Umgang mit Messunsicherheiten Peter Zangerl INTERLAB Fachkongress 29. April 2009, Kempten.

Umgang mit Messunsicherheiten Umgang mit Messunsicherheiten

Peter Zangerl

INTERLAB Fachkongress 29. April 2009, Kempten

2INTERLAB Fachkongress, 2009 2

InhaltInhalt• Einleitung:

Angabe der Messunsicherheit (akkreditierte Laboratorien)

• Definition Messunsicherheit

• Möglichkeit zur Berechnung

• Spezialfall Keimzahlbestimmung

• Probleme bei der Ermittlung der Messunsicherheit mikrobiologischer Verfahren

• Beurteilung von Grenzwerten – unter besonderer Berücksichtigung mikrobiologischer Verfahren

• Literatur

3INTERLAB Fachkongress, 2009

Angabe der Messunsicherheit (1)Angabe der Messunsicherheit (1)

für die Gültigkeit oder Anwendung des Prüfergebnisses von Bedeutung,

vom Kunden verlangt,

oder wenn die Unsicherheit die Einhaltung von Grenzwerten in Frage stellt.

Bei akkreditierten Laboratorien muss gemäß ISO/IEC

17025, 5.10.3.1 c im Prüfbericht, falls anwendbar, die

Messunsicherheit angegeben werden, wenn


Angabe der Messunsicherheit (2)Angabe der Messunsicherheit (2)

Gemäß DAR-4-INF-02 sollte bei Angabe der

Messunsicherheit das Messergebnis zusammen mit einer

„erweiterten Unsicherheit“, die zum Vertrauensniveau von 95

% gehört, wie folgt angegeben werden:

Messwert 100,1 (Einheiten)

Messunsicherheit ± 0,1 (Einheiten)

Erklärung der Messunsicherheit









• Literatur


Messunsicherheit – Grundlagen (1)Messunsicherheit – Grundlagen (1)

Normalverteilung

(Gauss-Verteilung)

x = Mittelwert

σ = Standradabweichung

Im Intervall

x ± σ

liegen etwa 68 % der Beobachtungen.

Im Intervall

x ± 2σ

liegen etwa 95 % der Beobachtungen

(95 % Vertrauensbereich).

Messunsicherheit


Messunsicherheit – DefinitionMessunsicherheit – Definition

Die Messunsicherheit beschreibt das 95 %

Vertrauensintervall eines Messwertes bei

Anwendung einer bestimmten Methode.

Sie ist sozusagen ein „Werteintervall, das den

Wert der gemessenen Größe mit hoher

Wahrscheinlichkeit überdeckt“*.

* Kessel, W. (1998): Messunsicherheit, ein wichtiges Element der Qualitätssicherung


Messunsicherheit – Grundlagen (2)Messunsicherheit – Grundlagen (2)

MU (U) = k * uc

MU (U)= Messunsicherheit („erweiterte

Unsicherheit)“

k = „Erweiterungsfaktor“

uc = „kombinierte Standardunsicherheit“EUROCHEM/CITAC Leitfaden (2004): Ermittlung der Messunsicherheit bei analytischen Messungen









• Literatur


Messunsicherheit Messunsicherheit - Möglichkeit zur Berechnung -- Möglichkeit zur Berechnung -

MU = 2 * sR

MU = „(erweiterte) Messunsicherheit“

k = Faktor für ca. 95 % Vertrauensintervall

sR = Vergleichstandardabweichung aus Ringversuchen

EUROCHEM/CITAC Leitfaden (2004): Ermittlung der Messunsicherheit bei analytischen Messungen

Vorteil: Einheitlicher Wert – unabhängig von Labor









• Literatur


Spezialfall KeimzahlbestimmungSpezialfall Keimzahlbestimmung

Die Koloniezahlen oder die im Mikroskop

gezählten Keime sind nicht normalverteilt!


