Unsicherheit der Feststoffprobenahme Herzlich Willkommen zum Vortrag Unsicherheit bei der...

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Herzlich Willkommen

zum Vortrag

„Unsicherheit bei der Feststoffprobenahme “

im Rahmen des Altlastenseminars des HLUG

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Ihr Referent:

Dr. rer. nat. Thorsten Spirgath

- Fachbegutachter für Probenahmeverfahren für die DAkkS (Deutsche Akkreditierungsstelle)- Systembegutachter der DAkkS- DGQ/EOQ-Auditor- Mitarbeit in DIN-Normungsausschüssen - Mitarbeit in Fachausschüssen des ITVA e.V.

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Unsicherheit der Feststoffprobenahme

Grundlagen, Anforderungen

Fehlerquellen

Bestimmung der Unsicherheit

Qualitätssicherung

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© SpiCon GmbH4


Einflussfaktoren auf die Gesamtunsicherheit der Probennahme.

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© SpiCon GmbH5


Aufschlüsselung des gesamten Probenahmefehlers (verändert nach Gy, 1992).

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© SpiCon GmbH6


Kriterium Teilprozesse Einfluss auf Fehler - Notwendige Qualitätssicherungsmaßnahmen -

1 Festlegung der Zielstellung IE , ME, SE

2 Berücksichtigung von Verdachtsmomenten und Historie

IE , ME, SE

3 Korrekter Probennahmeort / -umgebung IE

4 Korrekter Probennahmezeitpunkt ME

5 Verteilungsmuster des Analyten IE

6 Verhältnis Matrix – Analyt IE

7 Berücksichtigung von Probenvorbehandlung und notwendiger Probenkonservierung

ME

8 Probenreduzierung bis zur Analytik ME

9 Bestimmung des Aufschlussverfahrens IE

10 Entnahmeverfahren festlegen IE

Kriterien, Teilprozesse und Einfluss auf die Größe des Fehlers innerhalb der Gesamtunsicherheit nach Gy

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Fehlerquellen


Qualitätssicherung


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© SpiCon GmbH8

Je größer die vorhandene Heterogenität, desto größer der Integrationsfehler.

Der Gesamtfehler der Probenahme nimmt expotentiell mit der Probenmasse ab, daher ist die Ermittlung der repräsentativen Probenmasse der entscheidende Faktor für ein repräsentatives Ergebnis.

Bei organischen Untersuchungen kommt dem Verteilungs-muster des Analyten und dem Verhältnis der Matrix zum Analyten besondere Bedeutung zu.

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© SpiCon GmbH9

Die Unsicherheit einer Probenahme steigt mit zunehmender Heterogenität. Dieser mögliche Fehler kann kompensiert werden, indem die Probenmenge entsprechend erhöht wird.

Die Unsicherheit einer Probenahme wird von den vorliegenden Bindungseigenschaften der zu untersuchenden Substanz maßgeblich beeinträchtigt. Dieser mögliche Fehler kann durch eine Anpassung der Probenmenge verringert werden.

Fehlerquellen

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Fehlerquellen

© SpiCon GmbH10

Darstellung von oberflächenproportionaler Kontamination (a) volumenproportionaler Kontamination (b) nach Bunge (1999)

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Typische Probenahmemassen für die 3 Typen der Schadstoffverteilung (nach Neeße (1997).

