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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
Grundlagen, Anforderungen
Einflussfaktoren auf die Gesamtunsicherheit der Probennahme.
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© SpiCon GmbH5
Grundlagen, Anforderungen
Aufschlüsselung des gesamten Probenahmefehlers (verändert nach Gy, 1992).
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© SpiCon GmbH6
Grundlagen, Anforderungen
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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Grundlagen, Anforderungen
Fehlerquellen
Bestimmung der Unsicherheit
Qualitätssicherung
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
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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.
Fehlerquellen
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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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Fehlerquellen
© SpiCon GmbH11
Typische Probenahmemassen für die 3 Typen der Schadstoffverteilung (nach Neeße (1997).
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Fehlerquellen
© SpiCon GmbH12
Parameter Anteil der Erfassung
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
Parameter Anteil der Erfassung
Parameter Anteil der Erfassung
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
Auswertung von 110 Gutachten der OFD-H aus den Jahren 1995 - 2005
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Fehlerquellen
© SpiCon GmbH14
Ergebnisse des erfassten Anteils der betrachtete Punkte zur Probenmenge.
Parameter Anteil der Erfassung
Parameter Anteil der Erfassung
Entnahmeverfahren 84 % Aufschlussverfahren 93 %
Probennahmeintervalle 92 % Einzelprobe/Mischprobe 99 %
Bodenart 99 % Siebung < 2mm 21 %
Sondendurchmesser 81 %
Auswertung von 110 Gutachten der OFD-H aus den Jahren 1995 - 2005
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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.
Fehlerquellen
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Grundlagen, Anforderungen
Fehlerquellen
Bestimmung der Unsicherheit
Qualitätssicherung
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
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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.
Bestimmung der Unsicherheit
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© SpiCon GmbH18
Kunststoffrohre mit eingebautem Bodenprofil (Baermann et.al., 2005)
ITVA-Vergleichsprobenahme 2003
Bestimmung der Unsicherheit
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© SpiCon GmbH19
Grafische Darstellung der aufgenommenen Bodenprofile der Teilnehmer, modifiziert nach Baermann et.al. (2005)
ITVA-Vergleichsprobenahme 2003
Bestimmung der Unsicherheit
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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
ITVA-Vergleichsprobenahme 2003
Bestimmung der Unsicherheit
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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)
ITVA-Vergleichsprobenahme 2009
Bestimmung der Unsicherheit
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© SpiCon GmbH22
Die Graphik zeigt die Fehler in Metern bei der Schichtgrenzenbestimmung als Säulendiagramm.
ITVA-Vergleichsprobenahme 2009:
Bestimmung der Unsicherheit
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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
ITVA-Vergleichsprobenahme 2009
Bestimmung der Unsicherheit
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© SpiCon GmbH24
Anzahl der Nichtkonformitäten der Teilnehmer
ITVA-Vergleichsprobenahme 2009:
Bestimmung der Unsicherheit
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© SpiCon GmbH25
ITVA-Vergleichsprobenahme 2009
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%).
Bestimmung der Unsicherheit
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Grundlagen, Anforderungen
Fehlerquellen
Bestimmung der Unsicherheit
Qualitätssicherung
Unsicherheit der Feststoffprobenahme
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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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