Kolonien auf Petrischale (Mittelwert aus n=2)

Va

riatio

nsk

oef

fizie

nt i

n P

roze

nt

Poisson-Verteilung: σ2 = µ

Variationskoeffizient in Abhängigkeit von der Variationskoeffizient in Abhängigkeit von der mittleren Koloniezahlmittleren Koloniezahl

- Gesamtkeimzahlbestimmung in Rohmilch -- Gesamtkeimzahlbestimmung in Rohmilch -

Probenzahl: 116









• Literatur


Probleme bei der Ermittlung von Probleme bei der Ermittlung von Präzisionsparametern Präzisionsparametern

mikrobiologischer Verfahrenmikrobiologischer Verfahren

• Poisson-Verteilung der Mikroorganismen („Stichprobenfehler“) – auch nach log-Transformation nicht immer Normalverteilung

• Eigenschaften der Zielkeime (Klumpen, Ketten)

• Begleitflora – MU abhängig von Begleitflora im Vergleich zum Zielkeim

• Güte der diagnostischen Systeme (Bsp. Baird-Parker-Agar vs. RPF-Agar)

• Gussverfahren – Oberflächenausstrich

• Probenmatrix – z.B. MU größer bei Milchpulver als bei Milch

• Probeninhomogenitäten (größter Beitrag zur Gesamtvarianz)


Anteil von Komponenten an der Anteil von Komponenten an der Gesamtvarianz mikrobiologischer Gesamtvarianz mikrobiologischer

VerfahrenVerfahren

Probenvarianz 50 % - 70 %

Methodenvarianz 4 % - 10 %

Unvermeidbare statistische Plattierungsvarianz (Poissonverteilung)

ca. 25 %

Quelle: Berg et al. (1994) zitiert nach Baumgartner et al. (2006)


Ermittlung der Messunsicherheit Ermittlung der Messunsicherheit aufgrund von Ringversuchsergebnissenaufgrund von Ringversuchsergebnissen

• Methodenbezogene Ringversuche

Teilnahme von ausgewählten Labors zur Feststellung der

Präzisionsdaten einer Methode

(Wiederholbarkeit „r“, Vergleichbarkeit „R“)

Ergebnisse werden in die Methodennorm aufgenommen (ISO).

• Parameterbezogene Ringversuche – Proficiency Testing

Teilnahme von Routinelabors zur Überprüfung ihrer

Arbeitstechnik

Bei einem Parameter können verschiedene Methoden zur

Anwendung kommen.


Quelle sR in log KbE/g

Methoden (z.B. ISO) ca. 0,1 – 0,3 ca. 0,15

Proficiency Tests (Norsk Matanalyse)

ca. 0,2 – 0,5 ca. 0,3

ssRR in Ringversuchen in Ringversuchen

- Keimzählverfahren - - Keimzählverfahren -


Festlegung der Messunsicherheit

an der BAM Rotholz

Nicht auf Methode bezogen, sondern auf die

mikrobiologische Plattentechnik:

uc = ± 0,25 log KbE/g

MU = ± 0,5 log KbE/g (0,5 log entsprechen dem Faktor 3,2 in „normaler“ Skala)


BeispieleBeispiele

Messwert in KbE/ g (ml) Intervall MU ± 0,5 log

100 32 bis 320

1.000 320 bis 3.200

10.000 3.200 bis 32.000

50.000 16.000 bis 160.000

100.000 32.000 bis 320.000


Angaben MU in der LiteraturAngaben MU in der Literatur(mikrobiologische Verfahren)(mikrobiologische Verfahren)

• Schweizerische Akkreditierungsstelle (2006)

Plattenverfahren (Guss-, Spatel- und

Tropftechnik): ± 0,5 log

• EU Kommission (2005 und 2006)

Mikrobiologische Analysen allgemein:

häufig 0,5 – 1,0 log









• Literatur


Konsequenz der unsicheren Schätzung Konsequenz der unsicheren Schätzung bei mikrobiologischen Zählverfahren bei mikrobiologischen Zählverfahren

Probenahmepläne

Keine Angabe der MU im Prüfbericht

Probenanzahl: n, c

Grenzwerte: m, M


Probe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 <3 3,6 <3 3,5 3,9 <3 4,5 <3 3,6 <3

2 <3 <3 <3 <3 5,8 <3 4,4 4,9 5,4 4,3

3 4,3 3,6 <3 3,7 3,8 <3 4,9 4,3 3,0 3,0

4 <3 <3 5,5 5,8 <3 <3 5,2 5,0 3,3 6,1

5 <3 <3 <3 <3 3,8 <3 5,1 4,5 <3 4,5

Coliforme in log KbE/g in Camembert bei Coliforme in log KbE/g in Camembert bei Nichtbeherrschung des ProzessesNichtbeherrschung des Prozesses

Charge

Die Variabilität der Probenergebnisse übersteigt die

Präzisionsangaben in den Standardmethoden um ein Vielfaches.