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Fehlerquellen

© SpiCon GmbH12

Parameter Anteil der Erfassung


Kontaminationshypothese 96 % Probennahmeplan 97 %

Historische Daten zur Untersuchungsfläche

90 % Beprobungstiefe 95%

Lage der Untersuchungsfläche 100 % Probenbezeichnung 99%

Lage der Probennahmepunkte 100% Entnahmeverfahren 87%

Bodenart 99 % Material des Probennahmegerät

25 %

Aufschlussverfahren 96 % Probengefäße 89 %

Sondendurchmesser[mm] 85 % Probenkonservierung 52 %

Probennehmer 55% Siebung < 2mm 21 %

Probennahmeintervalle 95 % Meteorologische Daten der Gegend

52 %

Einzelprobe 100 % Meteorologische Daten am Tag der Probennahme

9,8 %

Mischprobe 100 %

Ergebnisse des erfassten Anteils der betrachteten Punkte zur Probenahmestrategie

Auswertung von 110 Gutachten der OFD-H aus den Jahren 1995 - 2005

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Fehlerquellen

© SpiCon GmbH13



Name des Probennehmers 54 % Ausgefülltes Schichtenverzeichnis

83 %

Vorhandenes Deckblatt 26 % Bodenansprache nach KA 4 1 %

Probenbezeichnung 99 % Lageskizze Maßstab 82 %

Angaben zur Probenkonservierung

46 % Material der Probengefäße 85 %

Fremdbestandteile differenziert 44 % Vorhandenes Bohrprofil 89 %

Organoleptische Auffälligkeiten 26 % Gewähltes Entnahmeverfahren

84 %

Ergebnisse des erfassten Anteils der betrachteten Punkte zum Probenehmer


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Fehlerquellen

© SpiCon GmbH14

Ergebnisse des erfassten Anteils der betrachtete Punkte zur Probenmenge.



Entnahmeverfahren 84 % Aufschlussverfahren 93 %

Probennahmeintervalle 92 % Einzelprobe/Mischprobe 99 %

Bodenart 99 % Siebung < 2mm 21 %

Sondendurchmesser 81 %


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© SpiCon GmbH15

Die Probenahmestrategie wird in der Praxis oft nicht ausreichend begründet und dokumentiert und somit ist die Nachvollziehbarkeit nicht gegeben.

Eine nachträgliche Angabe der Unsicherheit der Probenahme ist daher in der Praxis meist nicht möglich. Umso wichtiger ist die gründliche und nachvollziehbare Planung, bei welcher die Unsicherheit der Probenahme als Bestandteil berücksichtigt wird.

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Fehlerquellen


Qualitätssicherung


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© SpiCon GmbH17

Die Bestimmung der Unsicherheiten von Messungen in der analytischen Chemie erfolgt häufig über die Bestimmung der Standardunsicherheiten aller Einflussfaktoren, deren Varianzen addiert werden. Die Einzelunsicherheiten können dabei durch (Wiederhol-)Messungen oder theoretische Betrachtungen ermittelt werden (Bottom-up-Methode).

Sofern nicht alle Einflussfaktoren bekannt sind, kann die Unsicherheit über Vergleichsuntersuchungen abgeschätzt werden (Top-down-Methode).

Da bei der Probenahme normalerweise für entscheidende Einflussfaktoren keine Standardunsicherheiten rechnerisch ermittelt werden können (z.B. durch Einsatz von Referenzmaterialien, Standards, Kontrollkarten oder Vergleichsuntersuchung), ist nur die Anwendung der Top-down-Methode möglich.


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© SpiCon GmbH18

Kunststoffrohre mit eingebautem Bodenprofil (Baermann et.al., 2005)

ITVA-Vergleichsprobenahme 2003


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© SpiCon GmbH19

Grafische Darstellung der aufgenommenen Bodenprofile der Teilnehmer, modifiziert nach Baermann et.al. (2005)



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© SpiCon GmbH20

Dokumentierte Bodeneigenschaften

Teilnehmer 1 2 4 5 6 7 8

DIN

Konsistenz

Farbe

Kalkgehalt

Geruch

Lagerung

KA4

Humus

Skelett

Feuchte

Horizont

Umfang der Dokumentation der ITVA-Versuchsteilnehmer



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© SpiCon GmbH21

Die vorbereitet Säulen hatten folgenden Aufbau:bis 0,3 m Auelehm (natürlich anstehend)bis 0,6 m Stabilisat von Aschen aus Biomasseheizanlage (vom JVT)bis 1,5 m natürlicher Sand (Bruckbach oder Hirschau)bis 1,6 m Mergel (Bruckbach)



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© SpiCon GmbH22

Die Graphik zeigt die Fehler in Metern bei der Schichtgrenzenbestimmung als Säulendiagramm.

