移动实验室检测能力评定方法研究

孔鲁裔

（国家农业标准化监测与研究中心（黑龙江））

随着我国经济社会的快速发展，我国进入了一个非常规突发事件（洪水、地震、水污染、雪灾、毒奶粉）的高发期，因此构建一个在危机中同样也能发挥重要作用的公共安全移动实验室，则是一种与时俱进的、前瞻性的创举。这自然也要求所构建的移动实验室具有灵活性、便捷性和可靠性的特点。而基于这种敏捷和可靠性质检系统建立一个有着强大检测能力的公共安全移动实验室队伍更是这一战略方针的直接体现，为此建立一套有效评定移动实验室检测能力的方法更具有重大的现实意义。

目前国际领先的移动实验室——公共安全监测车已具有精密的仪器装备，完善的质量控制(QC)和质量保证(QA)措施，并多数已经通过了权威机构的体系认证，部分具有了法定检测能力。近年来特别是在质检系统我国自主研发的移动实验室得到了突飞猛进的发展，利用移动实验室对部分检测任务不但能够精确定性分析，而且能够准确定量，已经在很多面向国际的大型活动中广泛应用并取得了显著的成绩，得到了国际认可，2008年获得国家质检总局主持的国家“十五”重大专项研究课题创新成果。因此，目前应用于监测执法过程中的移动实验室更应提高移动实验室的标准化管理，制定一套对移动实验室有针对性的能力验证和数据比对评定方法规范，确保移动实验室检测数据的可靠性，以免造成了移动实验室的检测能力不明确，直接导致移动实验室出具的数据法律效力弱，极大影响利用这些数据进行判定和执法的效果，制约移动实验室的发展。

对移动实验室的实际监测能力进行能力验证和移动实验室比对是检测结果质量控制的有效方法，其目的和作用是：可以确定移动实验室进行某些特定参数的检测能力，可以了解到新的快速检测方法的有效性和可比性，有助于增加执法中对移动实验室提供数据的信任，提高移动实验室的准确度。近年来，我中心配合上级主管部门组织各地市的移动实验室进行了移动实验室比对和能力验证活动——移动实验室“技术大比武”。现将总结移动实验室能力验证可行的统计技术及评定方法概述如下：

l 简述移动实验室间比对和能力验证的基本定义及术语[1.2.3]

1.1 移动实验室间比对

按照预先规定的条件，由两个或多个移动实验室对相同或类似检测物品进行检测的组织、实施和评价。基于移动实验室操作环境比较复杂的特点，进行移动实验室间比对必须设计在预先规定的条件下进行方可成立。

1.2 移动实验室能力验证

是利用移动实验室间比对确定移动实验室的检测能力。它包括定性计划、数据转换演练、单件物品检测、单项演练、连续的计划、抽样等。移动实验室能力验证需由权威机构组织实施才具有公信力，否则只能称作移动实验室间比对。

1.3 指定值

对于给定目的具有适当不确定度、赋予特定量的值，有时该值是约定采用的。指定值的建立有各种程序，这些程序分别使用下列各值：

1.3.1 已知值

由专门的检测物品配方(例如用制造或稀释)决定的结果。

1.3.2 参考值

与一个可溯源到一个国家或国际标准的标准物质或标准并行进行分析、测量或比对检测物品所确定的值。

1.3.3 公议值

从若干个参加者提交的测得值中，采用统计方法得到的值(如平均值，中位值等)，同时考虑到极端结果的影响。

1.4 参考物质/标准物质

具有一种或多种足够均匀和很好地确定了的特性，用于校准测量装置评价测量方法或给材料赋值的一种材料或物质。

1.5 有证参考物质/标准物质

附有证书的参考物质，其一种或多种特性值用建立了溯源性的程序规定，使之可溯源到准确复现的表示该特性值的测量单位，每一种出证的特性值都附有给定置信水平的不确定度。

1.6 离群值

一组数值与其他数值不一致的数值。

1.7 稳健统计技术

使极端结果对平均值估计值和标准差估计值的影响减至最小的技术。

2 移动实验室能力验证数据选用的统计分析方法

进行统计分析的前提是假设分析的结果服从正态分布。计划组织者（特别是技术专家）必须注意所有获得的结果应近似于正态分布。在开始进行移动实验室能力验证数据统计分析之前，应采取措施确保所采集的数据是正确、合理的。必须仔细检查数据，并通过这个检查过程对数据中的粗大误差和潜在问题进行识别。移动实验室能力验证中对定性验证结果，通常不需计算，而定量验证结果选用以下统计量和计算方法。

2.1 统计过程中的统计量[4]

通常在数据统计过程中必须计算以下4种综合的统计量。这些统计量的计算是进行实验室结果统计评价的基础。

2.1.1 结果数

是从一个特定检测中得到的结果总数，符号为N。

2.1.2 中位值

指一组按大小顺序排列的数据的中间值，若N为奇数，那么中位值是一个单一的中心值，则 X(N+1)/2的结果数值为中位值；若N为偶数，则两个中心值的平均值为中位值，即 {X(N /2)+ X(N/2)+1}/2。

2.1.3 标准四分位间距（NIQR）

是一个结果变异性的量度，对一组按顺序排列的数据，上四分位值Q3与下四分位值Q1之间的差称为四分位距(IQR)，即IQR=Q3-Q1。IQR乘以因子0.7413（因子0.7413 是从“标准”正态分布中导出的）得标准化四分位距(NIQR)，它是稳健统计技术处理中用于表示数据分散程度的一个量，其值相当于正态分布中的标准偏差(SD)。

2.1.4 稳健CV

稳健CV，是变异系数比：

2.1.5 最小值

是最低值，即X[1]。

2.1.6 最大值

是最高值，即X[N]。

2.17 极差

是最大值和最小值的差值。

其中最重要的统计量是中位值和标准化IQR，它们是数据集中和分散的量度。由于中位值和标准化IQR 是统计分析中较稳健的统计量，它们不受数据中离群值的影响，最适合用来做移动实验室间比对的数据统计。

2.2 稳健Z 比分数统计计算法[5]

所以选择稳健Z比分数该统计方法是因为：该法是当前国际上移动实验室能力验证中最常使用的统计方法，具有国际通用性；该法也是一种最不易受到异常值影响的统计方法，具有强抗干扰性。该法以中位值代替平均值，以标准化IQR代替标准偏差，在数据处理过程中，通常不需剔除异常值（在移动实验室实际检测中由于实验条件限制、外界干扰复杂，急易出现异常值），因此使用该法更能准确反映移动实验室数据的统计特征及时引起实验室注意查找原因。

该法利用Z比分数(Z-Score)来评定参加能力验证的移动实验室的检测能力。Z比分数的计算公式：

通常移动实验室检测结果的差异有两个主要的来源：即移动实验室间的差异和移动实验室内的差异，在分割水平双样本能力验证计划中每个项目可得到两个检测结果，可以对两种偏差都进行分析，即移动实验室间Z(ZB)和移动实验室内Z值(ZW)。移动实验室间Z值的计算基于两个结果的和，ZB主要反映移动实验室的系统误差，用于取代传统的实验室再现性。而移动实验室内Z值计算基于两个结果的差，ZW反映移动实验室的随机误差，取代传统的实验室重复性。

如果一个非常高的移动实验室Z值表明这个移动实验室的一个或两个结果显著高于中位值；同样，一个非常低的(负值)的移动实验室Z值表明该移动实验室的结果显著低度于中位值。一个非常高的(正值)或非常低的(负值)的移动实验室Z值都显示移动实验室的两个结果间的差别太大。

移动实验室间Z(ZB)和移动实验室内Z值(ZW)的计算公式：

S：称为结果对标准化和，即是某样品A和B不同

一组S数据的中位值记为中位值(S)，其标准化四分位距为标准化四分位数间距(S)。

(若A样的中位值大于B的中位值)或(若A样的中位值小于B的中位值)一组D数据的中位值记为中位值(D)，其标准化四分位距为标准化四分位数间距(D)。

3 移动实验室间比对、能力验证结果评定方法

3.1 用Z比分数对参加移动实验室间比对、能力验证结果的评定

当组织单位反馈的结果的Z值的绝对值大于或等于3时，则被评为离群值，当一个结果的Z值的绝对值大于2而小于3时，表明结果可疑，应引起移动实验室的注意，并鼓励移动实验室对测试程序进行复查，当一个结果的Z值的绝对值小于2时，表明结果满意。若一个结果的Z值的绝对值越接近于0，则表示该结果与其它移动实验室的结果符合性越好。

即： |Z|≥3 离群结果，要求移动实验室开展纠正措施；

2＜|Z|＜3 可疑结果，鼓励移动实验室复查他们的结果；

|Z|＜2 满意结果。

ZB值大小代表某移动实验室的S值与中位值(S)的偏离程度，而符号“+”与“-”代表与中位值(S)偏离方向，该值通常反映了移动实验室测定结果的系统误差。一个正的ZB(ZB≥3)表明结果都太高，一个负的ZB(ZB≤3)表明结果都太低。ZW值主要反映移动实验室的重复性，即随机误差，一个正的ZW(ZW≥3)表明结果间的差值太大，一个负的ZW(ZW≤3)表明结果间的差值太小或者对于中位值是在相反的方向。

3.2 用E 数进行评定校准N

x —实验室的测量结果；

X—被测物品的参考值；

ulab—是检测移动实验室的不确定度；

uref—指定值的不确定度。

ulab和uref的置信水平为95%。其中ulab，uref。

如果利用EN值评定移动实验室能力验证结果，前提是必须正确评定该移动实验室对该项测量的不确定度。而移动实验室的测量不确定度是随着移动过程中或移动后条件的变化而变化的，所以当移动实验室移动中或移动后不能正确评定其测量不确定度时，则无法使用该方法。并且计算移动实验室的EN值也不能表明哪个实验室的结果最接近参考值，它只表明其测量结果是否符合对实验室要求的不确定度。所以E数评定只用于校准移动实验室的能力N验证评定。

在一系列相似的检测中，EN值期望呈正态分布。所以当考虑 |EN| 明显大于1 的结果的时，应评价这个实验室出具的所有结果，判断是否存在一个系统偏离（例如|EN|值始终是正值或负值）。

3.3 用图表方法对结果进行评定

在能力验证中Z比分数计算完毕后，常采用一些图表的方法如尧敦图、柱状图等可以较直观地表示出移动实验室的偏差。本文推荐使用柱状图表示法将Z比分数按其大小顺序排列分别作柱状图，每一个柱状图标有移动实验室的代码，这样就可以用图像清晰地表示各参加者移动实验室的能力验证结果。但需要注意，图表法仅仅是一个数据的说明，可以宏观地比较所有实验室的结果及其不确定度。它们不代表对一个结果的最终评定，结果的评定由|EN|值来确定，但如果|EN|无法确定则无法单独使用该方法进行评定。

4 以食品中甲醛快速测定仪的移动实验室间比对为例

该次能力验证活动是黑龙江省技术监督局组织的2008年移动实验室技术大比武中的一项，共有18家移动实验室参加，发出36份样品。

表一 主要稳健统计参数汇总表

4.1 该次能力验证活动的主要稳健统计参数

由表l可见，该次能力验证活动的稳健变异系数介于0.99%～1.76%之间，显示参加移动实验室的整体水平较好。

4.2 参加移动实验室的详细统计结果

表二 食品中甲醛能力验证结果

由表2可见，该次能力验证活动共有18家检测单位参加，按Z比分数评价每个移动实验室的能力。移动实验室间(ZB)结果满意16家，满意率88.9%，结果有疑问1家，可疑率5.6%结果不满意1家，不满意率5.6%。移动实验室内(ZW)结果满意17家，满意率94.4%结果有疑问1家，可疑率5.6%。显示该次能力验证活动的参加移动实验室检测能力较强。

4.3 部分移动实验室出现了离群或可疑原因分析

4.3.1 样品的分割水平的影响

在采用相对测量法分析时，因对标准样品和能力验证样品的分割水平不同，使测量结果产生偏离，从而使测量结果产生ZB、ZW偏差。

4.3.2 显色条件影响

由于酚试剂的化学性质灵敏，显色温度、显色时间、显色试剂浓度、pH值等因素直接影响比色分析，部分移动实验室显色条件控制不好，造成检测的灵敏度降低，个别移动实验室灵敏度达到4.93ug/吸光度，远高于标准的2.8ug/吸光度，灵敏度太低，造成个别移动实验室ZB结果偏离。

4.3.3 计算结果处理

采用相对测量法分析时，测量结果根据工作标准计算出来，部分移动实验室对检验细则中要求的计算方法理解不够，导致在处理计算结果时出现错误，得出不正确的检测结果。

4.3.4 化学试剂

该次能力验证活动中，各移动实验室间试剂空白值相差较大，范围在0.012-0.157吸光度之间，造成试剂空白偏高原因主要是分析试剂配制或使用不当，或实验用水未达到去离子水或重蒸馏水要求，影响检测结果。

4.3.5 仪器设备运行检查

该次能力验证活动使用食品中甲醛快速测定仪进行测量，样品分析时，应检测仪器是否处于稳定工作状态。如：使用的同一套比色皿是否在盛放蒸馏水时吸光度是否相同都是零，分光光度计开机后是否达到稳定状态等因素，导致在分析过程中产生漂移或波动，影响检测结果的准确。

4.4 该次能力验证小结

该次能力验证活动共有18家检测单位参加，能力验证结果满意率88.9%；结果可疑率5.6%；结果不满意率5.5%，有2家检验机构出现了可疑或不满意结果，占参加移动实验室总数的11.1%，应引起有关移动实验室的重视。

5 结束语

如何提高移动实验室的检测技术能力一直是我们非常关注的问题，能力验证是一种非常有效的方法，是判定移动实验室检测能力的重要手段，也是移动实验室内部质量控制的有效补充。本文提出了移动实验室间能力验证的基本统计模型，研究了移动实验室能力验证中使用的重要统计参数，分析并研究了移动实验室检测能力的评定方法，找到了在实际工作中比较切实可行的比对移动实验室实验能力的验证方法。按照上述能力验证方法本文列举了黑龙江省技术监督局组织的移动实验室技术大比武比对试验结果说明了其有效性。

[1]Mobile laboratory list[EB/OL]. [2008-06-30]. http://www.dep.state.f1.us/labs/library/mobilab.htm.

[2]GB/T15483.1-1999,能力验证计划的建立和运作[S].

[3]罗建波，刘礼平。公共卫生移动实验室质量技术与安全[M].广州：中山大学出版社。2008.51

[4]刘培忠，王建敏，孙力等。用Z比分数进行移动实验室质量控制考核及评定[J].中国卫生检验杂志，2007.14(1):101-102.

[5]夏铮铮，刘卓慧。移动实验室认可与管理基础知识[M].北京：中国计量出版社，2009.86