Beuteilung von GrenzwertenBeuteilung von GrenzwertenEuropäische Kommission (2005) – Diskussionspapier zu

mikrobiologischen Kriterien:

General policy in recent discussions seems to be that food business operators

should always regard all test results above the limits unacceptable regardless

of the MU involved, whereas in the official controls the MU COULD be

taken into account in order to be sure beyond reasonable doubt that the batch

in question does not comply with the criterion.

Europäische Kommission (2006) – Leitfaden zu VO (EG) Nr. 882/2004:

As regards food-borne pathogens the highest acceptable result including MU

should still be low enough to ensure a high level of human health protection.

Particularly, in the context of enforcement actions the highest acceptable result

must be considered carefully on a case-by-case basis. In Regulation (EC) No

2073/2005, only one quantitative limit is fixed for a pathogen as a food safety

criterion, i.e. Listeria monocytogenes (100 cfu/g).


Beurteilung von Grenzwerten - MöglichleitenBeurteilung von Grenzwerten - Möglichleiten

Upper Control Limit

( i ) Result less uncertainty above limit

( iv ) Result plus uncertainty below limit

( ii ) Result

above limit but limit within

uncertainty

( iii ) Result below limit but limit

within uncertainty

(ii) Wert > Limit; Wert - MU < Limit:

- Charge akzeptiert, da Ergebnis nicht

zweifelsfrei über Grenzwert.

- Charge nicht akzeptiert, da Ergebnis

über Grenzwert –

Sicherheitsaspekt bei Pathogenen

(iii) Wert < Limit; Wert + MU > Limit:

- Charge akzeptiert, da Ergebnis

unter Grenzwert.

- Charge nicht akzeptiert, da

Möglichkeit

einer Überschreitung gegeben -

Gesundheitsgefahr bei Pathogenen

Quelle:CHEM/40182/2006

? bei L. monocytogenes

?

? Anwendbarkeit bei mikrobiologischen Kriterien ?









• Literatur


Literatur (1)Literatur (1)Deutscher Akkreditierungsrat (1998): Angabe der Unsicherheit in der

quantitativen Prüfung. DAR-4-INF-02 (Internetverfügbar)

Deutscher Akkreditierungsrat (2005): Anforderungen an Prüflaboratorien und Akkreditierungsstellen bezüglich der Messunsicherheitsabschätzung nach ISO/IEC 17025 (5.4.6/5.10.3). DAR-4-INF-08 (Internetverfügbar)

Ellison, S. L. R., Rösslein, M. und Williams, A. (2000): EUROCHEM/CITAC Leitfaden. Ermittlung der Messunsicherheit bei analytischen Messungen. 2. Auflage (Internetversion) Stand 2004. QUAM:2000.P1 http://www.eurolab-d.bam.de/dokumente.html

Baumgartner, A., Bischofsberger, T., Bissig-Choisat, B., Dalla Torre, M., Emch, H., Gafner, J.-L., Hübner, Ph., Meyer, R., Müller, Ch., Scheffeldt, P., Spahr, U., Stephan, R., Wäspi, U. (2006): Leitfaden zur Validierung mikrobiologischer Prüfverfahren und zur Abschätzung der Messunsicherheit im Bereich Lebensmittel- und Umweltmikrobiologie.Mitt. Lebensm. Hyg. 97, 73-106.

CHEM/4018/2006: Measurement uncertainty and accreditation – impact on critical difference approach


Literatur (2)Literatur (2)Kessel, W. (1998): Messunsicherheit, ein wichtiges Element der

Qualitätssicherung. http://www.ptb.de/de/publikationen/download/pdf/kessel.pdf

European Commission (2005): Discussion paper on strategy for setting microbiological criteria for foodstuffs in Community legislation. www.ec.europa.eu/food/food/biosafety/salmonella/discussion_paper_en.pdf

European Commission (2006): Guidance document on official controls, under Regulation (EC) No 882/2004, concerning microbial sampling and testing of foodstuffs. (Internetverfügbar)

Schweizerische Akkreditierungsstelle SAS (2006): Leitfaden zur Validierung mikrobiologische Prüfverfahren und zur Abschätzung der Messunsicherheit im Bereich Lebensmittel- und Umweltmikrobiologie. Dokument Nr. 328.dw; Ausgabe Feber 2006, Rev. 01 (Internetverfügbar)

Niemelä, S.I. (2003): Uncertainty of quantitative determinations derived by cultivation of microorganisms. Centre for Metrology and Accreditation Publication J4/2003 (Internetverfügbar)

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