ITVA-Vergleichsprobenahme 2009:


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© SpiCon GmbH23

Summe Fehler in m

Bohrtechnik

0,10 Hydraulikhammer

0,17 Elektrohammer klein

0,21 Elektrohammer

0,29 Elektrohammer niedrige Schlagzahl

0,34 Rammsondiergerät 50 kg Gewicht

Max. Stauchung in

cm

Bohrtechnik

26 Elektrohammer niedrige Schlagzahl

29 Elektrohammer

31 Hydraulikhammer

32 Elektrohammer klein

43 Rammsondiergerät 50 kg Gewicht



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© SpiCon GmbH24

Anzahl der Nichtkonformitäten der Teilnehmer

ITVA-Vergleichsprobenahme 2009:


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© SpiCon GmbH25


Im Einzelnen handelte es sich nur um 6 Teams, die die Bodenarten nach KA 5 ansprachen (23,1 %). Dagegen arbeiteten 18 Teams nach der baugrundorientierten DIN-Bodenansprache (69,23%). Von 8 Teams wurde die Farbtafel nicht eingesetzt (30,77 %). 9 Teams haben den Grobbodenanteil nicht und drei Teams nicht eindeutig beschrieben (46,2%). Es traten bei allen Bohrungen Stauchungen auf, die von 15 Teams im Schichtenverzeichnis vermerkt wurden (57,75%). Vereinzelt wurden Schichten getrennt und Nachfall als Schicht oder Bänderung angesprochen. Es wurde in vier Fällen nicht Dokumentenecht gearbeitet (15,4%).


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Qualitätssicherung


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© SpiCon GmbH27

Der grundlegende Unterschied zur Bestimmung der Messunsicherheit im analytischen Bereich liegt darin, dass für entscheidende Einflussfaktoren keine Standardunsicherheiten rechnerisch ermittelt werden können (z.B. durch Einsatz von Referenzmaterialien, Standards, Kontrollkarten oder Vergleichsuntersuchung)

Qualitätssicherung

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Qualitätssicherung

© SpiCon GmbH28

Generell lassen sich zu den Betrachtungen zur

Gesamtunsicherheit der Probenahme zwei

grundsätzliche Aussagen festhalten: Je größer die Probenmasse, desto kleiner der fundamentale Fehler

und Je größer die Homogenität, desto kleiner der Gruppierungs- und

Segregationsfehler.

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© SpiCon GmbH29

Nachträgliche Angaben zur Gesamtunsicherheit der Probenahme sind aufgrund unvollständiger oder ungenauer Dokumentation nicht möglich.

Wesentliche Einflussfaktoren werden nur unzureichend in den Gutachten/Protokollen dokumentiert. Umso wichtiger ist die gründliche und nachvollziehbare Planung, bei welcher die Unsicherheit der Probenahme als Bestandteil berücksichtigt wird.

Die Berücksichtigung bzw. Dokumentation der Berücksichtigung der erforderlichen Kriterien ist nicht immer ausreichend und es bedarf eines exakt zu dokumentierenden Datentransfers.

Qualitätssicherung

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© SpiCon GmbH30

Qualitätssicherung

Die Unsicherheit einer Probenahme steigt mit zunehmender Heterogenität. Dieser mögliche Fehler kann kompensiert werden, indem die Probenmenge entsprechend erhöht wird.

Die Unsicherheit einer Probenahme wird von den vorliegenden Bindungseigenschaften der zu untersuchenden Substanz maßgeblich beeinträchtigt. Dieser mögliche Fehler kann durch eine Anpassung der Probenmenge verringert werden.

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© SpiCon GmbH31

Qualitätssicherung

Einfache und effiziente Möglichkeiten zur Verringerung der Unsicherheit der Probenahme:Dokumentation der Kriterien, die zur Festlegung der Probenahmestrategie verwendet werden

ausführliche Probenahmeprotokolle

Referenzproben

Einsatz von Vergleichsprobenahmen

übergeordnete Normen

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© SpiCon GmbH32

Qualitätssicherung

Abhängigkeit von analytischem Fehler und Kostenfaktor (Ramsey 2005)

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© SpiCon GmbH33

Qualitätssicherung

Im Normalfall ist der tolerierbare Fehler ein Kompromiss aus der notwendigen

Aussagesicherheit und den wirtschaftlichen Bedingungen (Kosten).

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© SpiCon GmbH34

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Kontakt:Dr. Thorsten SpirgathSpiCon GmbHMagnusstraße 1112489 BerlinT.: 030 / 63 92 40 83F.: 030 / 63 92 40 84Mail: [email protected]

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