklaida yra maždaug - 0,2 mg.

Matavimo tikslumas - tai rodmenų arba išmatuotų dydžių verčių, gautų pakartojus tų pačių arba panašių objektų matavimus nustatytomis sąlygomis, atitikimo artumas. Matavimo tikslumas paprastai išreiškiamas skaitine išraiška netikslumo rodikliais, tokiais kaip standartinis nuokrypis, dispersija arba variacijos koeficientas nustatytomis matavimo sąlygomis. Kuo mažesnis tikslumas, tuo didesnė standartinio nuokrypio vertė. 

Rodmenų pakartojamumas – matavimo tikslumas

Stabiliomis sąlygomis tikslumas yra nuolatinė svarstyklių savybė, todėl nustačius minėtas priklausomybes galima nurodyti, ar masės matavimas viršija nustatytas taikomosios tikimybės ribas, ar ne.

16 pav. Standartinio nuokrypio aiškinimas – 3 sigma. taisyklė

Svarstyklių ir mikrobangų matavimo tikslumas

Matavimo tikslumo bandymo rezultatas priklauso nuo trijų veiksnių, t. y. nuo svarstyklių ir aplinkos šiluminio stabilumo, operatoriaus įgūdžių, susijusių su svėrimo menu, ir taikomo bandymo metodo.
Šių veiksnių svarbos suvokimas yra pirmasis žingsnis kelyje į objektyvius bandymus. Toliau pateikiami dviejų svarstyklių su skirtingais rodmenų vienetais tikslumo bandymai. Rezultatai susieti su teisiniais reikalavimais (OIML R 76) ir "Radwag" nustatytomis kokybės kontrolės ribomis.

17 pav. AS 82/220.R2 PLUS
WL-104-1051

Pastaba

AS 82/220.R2 PLUS svarstyklių matavimo tikslumas atitinka OIML R 76 reikalavimus ir "Radwag" kokybės kontrolės skyriaus kokybės valdymo sistemos reikalavimus.         

Mažiausia patikros vieneto (e) vertė pagal OIML R 76 yra 1 mg. Mikrobangų rodmenų nustatymo vieneto (d) vertė yra 1 mg. Žemutinėje svėrimo intervalo ribinėje srityje didžiausia leistina tikslumo paklaida (MPE) yra 0,5 patikros vieneto vertės, t. y. 0,5 mg. Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta pirmiau, masės matavimo paklaida gali būti iki  0,000500 g. Būtent dėl šios priežasties nerekomenduojama tikrinti mikrosvarstyklių metrologinių parametrų pagal teisines taisykles (OIML).

18 pav. Mikrobalansas MYA 5.4Y PLUS
Gaminio kodas: "Minėtasis gaminio kodas": WL-101-0203

Ekscentriškumas

Daugumos "Radwag" gaminamų laboratorinių svarstyklių atveju ekscentriciteto paklaida yra apie 3 rodmenų vienetus. Vertinimui naudojamas masės etalonas, kurio masės vertė yra ½ Maksimali talpa. 

19 pav. Ekscentriškumo testo kontrolės vietos

Ekscentriškumo diferencinė paklaida

Diferencinė ekscentriškumo paklaida - tai nuokrypis tarp rezultato, gauto sveriant masės etaloną, paeiliui išdėstytą 2 ÷ 5 taškuose, ir rezultato, gauto sveriant tos pačios masės etaloną, kai jis išdėstytas centre 1 taške (19 pav.). Formulė:

Ecc = I₍₁₎    I_(i)

kur:   E_cc       – ekscentriškumo diferencinė paklaida

                I _(i)      – necentrinio taško (2, 3, 4, 5)

                 I ₍₁₎      – centrinio taško indikacija

20 pav. AS 220.X2 balanso – ekscentriškumo bandymas
Produkto kodas: "220 220 220 220": WL-104-0169

Ekscentricitetas yra pastovios vertės parametras, todėl jo nereikia tikrinti per dažnai. Praktiškai ekscentriškumo bandymą tikslinga atlikti tik tada, kai sveriami didelės masės mėginiai (daugiau kaip ½ Max). Šis parametras nėra svarbus mažoms masėms, vyrauja pakartojamumo įtaka. Ar tuomet šį parametrą reikėtų kontroliuoti?

Įrengus svarstykles, ekscentricitetą būtinai reikėtų patikrinti. Bandymo rezultatas leis spręsti, ar dėl svarstyklių transportavimo pasikeitė svarstyklių charakteristikos, ar ne.  Eksploatacijos metu šio parametro reikšmė yra pastovi, todėl kontrolė turėtų būti atliekama periodiškai (su dideliu intervalu, pavyzdžiui, kas kelis mėnesius).           

Tiesiškumas

Tiesiškumo parametras nustato svėrimo rezultato ir etaloninės vertės, t. y. masės etalono masės, skirtumą. Kai kalbama apie tiesiškumą, vertinamas visas svėrimo diapazonas, tačiau kartais galima sumažinti tik jo dalį. Tobulos svarstyklės - tai tokios svarstyklės, kuriomis galima 'tiksliai sverti', t. y. sverti garantuojant, kad kalibravimo sertifikate nurodyta indikacija ir masės vertė atitinka. Tikslusis svėrimas vaizduojamas žalia linija, brūkšninė linija reiškia netiesiškumą (21 pav.).

