ODBĚR, PŘÍPRAVA, PŘEPRAVA A UCHOVÁVÁNÍ VZORKŮ Základní pojmy Obecná pravidla vzorkování Chyby při vzorkování, typy materiálů Strategie vzorkování Plán vzorkování Základní způsoby odběru Vzorkovací pomůcky Dokumentace odběru vzorků Specifika odběru vzorku pro forenzně-analytická vyšetření Základní pojmy Vzorek Vzorkování Strategie vzorkování Plán vzorkování Postup vzorkování vybraná část celku, tj. materiálu nebo objektu, který má být analyzován má být reprezentativní, tj. vlastnostmi shodný s celkem proces odebírání vzorku vytváření výběru základní rozvaha o způsobu odběru vzorku plánovaná metoda výběru a odběru vzorku konkrétní provedení, které vychází z instrukcí vztahujících se k použití plánu vzorkování
Vzorkování je obvykle vícestupňový proces, který začíná odběrem primárního vzorku a pokračující jeho postupným zmenšováním až na laboratorní vzorek (sub-vzorek), který vstupuje do analytické laboratoře. V laboratoři se pak připraví z laboratorního vzorku analytický vzorek. Laboratorní vzorek a analytický vzorek musí splňovat podmínku vhodné velikosti. Odběr vzorku, jeho další zmenšování a skladování musí probíhat způsobem, který neovlivní žádnou relevantní vlastnost vzorkovaného objektu. Vzorky, jejichž vlastnosti se mění s časem, se musí stabilizovat (zmrazení, přídavek stabilizátoru) a jejich analýzu je třeba provést co nejdříve. Chyby při vzorkování diskriminační vzorkování ze subjektivních důvodů se odebírá přednostně určitá část materiálu (např. granulo-metrická frakce), ostatní části jsou zastoupeny ve vzorku v menší míře, než odpovídá jejich zastoupení v celku chybu způsobuje vzorkovací zařízení, např. není schopno zachytit částice určité velikosti, hustoty apod., nebo dochází ke ztrátám vlivem různé setrvačnosti, vlivem elektrostatického náboje atd. při vzorkování a skladování vzorku se mění vlastnosti vzorkovaného materiálu dochází např. k odpařování, segregaci, oxidaci, adsorpci na stěny nádoby, nebo se kontaktem s povrchem vzorkovací pomůcky nastartuje katalytická reakce
Vzorkované materiály a jejich vlastnosti heterogenní většina biologických materiálů homogenní (plynné a některé kapalné materiály) teoreticky postačuje 1 vzorek určení potřebného množství vzorku m min = k. LOQ / w [g] LOQ mez stanovitelnosti [µg] w předpokládaný obsah analytu [µg/g] test homogenity analýza rozptylu: provede se náhodný odběr a analýza n vzorků, určí se celk. rozptyl s 2 tot; s jedním vzorkem se provede m opakovaných analýz, určí se rozptyl analýzy s 2 an, vypočte se kritérium F= s 2 tot / s 2 an a porovná se s kritickou hodnotou F α pro n-1 a m-1 stupňů volnosti, je-li F > F α, je vzorek heterogenní Strategie vzorkování vychází z odpovědí na otázky informace, které má analýza poskytnout analyty a jejich předpokládané obsahy požadovaná přesnost výsledku další složky materiálu a jejich obsahy požadavky analytické metody (způsob úpravy vzorku) parametry analytické metody (přesnost, selektivita, LOQ) skupenství vzorku (u tuhých vzorků velikost částic, jejich distribuce, mechanické vlastnosti) a stabilita vzorku náklady na vzorkování a analýzu celkové množství a jednotková cena vzorkovaného materiálu
Plán vzorkování schéma odběru vzorku (vzorkování jednoduché, po vrstvách ) místa odběru vzorků počet vzorkovacích míst hmotnost nebo objem jednotlivých primárních vzorků druh vzorkovací techniky a nářadí způsob sub-vzorkování, transportu vzorku, uchování, systém značení a evidence vzorků Základní způsoby odběru vzorků náhodné vzorkování: náhodnost odběru každá část celku má stejnou pravděpodobnost stát se součástí vzorku, výběr podle tabulky náhodných čísel ČSN 01 0220 Aplikovaná statistika. Rovnoměrně rozdělená náhodná čísla jednoduché náhodné vzorkování (bez diferenciace) vzorkování po vrstvách (vrstva=část materiálu s určitou společnou vlastností např. velikost částic) vzorkování klastrů (klastr= prostorově vymezená část) pomocí děliče vzorků (např. žlábkový, rotační dělič) systematické vzorkování např. v pravidelných časových intervalech nebo prostorových odstupech odběr z transportního pásu, z potrubí apod.; je vhodné kombinovat s náhodným parametrem (náhodná volba prvního vzorkovacího místa, začátku odběru)
Velikost a nezbytný počet odebraných vzorků praktická hlediska jaké množství materiálu je k dispozici? ; kolik vzorku vyžaduje analytická metoda? hledisko přesnosti vzorkování nezbytný počet odběrů n min : n min = t 2 α,ν. s 2 /(x 2. R 2 ) x očekávaný výsledek analýzy t α,ν kritická hodnota Studentova rozdělení s 2 odhad rozptylu vzorkování R přijatelná rel. odchylka výsledku a správné hodnoty volíme R=0,1 pro chybu 10 % ekonomická hlediska: náklady na odběr, transport, skladování a analýzu vzorku Velikost a nezbytný počet odebraných vzorků V analytické praxi jsou velikost a počet odebíraných vzorků stanoveny nornou pro daný materiál (jednotlivé druhy surovin, zemědělských a průmyslových produktů, materiálů z životního prostředí ) Příklad vzorkování volně uložených bramborových hlíz (ČSN 46 22 00-2)
Příklad předepsaného počtu odebraných vzorků Vzorkování volně uložených bramborových hlíz (ČSN 46 2200-2) 120 100 100 Počet dílčích vzorků 80 60 40 30 40 50 20 0 20 15 11 8 5 do 15 16-30 31-50 51-75 76-100 101-150 151-200 201-250 251-500 Hmotnost celku (t) Místa odběru dílčích vzorků volně loženého sypkého materiálů do 15 t 15-30 t 30-500 t
Některá základní pravidla odběru vzorků vzorek odebírá kvalifikovaná osoba o odběru se sepíše protokol vyžadují-li to okolnosti, vzorky se odebírají duplikátně vzorek (jeden vzorek nebo několik dílčích vzorků) se odebírá z každé šarže (dávky) odděleně je přípustný náhodný i systematický odběr kapalné materiály v kontejnerech se před odběrem promíchají, případně se odebírají z několika hloubek sypké volně ložené materiály se odebírají z několika míst a vrstev z kompaktních materiálů se odebere vzorek odkrojením, vyseknutím zmrazené materiály nesmějí při odběru vzorku rozmrznout Zmenšování vzorku, sub-vzorkování Zmenšování je u tuhých vzorků obvykle spojeno s úpravou zrnitosti (drcení, mletí) a homogenizací. K rozhodování slouží grafy závislosti potřebné hmotnosti na zrnitosti materiálu. Při zmenšování je nutno volit postupy, které zajišťují pro všechny části vzorku stejnou pravděpodobnost, že se dostanou do vybraného sub-vzorku. Metody: kvartace střídavé házení lopatou frakční házení lopatou použití děličů vzorků
Nástroje používané při odběru vzorků Kapalné vzorky Materiál vzorkovací pomůcky nesmí ovlivnit složení vzorku! otevřená vzorkovací trubice pipeta vzorkovací trubice se spodním uzávěrem naběračka s výřezy sonda s horní zátkou se zátěží u dna Nástroje používané při odběru vzorků Pastovité hmoty, sypké a zrnité materiály trubicový dělený vzorkovač trubice s pístem žlábkový vzorkovač dvouplášťový trubicový vzorkovač
Dokumentace odběru a zpracování vzorků označení vzorku štítkem na vzorkovnici: číslo (kód) vzorku, jméno vzorkaře, místo, datum a hodina odběru zápis v deníku vzorků účel vzorkování odběrové místo (odkazy na mapu, fotografie atd.) jméno a adresa kontaktní osoby na místě typ vzorku, počet a velikost odebraných vzorků označení vzorků datum a hodina odběru distribuce vzorků do laboratoří, způsob přepravy měření prováděná na místě (teplota, ph), další okolnosti jméno osoby provádějící odběr, podpis Dokumentace odběru a zpracování vzorků záznam o další manipulaci se vzorkem (osoby, v jejichž držení vzorek byl, za jakým účelem, po jakou dobu) požadavek na analýzu vzorku: obsahuje údaje z deníku vzorků a dále údaje doplněné při přejímce vzorku v laboratoři osoba přejímající vzorek číslo vzorku podle laboratorní knihy vzorků datum převzetí vzorku seznam požadovaných analýz přidělení vzorku analytikovi průvodní list, případně protokol o odběru vzorku
Některé další pojmy vymezené normami dodávka: množství současně odeslaného nebo přijatého výrobku, zahrnutého do smlouvy nebo dodacího listu; může sestávat z více dávek (partií) dávka: část dodávky, pro níž může být použito dané schéma zkoušení dílčí vzorek: vzorek odebraný jednorázově ze vzorkovaného celku jednotkový vzorek: soubor dílčích vzorků např. balených výrobků odebraných ze vzorkované jednotky skupinového balení souhrnný vzorek: soubor dílčích nebo jednotkových vzorků, které si zachovávají svoji identitu; slouží k provedení všech zkoušek, na jejichž základě se rozhoduje o jakosti celku konečný vzorek: vzorek připravený podle plánu vzorkování a tak velký, aby z něj bylo možno připravit příslušný počet laboratorních vzorků Další pojmy laboratorní vzorek: vzorek připravený z konečného vzorku a určený pro laboratorní zkoušky analytický vzorek: vzorek připravený z laboratorního vzorku zkušební vzorek: množství zkoušeného výrobku potřebné k přímému zkoušení
Specifikace postupu vzorkování v normách velikost vzorků (počet kusů, hmotnost) : v tabulkách jsou předepsány počty dílčích vzorků, případně jejich hmotnost, hmotnost souhrnného nebo konečného vzorku pomůcky a vzorkovací zařízení specifikace výběrového postupu postup přípravy a balení souhrnných vzorků Obsah protokolu o vzorkování název výrobku, označení vzorku označení vzorkovaného celku dodavatel, datum dodání, datum výroby velikost vzorkovaného celku počet balení, kusů hmotnost vzorku druh obalu účel odběru vzorků odkaz na normu nebo jiný dokument určující způsob vzorkování odchylky od stanoveného postupu zvláštní okolnosti, které mohly ovlivnit odběr vzorku jiné potřebné údaje (např. údaj o konzervaci vzorku) místo, datum a hodina odběru vzorků jméno vzorkaře, popř. svědků a podpisy
Vzorkování pro forenzní analýzu Druhy vzorkovaných materiálů plasty vlákna, tkaniny, textilní barviva laky, nátěrové hmoty papír, inkoust sklo, keramika dřevo půda kovové materiály (výrobky z drahých kovů, mince, projektily ) výbušniny, střelivo (roznětka, střelivina, projektil, nábojnice) a rezidua po výstřelu rezidua po požáru potraviny, nápoje, tabákové výrobky, kosmetické přípravky jedy, léky, drogy tělní tekutiny, vlasy, tkáně a orgány lidského těla (obsah žaludku) průmyslové suroviny a výrobky falzifikáty (umělecká díla, léčiva, potraviny, textil, bankovky ) Vzorkování pro forenzní analýzu (2) Některé možné situace objekt, který má být analyzován, je jedinečný k dispozici je velmi malé množství materiálu požadavky na metodu mikrometoda velmi nízké LOD, LOQ nedestruktivní materiál, který má být analyzován, se skládá z několika (několika desítek) jednotek všechny jednotky budou analyzovány materiál, který má být analyzován, se skládá z mnoha jednotek (tisíce statisíce) analýzu všech jednotek nelze provést nutno vybrat vzorky reprezentující celek
Vzorkování pro forenzní analýzu (3) Kolik vzorků vybrat z celku o určité velikosti? vybereme všechny jednotky, n = N analýza informace o všech jednotkách náhodně vybereme určitý zlomek z celkového počtu jednotek n = 0,1 N n = 0,01 N n = N 1/2, n = (N/2) 1/2 n = N 1/3 analýza průměrné složení celku složení jednotek, které nebyly do vzorku vybrány, je nejisté velký celek rozdělíme na části (podle dodávky, šarže ) vybíráme náhodně vzorky z každé části Příklad N = 1000, n = 10, binární výsledek, hypergeometrický model pravděpodobnosti 100 Pravděpodobnost úspěšného výběru (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Suma 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Relativní četnost pozitivních entit (%) červená křivka udává pravděpodobnost toho, že z 10 dílčích vzorků odebraných z populace 1000 entit bude alespoň jeden dílčí vzorek pozitivní a to v závislosti na četnosti pozitivních entit v populaci
Formulace otázky, na kterou má analýza odpovědět obsahuje populace pozitivní vzorky? kolik pozitivních vzorků populace obsahuje? jaké je složení konkrétního vzorku? Volba způsobu výběru závisí na tom, jaké informace má zamýšlená analýza zjistit. Před stanovením strategie a plánu vzorkování je třeba si ujasnit analytický úkol.