Валидация методов испытаний

Введение, обзор литературы, цель

Валидация методов испытаний – это про цесс проверки правильности и точности про ведения испытаний , а также правильности интерпретации , расчетов и анализа получен ных результатов – иными словами , внедрение и контроль точно сти выполнения методики на определенной площадке квалифицирован ными специалистами . Валидация является неотъемлемой частью процесса контроля достоверности результатов лабораторной де ятельно сти в испытательных лабораториях , где проводятся испытания на соответствие требованиям нормативных документов , так как позволяет оценить работу оборудования на объекте испытаний , а также достаточность квалификации персонала [1].

Валидация методов испытаний – это про цесс , который позволяет подтвердить , что метод испытания или анализа , применяемый в лаборатории , дает точные и достоверные результаты и соответствует требованиям стандартов на испытания определенной про дукции , выстраивается в лаборатории в зави симости от количества и специфики методик .

Валидация методик испытаний является одним из важнейших этапов при проектировании ла боратории или ее подготовке к прохождению процедуры аккредитации , а также гарантией качества ее работы , так как позволяет дать оценку внедряемой методике в рамках про цедуры валидации , имеет повторяющийся ха рактер и должна проводиться на все методики , действующие в лаборатории регулярно .

Цель валидации – подтвердить объектив ность и правильность измерений и уверен ность в получаемых результатах . Данный процесс также позволяет определить границы применимости метода , позволяет оценить неопределенность результатов испытаний , рассчитать сходимость и воспроизводимость , а также определить оптимальные условия проведения анализа , чтобы не получать не достоверные результаты при испытаниях [2].

Обзор литературы. Валидация и верификация являются необходимыми процедурами, которые должны быть регламентированы в любой испытательной лаборатории. Стоит отметить, что в рамках области обеспечения атомной энергии существует ряд стандартов, которые не являются обязательными для внедрения в систему менеджмента качества лаборатории, не работающей в атомной отрасли, но содержат подробные требования к расчетам показателей качества [8].

ГОСТ Р 8.563–2009 « ГСИ . Методики ( ме тоды ) измерений ». Данный стандарт устанав ливает требования к разработке методик ( ме тодов ) измерений , а также к их применению и контролю . Важным элементом валидации методов испытаний является проверка пра вильности выбора метода измерения , а также правильности его применения . Данный стан дарт определяет процедуры и требования , ко торые необходимо соблюдать при разработке и применении методик ( методов ) измерений [3].

ГОСТ 8.932–2017 « Требования к методи кам ( методам ) измерений в области исполь зования атомной энергии . Основные положе ния ». Данный стандарт определяет основные требования к методикам ( методам ) измерений , которые применяются в области использова ния атомной энергии . Данный стандарт опре деляет требования к разработке , применению и контролю методик ( методов ) измерений в этой области . Относительно валидации дан ный стандарт позволяет контролировать вы полнение методов [4].

ГОСТ Р 8.997–2021 « Алгоритмы оценки метрологических характеристик при аттеста ции методик измерений в области использова ния атомной энергии ». Данный стандарт опре деляет алгоритмы оценки метрологических характеристик методик измерений , которые применяются в области использования атом ной энергии . Этот стандарт определяет проце дуры , которые необходимо выполнять для про верки правильности выбора метода измерения , правильности его применения и для оценки метрологических характеристик методики , и является отраслевым . ГОСТ Р 8.997–2021 используется лабораториями , проводящими работы в области атомной энергии [5].

Основополагающим стандартом, регламентирующим процесс валидации и необходимость его внедрения в лаборатории, является ISO 17025, который содержит раздел, посвященный валидации методик. В нем регламентируется порядок валидации нестандартной методики, которая может быть разработана лабораторией или заказчиком. Такая методика проходит процесс валидации, а также проводится оценка характеристик. В атомной отрасли регулируется аттестация нестандартных методик [1].

Стандартизированная методика пред ставляет собой методику испытаний , которая имеет рассчитанную неопределенность и иные показатели качества , а также нормированные значения , которые могут получиться при рас чете или в рамках испытаний , в то время как в нестандартизированной методике не уста новлены и результаты испытаний не с чем сличать . Именно поэтому важно проводить валидацию для любого нестандартизирован - ного метода или методики испытаний на этапе внедрения в лаборатории .

Все перечисленные стандарты являются важными элементами в процессе валидации методов испытаний в испытательных лабо раториях . Они определяют процедуры и тре бования , которые необходимо выполнять для проверки правильности выбора и применения метода измерения , а также для оценки метро логических характеристик методики . Все эти процедуры и требования должны быть соблю дены для того , чтобы методы испытаний были внедрены и обеспечивали точность измерений в соответствии с методикой испытаний .

Методы исследования

Для дальнейшего анализа и рассмотрения верификации и валидации необходимо уста новить разницу между объектами данных процессов – методом и методикой .

Методом испытаний может быть назван стандарт , содержащий основные требования к испытаниям , оборудованию , условиям , кото рые может включать несколько методик . Ме тодика – это более подробный алгоритм про ведения испытаний на конкретный показатель .

Валидация методов испытаний отличается от верификации методов в том , что верифика ция – это процесс подтверждения соответствия метода испытания или анализа требованиям стандарта . В то время как валидация – это установление правильности и достоверности метода на основе проведения серии экспери ментов и оценки результатов [6].

В соответствии с ГОСТ ISO/IEC 17025– 2019 « Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лаборато рий » лаборатории должны проводить вали дацию своих методов испытаний и анализа на регулярной основе , а также обеспечивать следование установленным процедурам и требованиям стандартов [7].

Валидация методов испытаний необхо дима для обеспечения качества и достовер ности результатов , что является основопола гающим принципом работы испытательных лабораторий [9].

Целью валидации является установление того , что методы испытаний , используемые в лаборатории , являются адекватными , точными и надежными . Первостепенно устанавливают ся проверяемые в рамках методики показатели качества , это необходимо для дальнейших испытаний по нестандартизированным мето дикам [10]. В процессе валидации проводятся тесты на точность и повторяемость методов . Кроме того , проводятся сравнительные испы тания с аналогичными методами , например на схожую продукцию , чтобы установить соот ветствие результатов [11].

Валидация методов испытаний также включает в себя проверку оборудования , ко торое используется в процессе испытаний . В валидацию включены следующие этапы проверки оборудования ( таблица ) [12].

Валидация методов испытаний должна проводиться регулярно , чтобы гарантировать , что методы испытаний по - прежнему являются актуальными и соответствуют требованиям нормативных документов . Рекомендуется проводить валидацию методов испытаний при внедрении новых методов или оборудования , а также при изменении процесса испытаний .

График валидации в лаборатории обычно составляется на 5 лет в соответствии с областью аккредитации . По мере актуализации области аккредитации в график вносятся изменения . Каждые 5 лет лаборатория обязана проводить повторную валидацию всех методик испыта ний , включенных в область аккредитации [13].

Основным преимуществом валидации методов испытаний является улучшение качества проводимых испытаний и повышение доверия к результатам, полученным в испытательных лабораториях. Это также позволяет снизить риск ошибок, связанных с проведением испытаний, что может привести к серьезным последствиям в различных отраслях промышленности.

Повторяемость – это мера того , насколько близки повторные измерения или испытания при повторном применении метода в одних и тех же условиях . Это означает , что повто ряемость является мерой согласованно сти результатов , полученных при повторном из мерении одного и того же параметра в тех же условиях . Если различные испытания дают схожие результаты при повторном использо вании метода , то можно считать , что повто ряемость хорошая . Однако , если результаты различаются при повторных испытаниях , это может указывать на недостаточную точность и необходимость дальнейшей валидации метода .

Процесс валидации включает следующие этапы :

– определение границ рабочего диапазона метода ;

– с помощью валидирования методик ис пытаний лаборатория может определить гра ницы рабочего диапазона метода испытаний ;

– благодаря испытаниям различных объ ектов в рамках одной ( или однотипных ) ме тодики испытательная лаборатория может установить минимальный и максимальный диапазоны возможных значений , получаемых в рамках деятельности .

Оценка точности метода осуществляется путем проведения валидационных испытаний на контрольных образцах с известно уста новленным значением ( паспортом или техни ческими условиями ). Результаты измерений сравниваются с истинными значениями и вы числяются статистические показатели точно сти метода , такие как относительная погреш ность , среднее квадратическое отклонение и коэффициент вариации .

Оценка стабильности метода проводится путем валидационных испытаний в различные дни , с использованием разного оборудования и реактивов , различными испытателями . Данные анализа сравниваются и вычисляются статисти ческие показатели стабильности метода , такие как разброс , дисперсия и коэффициент вариации .

Этапы проверки оборудования The steps of checking up equipment

Вид оборудования	Определение	Этапы проверки
Средство измерения	Техническое средство , предна значенное для измерений	1.    Соответствие технического средства по метрологи - че ским и точно стным характеристикам требованиям методики испытаний ( класс точно сти , погрешность , диапазон измерений ). 2.    Наличие действующей поверки и эксплуатационной документации . 3.    Выполненное техническое обслуживание . 4.    Умение сотрудников , использующих оборудование , проводить измерения ( акт внедрения )
Испытательное оборудование	Средство испытаний , пред ставляющее собой техническое устройство для воспроизведения условий испытаний	1.    Соответствие оборудования по метрологическим характеристикам методике испытаний ( создаваемое условие ). 2.    Наличие действующей аттестации ( аттестат , протокол аттестации ) в соответствии с ГОСТ Р 8.568–2017 или ГОСТ РВ 0008.002–2013, паспорта , программы и мето дики аттестации . 3.    Наличие действующей поверки и эксплуатационной документации на встроенные средства измерения . 4.    Выполненное техническое обслуживание на испыта тельное оборудование и встроенные средства измерений . 5.    Умение сотрудников , использующих оборудование , проводить испытания ( акт внедрения )
Вспомогательное оборудование	Оборудование , используемое при испытаниях , к которому не предъявляется строгих нормиро ванных точностных требований	1.    Соответствие оборудования требованиям методик испытаний . 2.    Наличие эксплуатационной документации . 3.    Выполненное техническое обслуживание . 4.    Умение сотрудников применять оборудование по на значению ( акт внедрения )
Стандартные образцы	Образец , одно или несколько определенных свойств которого установлены метрологически обоснованной процедурой , со провождаемый сертификатом СО , в котором приведено значе ние этого свойства , связанной с ним неопределенности , и ут верждение о метрологической прослеживаемости	1.    Соответствие образца требованиям руководства по эксплуатации или методике испытаний . 2.    Наличие паспорта и действующего срока годности . Если стандартный образец является государственным стандартным образцом – действующая запись в Феде ральном информационном фонде по обеспечению един ства измерений . 3.    Умение сотрудников применять стандартный образец по назначению
Химические реактивы	Химические вещества и их сме си , используемые при прове дении лабораторных работ для синтеза , анализа , определения содержания разных веществ , раз деления компонентов в образцах	1.    Соответствие реактива требованиям руководства по эксплуатации или методике испытаний . 2.    Наличие паспорта и действующего срока годности

Документирование результатов валидации метода. Результаты валидации метода должны быть задокументированы в первичных запи сях , которые должны включать описание про веденных испытаний , полученные результаты . Как результат валидации методики оформля ется протокол ( или иной документ ).

При положительных результатах оценки методик испытаний оформляется заключение в протоколе ( или ином документе ) о соот ветствии данной методики установленным требованиям .

Процедура верификации проводится с любой методикой, со стандартизированной и нестандартизированной, количественной и качественной, в то время как валидация необходима в случае внедрения нестандартизирован-ной количественной методики. Качественная методика включает в себя оценку собранных данных, а также интерпретацию полученных результатов. Она направлена на более глубокое понимание изучаемых явлений и процессов, в отличие от количественных методик, которые фокусируются на статистических показателях и числовых данных.

При валидации количественных методик ис пытаний проводится проверка установленных к ним требований в соответствии с предполагае мым их использованием путем оценки пригод ности применения методики ( метода ) испыта ний ( измерений ) в лабораторной деятельности .

Верификация – это процесс подтвержде ния , что лаборатория имеет все возможности и условия для проведения испытаний в со ответствии с методом . Верификация обычно включает проверку точности , повторяемости и воспроизводимости результатов .

Валидация – это процесс подтверждения , что метод испытания соответствует потреб ностям и ожиданиям заказчика и соответствует конкретному приложению .

Верификацию можно определить как этап валидации методики испытаний, но если проводится верификация целого метода – на него, скорее всего, будут проводить валидацию по каждой методике, которая входит в метод.

В обоих случаях цель – убедиться в пра вильности и надежности метода испытания , но верификация и валидация оценивают различные аспекты метода испытания . Вери фикация обычно выполняется перед исполь зованием метода испытания , в то время как валидация обычно выполняется в процессе использования метода испытания . Более на глядно сходства и различия представлены на рисунке . Рисунок помогает визуализировать логиче ские взаимо связи между валидаци ей и верификацией : на пересечении кругов демонстрируются общие процессы между верификацией и валидацией . В о ставшихся областях написаны характерные подпроцессы для каждого процесса .

На рисунке можно видеть , что данные процессы объединяет наличие соответству ющего оборудования , места для проведения испытаний и квалифицированного персонала . Процесс валидации более широк и ресурсоза тратен в сравнении с верификацией , так как требует объектов испытаний [7].

Важным этапом валидации методов являет ся разработка программы , которая описывает все этапы процесса валидации и определяет методики и процедуры , которые будут ис пользоваться при проведении валидации .

Круги Эйлера

Eulerian circles

В программу валидации обычно включаются следующие этапы [6]:

– определение целей и задач валидации метода ;

– выбор метода валидации , который соот ветствует целям и задачам валидации ;

– подготовка и определение требований к оборудованию , материалам и другим ресур сам , которые будут использоваться при про ведении валидации ;

– оценка метрологических характеристик метода ;

– оценка повторяемости и репродуктив ности метода ;

– оценка воспроизводимости метода ;

– оценка пределов обнаружения и опреде ления метода ;

– оценка линейности метода ;

– оценка специфичности метода ;

– оценка стабильности метода ;

– оценка влияния внешних факторов на результаты измерений ;

– анализ полученных результатов и при нятие решения о пригодности метода для ис пользования .

Перед применением стандартизованной методики с отклонениями лабораторией про водится валидация методики , осуществляется набор статистических данных для того , чтобы иметь возможность оценить лабораторное смещение и лабораторную погрешность ( рас ширенную неопределенность ) методики испы таний после внесения в нее соответствующих изменений . Испытательной лабораторией планируется и реализуется внутрилабора - торный эксперимент по установлению вну - трилабораторного смещения и лабораторной характеристики погрешности ( расширенной неопределенности ) с использованием положе ний ГОСТ Р ИСО 5725-1, ГОСТ Р ИСО 5725-2, ГОСТ Р ИСО 5725-3, ГОСТ Р ИСО 5725-4, ГОСТ Р ИСО 5725-5, ГОСТ Р ИСО 5725-6, РМГ 76–2014, ГОСТ 34100.1–2017/ISO/IEC Guide 98-1:2009, ГОСТ 34100.3–2017/ISO/IEC Guide 98-3:2008 [14–22].

После процедуры установления лабораторной характеристики погрешности (расширенной неопределенности) и получения удовлетворительных результатов сравнения метрологических характеристик стандартизованной методики измерений и методики с отклонениями лаборатория может приступить к реализации методики с принятыми отклонениями для выполнения измерений.

При проведении испытаний в лабораториях возможны следующие отклонения от стандарт ных методов испытаний :

• а )    отклонения , вызванные отсутствием точностных характеристик количественных стандартизованных методик испытаний ;

• б )    отклонения , вызванные изменениями в процедуре пробоподготовки , в количестве результатов единичных измерений и т . п .;

• в )    отклонения , вызванные расширением и модификацией стандартных методик , в том числе стандартных методик , используемых за пределами области их применения , за ис ключением ранее внедренных и включенных в утвержденную область аккредитации методов испытаний по определенному виду продукции , входящих в перечень стандартов к техническим регламентам ТС и ЕАЭС , распространяющихся на иные объекты технического регулирования , предусмотренные техническими регламентами .

В случае отсутствия точностных харак теристик для количественных стандарти зованных методик испытаний проводится расчетно - экспериментальное определение количественных характеристик . При прямых многократных и косвенных измерениях по алгоритмам устанавливается алгоритм оценки показателей точности , характеристики по грешности ( расширенной неопределенности ), показателей достоверности результатов изме рений ( правильности и прецизионности ).

Исходными данными для расчета стан дартной неопределенности измерения входной величины X_i типа A являются результаты ее многократных измерений x_i , при этом стан дартная неопределенность входной величины x_i определяется по формуле [3]

• 1    ^{n i} 2

uA (x'=j n( ni-1) q=1 (xq xi), где ni – число измерений входной величины Xi ; xi – среднее арифметическое результатов измерений i-й входной величины.

Стандартную неопределенность измерения входной величины , вычисляемую по типу B , определяют по формуле [16; 17]

где b _в и b _н – соответственно , верхняя и ниж няя границы неопределенности для входной величины x_i .

Информация о значениях b _в и b _н может быть получена из данных предшествующих изме рений , опытным или теоретическим путем из данных о характеристиках применяемых техни ческих средств ( средств измерений , испытатель ного оборудования или стандартных образцов ) или из данных , приводимых в свидетельствах о поверке или сертификатах калибровки приме няемых средств измерений , протоколов аттеста ции испытательного оборудования , паспортов стандартных образцов и др .

При представлении результата измерения и значения неопределенности измерения в виде суммарной стандартной неопределенности измерений U _c( y ) следует :

– дать подробное определение измеряемой величины Y ;

– привести оценку y измеряемой величины Y и суммарной стандартной неопределенности измерения U _c( y ) с указанием единиц измерений ;

– при необходимости указать относитель ную суммарную стандартную неопределен ность измерения ( U _c( y )) / | y |, y ≠ 0.

При представлении результата измерения и значения неопределенности измерения в виде расширенной неопределенности измерений U = kU _c( y ) следует :

– дать подробное определение измеряемой величины Y ;

• –    указать результат измерений в виде Y = y ± U с указанием единиц измерений для Y и U , а так же значение коэффициента охвата k [14; 17];

  – при необходимости указать относитель ную расширенную неопределенность измере ний U / | y |, y ≠ 0.

Валидация методов является важным этапом обеспечения качества и точности проводимых испытаний и измерений. Она позволяет оценить возможности метода, его точно сть и надежность, а также выявить и устранить ошибки и неточности в процессе измерений. Правильно проведенная валидация методов позволяет уверенно использовать полученные результаты при принятии решений в различных областях науки и техники, в том числе в области использования атомной энергии.

Результаты и дискуссия

При валидации методов испытаний в ис пытательных лабораториях существует ряд по тенциальных рисков . Они могут быть связаны с недо статочной точно стью и надежностью методов испытаний , что может привести к ошибочным результатам и неудовлетвори тельным испытаниям . Некоторые из наиболее распространенных рисков включают в себя :

• –    неправильное определение критериев приемлемости результатов испытаний ;

• –    неправильный выбор метода валидации для конкретного типа испытаний ;

• –    недо статочную подготовку персонала , выполняющего валидацию ;

• –    отсутствие или недостаточность доку ментации и процедур валидации ;

• –    недостаточную проверку оборудования и инструментов , используемых при испытаниях ;

• –    неправильное применение стандартных процедур и методик .

Чтобы уменьшить риски при валидации методов испытаний , необходимо тщательно планировать и проводить процесс в соответ ствии с соответствующими стандартами и руководствами , а также обеспечивать доста точную документацию и обучение персонала .

Заключение

В заключение можно отметить , что вали дация методов испытаний является необхо димым процессом для обеспечения точности и надежности результатов в испытательных лабораториях . Она позволяет убедиться в том , что методы испытаний соответствуют требо ваниям стандартов и могут быть применены с высокой степенью уверенности .

Однако при валидации методов существу ют определенные риски , которые необходимо учитывать и минимизировать . Это могут быть ошибки при выборе методов оценки метроло гических характеристик , неправильное опре деление условий проведения испытаний , а также ошибки при интерпретации результатов .

Поэтому важно придерживаться рекомендаций и требований стандартов, проводить валидацию методов внимательно и последова- тельно, а также регулярно повторять процесс для поддержания высокой точности и надежности результатов.