Verifiering av analys av Summa nitrit- nitratkväve (NOX) med AutoAnalyzer 3. Ingrid Nygren

Transkript

1 Verifiering av analys av Summa nitrit- nitratkväve (NOX) med AutoAnalyzer 3 Ingrid Nygren

2 Inledning Laboratoriet för geokemi vid Institutionen för vatten och miljö (IVM), SLU i Uppsala har sedan våren 2014 analyserat nitrit+nitratkväve med diskret analysator Gallery Plus. Analysen har dock varit behäftad med många problem och det har visat sig att instrumentet inte kan leva upp till de kvalitetskrav som utlovades av leverantören. Hösten 2017 beslutades därför att återgå till analys på AutoAnalyzer igen. Det gamla instrumentet uppgraderades med delvis nya delar för att bättre motsvara kraven i nuvarande standardmetod. Bytet av analysinstrument innebär också att vi återgår till att utföra analys på konserverade prover. Denna rapport utgör en sammanställning av de tester som gjorts för att verifiera att tidigare kvalitetskrav fortfarande uppfylls. Analys av kontrollösningar och konserverade prover vid olika halter har utförts under några månaders tid. Utgående ifrån dessa resultat samt resultat från analys av mq-vatten har olika statistiska parametrar beräknats och utvärderats i rapporten (bilaga 1-3). Ett stort antal parallellanalyser har också utförts för att bekräfta att resultaten från Galleryinstrumentet och AutoAnalyzer är likvärdiga (bilaga 6-8). Utöver detta har några prov även skickats till ett annat lab som utför analys med AutoAnalyzer 3 för parallellkörning (bilaga 4). Metod Nitrit+ Nitratkväve analyseras med CFA-teknik på AutoAnalyzer 3 enligt SS-EN ISO13395 modifierat enligt tillverkarens standardmetod, Seal Analytical method G-384. Rev.6 (Multitest MT 18). Mätområdet är µg/l. Som kontroller används ett certifierat referensmaterial med halten 100 µg/l samt egentillverkade kontrollprov med halten 10 respektive 600 µg/l. Detaljerad metodbeskrivning bifogas i bilaga 9.

3 Valideringsplan Definition av mätstorhet (Vad skall mätas?) Nitrit+nitratkväve Valideringsplan Referens till metod Minsta provmängd Provkonservering Rapportering, måttenhet Matris Valideringsparametrar Spridning (Precision) Repeterbarhet, s r Inom-lab reproducerbarhet, s Rw Riktighet (bias) Referensmaterial, CRM SS-EN ISO 13395, SEAL G Rev.4 12ml H2SO4 1ml/100ml µg/l Sötvatten Kravspec. (Markera med X om parametern ingår i valideringen) I nivå med resultat från galleryvalidering. Jämför även med table 7 i metod. I nivå med resultat från galleryvalidering. Jämför även med table 7 i metod. Jämför mot certifikat och bias vid tidigare mätosäkerhetsberäkning X X X X Kommentar Analysera 10 replikat av ett prov i samma körning, med samma kalibrering, vid olika haltområden. Kolla ett antal olika körningar internkontroller vid olika haltområden. Kolla ett antal olika körningar av CRM. Provningsjämförelser X Kolla två gamla provningsjämförelser NIVA-16 + ACES Dubbelkörningar ev. Mot annat instrument eller annat lab där så är möjligt Jämförelse med befintlig metod. X Ca 100 prov med olika halt och turbiditet Mätområde µg/l (samma som tidigare AA3) Detektionsgräns, LOD X Kör 10 blankar under 3 olika dagar och Kvantifieringsgräns, LOQ Linearitet 1µg/l (samma som tidigare AA3) Robusthet Mätosäkerhet Låg halt 2µg/l < 50 X Samma som nuv. Hög halt 12% 50 µg/l X Samma som nuv. X beräkna m+3*s. Beräkna 3*LOD. Verifieras enl. ISO/TS 13530:2009, Gör residualplot över stdkurva. Behöver ej kontrolleras när en standardmetod följs. Beräkna mha kontrollkort och CRM.

4 Statistisk utvärdering Rapporteringsgräns Utgående från de tre blankkörningarna sätts rapporteringsgränsen för NOX på AA3-instrumentet till 1 µg/l (bilaga 1). Verifiering av rapporteringsgräns Ett prov spikat till halten 1 µg/l har använts för att verifiera rapporteringsgränsen. Standardavvikelsen då fem kontrollprover analyserats efter varandra blev 0,133 och medelvärdet blev 0,80 µg/l (bilaga 1). Enligt ISO/TS ska standardavvikelsen vid fem replikat, LOQ 0,8 µg/l och faktor 3 vara 0,216. Rapportgränsen är därmed verifierad. Repeterbarhet Repeterbarheten kontrollerades genom att naturvatten med olika halt av nitrit+nitratkväve blandades ihop så att en större volym prov i tre olika haltområden erhölls. Tio replikat var av de tre proven kördes direkt efter varandra i en och samma körning. CVr vid 13 µg/l blev 0,69 %, vid 53 µg/l blev den 0,26 % och vid 330 µg/l blev den 0,28 % (bilaga1). Detta uppfyller våra krav och är mycket lägre än metodstandardens uppgifter för en standard på ca 500µg/l (tabell 7 i EN ISO 13395:1996). ( inom lab)reproducerbarhet Reproducerbarheten beräknades från kontrollkorten. Som underlag användes några månaders kontroller, (runt 80 värden), då två olika personer kört analysen. För den certifierade kontrollen var CVR 1,02 % vid 100 µg/l och för kontrollprov 3,9 % vid 10 µg/l samt 0,76 % vid 600µg/l (bilaga 2). Detta kan jämföras med provningsjämförelse ACES del A där CV% för alla deltagande labb var 6,42 och 6,64 vid en halt av ca 390µg/l samt ACES del A där CV% var 27,56 och 22,53 vid en halt av ca 8 µg/l. Riktighet Bias för den certifierade kontrollen med halt 100 µg/l blev -2,32 % µg/l vilket är mindre än mätosäkerheten på prov över 20 µg/l. För den lägsta delen av mätområdet, 1-20 µg/l, beräknades bias med hjälp av internkontrollen med halten 10 µg/l till -0,05 µg/l. Även detta är mindre än mätosäkerhet i det aktuella området (bilaga 2). Mätosäkerhet Mätosäkerheten har beräknats med programmet MUkit enl. Nordtest (bilaga 3). Beräkningen gav en utvidgad mätosäkerhet på 1,35 µg/l vid halter 1-20 µg/l och 5,24 % på halter däröver (bilaga 3). Då analysen under valideringsperioden utförts av ett begränsat antal personer sätts mätosäkerheten till 2 µg/l vid 1-20 µg/l och till 7 % vid halter däröver eftersom spridningen kan antas öka med ökat antal analytiker.

5 Jämförelse med annat lab I november 2017 skickades några prov till Uppsala Vatten för samtidig analys på både Gallery, vår AA3 och deras AA3. Resultaten återfinns i bilaga 4. Vid detta tillfälle blev det endast små skillnader mellan de olika instrumenten utom i ett fall då Gallery gav ett betydligt lägre resultat än de båda AA3- instrumenten. Om man undantar detta prov var det något bättre överensstämmelse mellan vår AA3 och Uppsala Vattens än mellan Gallery och Uppsala vatten. Provmängden är dock för liten för att man ska kunna dra några långtgående slutsatser av resultaten utan tjänar mest till att visa att vi ligger på en rimligt riktig nivå på instrumentet vilket också senare bekräftats av resultaten från provningsjämförelseproverna. Provningsjämförelser Eftersom intrimningen av metoden tog betydligt längre tid än planerat var de provningsjämförelseprover som från början fanns med i valideringsplanen för gamla och gav inte längre tillförlitliga resultat. I stället kördes proven från ICP Forest 2017, HELCOM PLC7 och ACES (bilaga 5). Kriterierna för godkänt i ICP Forest var att minst 50 % av proven skulle ligga inom de för varje analys uppsatta toleransgränserna. Fyra av fem prov, dvs. 80 % av proven, ligger inom dessa gränser och resultaten skulle alltså ha varit godkända om de rapporterats in till provningsjämförelsen. I Helcom bestod proven av ett dubbelprov och ett spikat enkelprov. Z-värdet beräknades på medelvärdet av dubbelproven. Den slutgiltiga rapporten för provningsjämförelsen har ännu inte kommit men enligt preliminärrapportens resultat skulle resultaten från AA3-analysen fått ett z-värde på 1,06 vilket är godkänt enligt våra egna kriterier. Utvärdering av det spikade provet presenteras först i slutrapporten men vi kan se att vårt resultat endast skiljer 4 % från det förväntade värdet. Den provningsjämförelse där vi utfört analysen mycket kort tid efter att jämförelsen genomfördes är ACES Resultatet blev mycket bra, z-värdena beräknades till 0,06 och -0,08. Ytterligare ett provpar från jämförelsen NIVA har analyserats och även rapporterats in men denna jämförelse är ännu inte avslutad. Vi kan dock konstatera att resultatet från AA3 endast skiljer sig 3 respektive 2 % ifrån resultatet från Galleryinstrumentet vilket tyder på en god överenstämmelse mellan metoderna. Parallellkörningar Närmare 1000 prov har körts parallellt på Gallery och AA3 under perioden mars till augusti Halterna har legat mellan 3 och 1400 µg/l. Prov över 700 µg/l är spädda innan analys på AA3. Korrelationen mellan analysinstrumenten är god R 2 = 0,9908 och lutning på regressionslinjen är 0,9802. Dock finns det en systematisk skillnad mellan metoderna vilket gör att AA3 generellt ger något högre värden är Gallery (bilaga 6). När vi tittar tillbaka på valideringen av Galleryinstrumentet år 2014 kan vi se att en liknande skillnad fanns även då. För att kontrollera om detta skulle kunna ge upphov till hack i tidsserierna valdes 37 stationer inom flodmynnings- och trendvattendragsprojekten ut för en långtidsutvärdering. Där det fanns provvatten kvar gjordes analyser på konserverade prover från september 2017 till augusti För några stationer saknades det sparat prov och då gjordes jämförelsen istället från mars 2018 till augusti Tidseriediagram visar att skillnaden mellan

6 instrumenten tycks vara stationsbunden. För de flesta stationer är skillnaden så liten att den ryms inom mätosäkerheten medan några stationer får tydligt högre resultat med AA3. Som jämförelse gjordes därför tidserier med resultat 5 år tillbaka i tiden där även bytet från AA3 till Gallery samt parallellanalyser som gjordes då finns med (bilaga 7). Dessa visar att de stationer där skillnaden mellan instrumenten är stor uppvisade i stort sett samma skillnad vid det förra bytet. Om tidsserierna påverkas av bytet borde det i så fall alltså snarast vara så att vi återgår till den nivå som vi hade före juni Regressionsanalys av resultaten från de 37 stationerna år 2014 samt nu visar också liknade mönster (bilaga 8). Slutsats Den statistiska utvärdringen uppfyller de krav vi ställt i valideringsplanen. Resultatet på de provningsjämförelseprover som analyserats har varit godkänt. Parallellkörning med Gallery visar på en systematisk skillnad vilken ger något högre värden på AA3 än på Gallery. Samma skillnad kunde dock iakttas vid bytet från AA3 till Gallery vilket innebär att vi bara återgår till en tidigare nivå. Slutsatsen blir att vi kan återgå till att anlysera nitrit+nitratkväve på AA3. I denna validering har endast prov från IVM analyserats. Innan mark och miljö-proverna flyttas över till AA3 måste ytterligare ett mätområde, anpassat till högre halter, sättas upp. Uppsala den 8 oktober 2018 Ingrid Nygren

7 Bilaga 1. Verifiering av NOX AA3. Bestämning av LOD och LOQ ar1 kal 250 delete br2 kal 250 delete ar1 kal 250 delete blank 1-0,165 blank 1-0,208 blank 1-0,172 blank 2-0,298 blank 2-0,314 blank 2-0,224 blank 3-0,311 blank 3-0,353 blank 3-0,263 blank 4-0,258 blank 4-0,366 blank 4-0,289 blank 5-0,445 blank 5-0,445 blank 5-0,25 blank 6-0,365 blank 6-0,498 blank 6-0,263 blank 7-0,391 blank 7-0,471 blank 7-0,263 blank 8-0,391 blank 8-0,406 blank 8-0,328 blank 9-0,351 blank 9-0,34 blank 9-0,276 blank 10-0,351 blank 10-0,498 blank 10-0,328 medel -0,3326 medel -0,3899 medel -0,2656 stdav.s 0, stdav.s 0, stdav.s 0, LOD 0,24 LOD 0,28 LOD 0,14 LOQ 0,7 LOQ 0,8 LOQ 0,4

8 Bilaga 1. Verifiering av NOX AA3. Verifiering av LOQ spikat prov 1µg/l 1,034 spikat prov 1µg/l 0,743 spikat prov 1µg/l 0,77 n= 5 spikat prov 1µg/l 0,783 t f;α = 2,776 spikat prov 1µg/l 0,691 n= 2,236 medel 0,804 S vid x LQ =1 0,268 stdav 0,133 s*medel= 0,216 = beräknad stdav vid K=3 För att verifiera LOQ ska stdav för det spikade provet vara < beräknad stdav 0,133 < 0,216 och därmed är rapporteringsgränsen verifierad

9 Bilaga 1. Verifiering av NOX AA3. Repeterbarhetstest Repeterbarhetstest Låg halt Medelhalt Hög halt Låg halt Medelhalt Hög halt 13,134 53, ,118 13,006 53, ,241 12,879 53,05 330,33 12,816 53, ,834 12,956 53,05 329,834 12,867 53, ,541 12,905 53, ,995 12,93 52, ,347 12,892 53, ,965 12,892 53, ,038 medel 12,9277 medel 53,1059 medel 330,8243 std s 0,089 std s 0,140 std s 0,935 %CV 0,69 %CV 0,26 %CV 0,28

10 Bilaga 2 Verifiering av NOX AA3 Sida 1 av 3

11 Bilaga 2 Verifiering av NOX AA3 Sida 2 av 3

12 Bilaga 2 Verifiering av NOX AA3 Sida 3 av 3

13 Nordtest Report about:blank Sida 1 av Bilaga 3 Verifiering av NOX AA3 MEASUREMENT UNCERTAINTY ESTIMATION Step Action NOX AA Specify Measurand Analyte measured: Nitrit+nitratkväve Concentration range: 1-20 µg/l Matrix: Vatten Analysis method: Autoanalyzer 2 3 Quantify within-laboratory reproducibility, Control sample that covers all the steps in the analytical process Quantify method and laboratory bias, Control samples: Matrix: Egenblandad kontrolllösning Period of measurements: Number of control samples: 54 Average concentration: 9, µg/l Standard deviation, = 0,47 µg/l : 0,47 µg/l Method and laboratory bias from certified reference material: Different certified reference materials count, : 1 i 1 Certified concetration, Standard uncertainty of certified concentration, Measured concentration, Standard deviation of measured concentration, Number of Measurements, µg/l 0,47 µg/l 9,95 µg/l 0,47 µg/l -0,05 µg/l Period of measurements Matrix Additional information egenblandad kontrolllösning Convert components to standard uncertainty Calculate combined standard uncertainty, Calculate expanded uncertainty, 0,48 µg/l = 0,47 µg/l = 0,48 µg/l = 1,35 µg/l = 0,67 µg/l =

14 Nordtest Report about:blank Sida 1 av Bilaga 3 Verifiering av NOX AA3 MEASUREMENT UNCERTAINTY ESTIMATION Step Action NOX AA Specify Measurand Analyte measured: Nitrit+nitratkväve Concentration range: µg/l Matrix: Vatten Analysis method: Autoanalyzer 2 3 Quantify within-laboratory reproducibility, Control sample that covers all the steps in the analytical process Quantify method and laboratory bias, Control samples: Period of measurements: Number of control samples: 50 Average concentration: 601 µg/l Standard deviation, : 0,76 % = 0,76 % Method and laboratory bias from certified reference material: Different certified reference materials count, : 1 i 1 Certified concetration, Standard uncertainty of certified concentration, Measured concentration, Standard deviation of measured concentration, Number of Measurements, µg/l 0,77 % 96,7 µg/l 0,84 % -2,32 % Period of measurements Matrix Additional information VKI QC RW1 2,45 % = Convert components to standard uncertainty Calculate combined standard uncertainty, Calculate expanded uncertainty, = 0,76 % = 2,45 % = 5,14 % = 2,57 %

15 Bilaga 4 verifiering av NOX AA3 Jämförelsekörning med Uppsala Vatten i November 2017 Journalnr Typ Gallery µg/l Vår AA3 µg/l Uppsala Vatten AA3 µg/l Vattendrag Vattendrag Vattendrag Vattendrag Vattendrag Vattendrag Vattendrag Sjö Sjö Vattendrag

16 Bilaga 4 verifiering av NOX AA3 Bivariate Fit of Gallery By Uppsala Vatten Linear Fit Gallery = -10, , *Uppsala Vatten Summary of Fit RSquare 0, RSquare Adj 0, Root Mean Square Error 19,15001 Mean of Response 157,9 Observations (or Sum Wgts) 10 Bivariate Fit of AA3 By Uppsala Vatten Linear Fit AA3 = 2, , *Uppsala Vatten Summary of Fit RSquare 0, RSquare Adj 0,99861 Root Mean Square Error 3, Mean of Response 165,7 Observations (or Sum Wgts) 10

17 Bilaga 5 Verifiering av NOX AA3 Provningsjämförelser nom.värde stdav z-score recovery % toleransgräns % Gallery z-score Gallery recovery Gallery ICP Forest , ,4 ± ,38 ICP Forest , ,0 ± ,81 ICP Forest , ,5 ± ,05 ICP Forest , ,0 ± ,13 ICP Forest * , ,7 ± ,43 * Har fel prov analyserats eller har provet förändrats under lagringen? HELCOM PLC , ,08-1,06 0,3 HELCOM PLC , Slutgiltig rapport har inte HELCOM PLC N/A 95, N/A kommit ännu AA3/Gall % ACES ,7 392,1 25,2-0, ,27 98 ACES ,4 389,4 25,9-0, ,21 98 NIVA ,4 924,5 Pågående 97 NIVA ,8 839,4 provningsjmf 98

18 Bilaga 6 Verifiering av NOX AA3 Bivariate Fit of NO2+NO3_N AA by NO2+NO3_N Gallery µg/l Linear fit 1 Linear fit 2 Linear Fit 1 NO2+NO3_N AA = 14, ,980226*NO2+NO3_N Gallery µg/l Summary of Fit RSquare 0, RSquare Adj 0, Root Mean Square Error 19,4744 Mean of Response 171,9641 Observations (or Sum Wgts) 975 Analysis of Variance Source DF Sum of Mean Square F Ratio Squares Model ,9 Error ,25223 Prob > F C. Total <,0001* Parameter Estimates Term Estimate Std Error t Ratio Prob> t Intercept 14, , ,79 <,0001* NO2+NO3_N Gallery µg/l 0, , ,19 <,0001* Linear Fit 2 NO2+NO3_N AA = 0 + 1*NO2+NO3_N Gallery µg/l

19 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=AB0037, StNamn=Stockholm,jvb StKod=AC0012, StNamn=Kvistforsen Sida 1 av 19

20 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=AC0019, StNamn=Öre älv Torrböle StKod=BD0001, StNamn=Torne älv Mattila Sida 2 av 19

21 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=BD0004, StNamn=Kalix älv Karlsborg StKod=BD0006, StNamn=Råne älv Niemisel Sida 3 av 19

22 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=BD0511, StNamn=Laxtjärnsbäcken StKod=C0031, StNamn=Dalälven Älvkarleby Sida 4 av 19

23 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=D0040, StNamn=Nyköpingsån Spånga StKod=E0241, StNamn=Bulsjöån Sida 5 av 19

24 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=F0243, StNamn=Silverån StKod=G0216, StNamn=Dammån Sida 6 av 19

25 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=H0043, StNamn=Botorpström Brunnsö StKod=H0070, StNamn=Alsterån Getebro Sida 7 av 19

26 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=H0244, StNamn=Virån StKod=N0504, StNamn=Pipbäcken Nedre Sida 8 av 19

27 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=O0064, StNamn=Enningdalsälv N.Bullaren StKod=O0215, StNamn=Ö. Anråsälven Sida 9 av 19

28 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=O0240, StNamn=Lindåsabäcken StKod=O0501, StNamn=Ringsmobäcken Sida 10 av 19

29 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=S0220, StNamn=Mansån StKod=T0207, StNamn=Trösälven Sida 11 av 19

30 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=W0034, StNamn=V. Dalälven Mockfjärd StKod=W0509, StNamn=Lill-Fämtan Sida 12 av 19

31 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=X0027, StNamn=Delångersån Iggesund StKod=X0028, StNamn=Ljusne Strömmar Sida 13 av 19

32 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=X0245, StNamn=Björnbackån StKod=Y0021, StNamn=Gide älv Gideåbacka Sida 14 av 19

33 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=Y0022, StNamn=Ångermanälven Sollefteå StKod=Y0208, StNamn=Kvarnån Sida 15 av 19

34 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=Y0209, StNamn=Viskansbäcken StKod=Y0405, StNamn=Västersel Sida 16 av 19

35 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=Y0519, StNamn=Stormyrbäcken StKod=Z0025, StNamn=Ammerån Skyttmon Sida 17 av 19

36 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=Z0233, StNamn=Hökvattsån StKod=Z0249, StNamn=Lekarån Sida 18 av 19

37 Bilaga 7 Verifiering av NOX AA3 StKod=Z0513, StNamn=Lilltjärnsbäcken Sida 19 av 19

38 Bilaga 8 Verifiering av NOX AA3 Jämförelse 2014, 37 stationer Linjär regression 1 till 1linje Linear Fit NO2+NO3_N AA = 13, , *NO2+NO3_N µg/l Gallery Summary of Fit RSquare 0, RSquare Adj 0,97884 Root Mean Square Error 15,17881 Mean of Response 131,9014 Observations (or Sum Wgts) 71 Jämförelse , 37 stationer Linjär regression 1 till 1linje Linear Fit NO2+NO3_N AA = 7, , *NO2+NO3_N µg/l Gallery Summary of Fit RSquare 0,98817 RSquare Adj 0, Root Mean Square Error 8, Mean of Response 78,40601 Observations (or Sum Wgts) 373