21 pav. Balanso tiesiškumas – modelio balansas

Svarstyklių netiesiškumas gali atsirasti dėl masės etalonų, naudojamų atliekant gamyklinį reguliavimą, paklaidų, netobulų matavimo metodų, metrologinių svarstyklių galimybių ir operatoriaus klaidų. Iš tikrųjų tiesiškumo nuokrypis kaupia kitas paklaidas, pavyzdžiui, atsirandančias dėl matavimo tikslumo arba ekscentriškumo. Galima sakyti, kad papildomi komponentai, sudarantys tiesiškumo nuokrypio biudžetą, priklauso nuo svėrimo diapazono. Jei mėginio masė yra nuo 0 iki ½ maksimalios talpos, tiesiškumo nuokrypiui didelę įtaką gali daryti:

• matavimo tikslumas, t. y. pakartojamumas (aplinkos sąlygų, įgūdžių ir kt. įtaka),
• masės etaloninė paklaida, per didelė masės etaloninės masės nustatymo neapibrėžtis, masės etaloninis nešvarumas ir t. t. 

  Mėginio masei, sudarytai iš ½Max ÷ Max intervalo, išmatuotam tiesiškumo nuokrypiui didelę įtaką gali daryti:

• matavimo tikslumas, t. y. pakartojamumas (aplinkos sąlygų, įgūdžių ir kt. įtaka),
• ekscentriciteto paklaida,
• masės etalono paklaida, per didelė masės etalono svorio nustatymo neapibrėžtis, masės etalono nešvarumas ir t. t. 

Bandymas sumažinti šias paklaidas yra nesibaigianti istorija, tai daroma pasitelkiant atitinkamą metodiką ir t. t., specialius svėrimo indams skirtus laikiklius (skaitykite 3 skyrių), aplinkos būklės stebėjimą, personalo mokymą, kita. Renkantis svarstykles konkrečiam taikymui, reikėtų atsižvelgti į galimas paklaidas, tai padarius bus išsaugota laboratorijoje vykstančių procesų sauga.

Analizuojant svarstyklių tiesiškumo nuokrypį taip pat reikia atsižvelgti į tai, kad realių objektų, pavyzdžiui, miltelių, svogūnėlių, indų, ekstrahavimo antpirščių, svėrimas gali būti apsunkintas didesne paklaida. Šią paklaidą gali lemti mėginio nestabilumas (absorbcija / desorbcija), per didelis statinių krūvių kiekis, šiluminis mėginio nestabilumas. Svėrimo metodikoje turi būti atsižvelgta į tokius procesus ir nurodytos rizikos pašalinimo priemonės.

Praktiškai tiesiškumo vertinimas apima reguliavimo efektyvumą (5 pav.). Paprastai šiam tikslui naudojamas vidinis reguliavimo mechanizmas. Toks procesas pašalina svarstyklių jautrumo paklaidą, kuri gali atsirasti dėl vykstančio svarstyklių terminio stabilizavimo, svarstyklių perkėlimo iš gamybos į eksploataciją, kitų aplinkos sąlygų. Reguliavimas gali būti atliekamas ir naudojant išorinius masės etalonus, tačiau tokiu atveju būtina prisiminti, kad tikrasis masės etalonas sveria nominaliąją masę, atsižvelgus į nuokrypį (žr. kalibravimo sertifikatą). 22 paveiksle pateiktas svarstyklių reguliavimo ataskaitos pavyzdys.

22 pav. MYA 21.4Y PLUS – miltelių svėrimo, koregavimo ataskaita
Produkto kodas: "MJA" (angl. Product code): "MJA" (angl: WL-101-0414

Linijinė   Teisinė metrologija

Pagal OIML R 111-1, OIML R 76 reikalavimus metrologinių bandymų metu naudojamo svorio paklaida negali būti didesnė nei  ⅓  didžiausios leistinos paklaidos tam tikrai apkrovai (1 PRIEDAS). Dėl šios priežasties, bandant svarstykles su labai mažais rodmenų vienetais, pavyzdžiui, XA 4Y arba MYA 4Y serijos svarstykles, kurių d < 0,01 mg, gali nepavykti gauti objektyvios informacijos apie svarstyklių tikslumą ir (arba) tiesiškumą. II ir III tikslumo klasės prietaisams tokios problemos nėra, nes bandymams naudojami F₂  tikslumo klasės svarstyklės.

23 pav. PS 1000.X2 su nustatytu masės etalonu – svarstyklių rodmenų tikslumo bandymas

Svarstyklės atitinka teisinės metrologijos reikalavimus ir "Radwag" priimtos kokybės vadybos sistemos reikalavimus.

Linijiškumas – Papildomo svorio metodas

Taikant šį metodą reikia naudoti vieną masės etaloną ir atitinkamą kiekį papildomų svorių. 

24 pav. AS 220.R2 PLUS serijos svarstyklių metrologinė kontrolė
Gaminio kodas: "220 220 220 220 220 220 220 220 220 220": WL-104-0177

Planuojant kontrolinius bandymus būtina atsižvelgti į atitinkamą bandymų kiekį ir sudėtingumo lygį. Tik tos sritys ir funkcijos, kurios yra svarbios laboratorinių operacijų kokybei, turi būti tikrinamos reikiamu mastu. Taip pat būtina atsižvelgti į tai, kad kiekvienas objektas, kurio masė laikui bėgant nekinta, gali būti naudojamas kaip masės etalonas. 

Kartu rekomenduojame perskaityti ankstesnę ir tolesnę straipsnio dalį "Safety of Mass Measurement in Pharmaceutical Industry" (Masės matavimo sauga farmacijos pramonėje). Pagrindiniai metrologiniai bandymai:

• I dalis 
• III dalis
• IV dalis

Susipažinkite su RADWAG gaminių asortimentu, skirtu farmacijos pramonei: