F.-Javier Gella

Metrología en el Laboratorio Enológico

EXÁMENES DE LABORATORIO

Cualitativa Cuantitativa(magnitud/mensurando)

mediciónobservación

Valor (escala nominal/ordinal) Valor (escala numérica)número·unidad

Estudio o exámen de propiedad

Sistema

Espécimen o Muestra

Componente(Analito)

UNIDADES DE MEDIDA

Para asignar valor a una magnitud particular es necesario compararla con algo (unidad) que se toma como referencia

Las primeras unidades tomaron como referencia diversas partes del cuerpo humano: pulgada, pie, codo, mano o palmo, etc.

El Sistema Internacional de Unidades (SI) o “sistema métrico decimal”: patrones basados en constantes naturales

7 unidades básicas y 2 suplementarias (para ángulos). Unidades derivadas: m2 o el katal (mol/seg). Múltiplos y submúltiplos definidos por prefijos.

MAGNITUDES/UNIDADES BÁSICAS

Tipo de magnitud Unidad SI Símbolo

Cantidad de sustancia mol mol Longitud metro m

Masa kilogramo kg

Tiempo segundo s

Intensidad eléctrica amperio A

Intensidad luminosa candela cd

Temperatura kelvin K

METROLOGÍA

Asamblea General Pesos y Medidas (CGPM)

Comité Internacional Pesos y Medidas (CIPM)

Oficina Internacional Pesos y Medidas (BIPM)

Comités ConjuntosTrazabilidad Laboratorio Clínico, JCTLM

Guías en Metrología: GUM, VIM

Institutos Nacionales Metrología

Org. Regionales (euromet, andimet, suramet …)

Cooperación Internacional Acreditación Laboratorios (ILAC)

Laboratorios Acreditados

Organización Internacional Normalización (ISO)

Procedimientosde medida

PRINCIPIO DE MEDIDA

Fenómeno físico, químico o biológico que se utiliza como fundamento de la medición.

Señal física Principio de medida

volumen volumetría

masa gravimetría

radiación electromagnética espectrometría de emisión o de absorción, turbidi-metría, nefelometría, difracción de rayos X, métodos de activación y de dilución isotópica, etc.

carga eléctrica potenciometría, coulombimetría, conductimetría, etc.

masa y carga espectrometría de masas

MÉTODO DE MEDIDA

Secuencia lógica de operaciones, descritas de forma genérica, que se utilizan para llevar a cabo medidas.Reacciones involucradas (método de la lactato

deshidrogenasa, lactato)Variante del principio de medida (método con

electrodo selectivo, Na+)Cromógenos/reactivos críticos (método con

pararosanilina, sulfito)Recomendación oficial

PROCEDIMIENTO DE MEDIDA

Conjunto de operaciones, descritas de forma suficientemente detallada, que se utilizan para la ejecución de mediciones particulares según un método dado

Descrito en PNT (SOP)

Incluye las fases, pasos, volúmenes, reactivos, tiempos de incubación, forma de calibración, instrumento, cálculos, etc.

Términos no recomendables: test, prueba, ensayo, técnica, método

muestra

proceso de separación

componentereactivoinstrumento

señal mensurable

instrumento

valor señal

calibración

valor magnitud

FASES

BLANCOS

Origen de la señal Tipo de blanco

Instrumento Ruido o fondo

Reactivos Línea de base / Blanco de reactivos

Componentes de la muestra Blanco muestra

Señal generada en ausencia de analito. Debe ser sustraida de la señal obtenida para las muestras.

BLANCO DE MUESTRA

A1

A2

1

tiempo

abso

rban

cia

A1

A2

2

tiempo

abso

rban

cia

A1

A2

3

tiempo

abso

rban

cia

A1

A24

longitud de onda

abso

rban

cia

Muestra + Reactivo B

Muestra + Reactivo A Mue

stra

+ R

eac

1

Reac

tivo

2

Medidas y errores, trazabilidad e incertidumbre

PRECISIÓN Y VERACIDADveracidad

precisión

EXACTITUD

La exactitud de medida es el grado de concordancia entre el resultado de una medición y el valor verdadero. Se relaciona, de forma inversa, con el error de medida.

La precisión es el grado de concordancia entre resultados repetidos y se relaciona con la existencia de errores de tipo aleatorio.

La veracidad es el grado de concordancia entre el valor medio de las repeticiones y el valor verdadero y se relaciona con la presencia de errores de tipo sistemático o desviaciones.

PRECISIÓN

error de medida

EXACTITUD

VERACIDAD

error aleatorioerror sistemático

MEDIDAS Y ERRORES

EXACTITUD

EXACTITUD DE UN RESULTADOIncertidumbre: duda cuantitativa

Trazabilidad: comparabilidad

TRAZABILIDAD E INCERTIDUMBRE

resultado: 103 ± 2 mmol/L

Trazabilidad: atributo del resultado

Incertidumbre: valor asociado al resultado

Error aleatorio: Precisión de los

procedimientos de medida

IMPRECISIÓN

El error aleatorio se refiere a una medida y es la diferencia entre el valor obtenido y la media impredecible (desconocido) en medidas únicaspuede evitarse (reducirse) realizando una

estimación de la media con muchas repeticiones La precisión se refiere a un procedimiento de medida

y es el grado de concordancia entre medidas repetidas. Se cuantifica como imprecisión (anchura de la curva de distribución) sCV

ERROR ALEATORIO

med

ida

a

-20 -10 0 +10 +20

med

ida

b

80 90 100 110 120

tamaño error aleatorio

resultado medición

prob

abili

dad

-3s -2s -1s Xm +1s +2s +3s

67%95%

99,7%

DISTRIBUCIÓN NORMAL

valor

frecu

en

cia

TIPOS DE IMPRECISIÓN

Según la forma de hacer los replicados, la ISO distingue: repetibilidad: se mantienen todas las condiciones

de medición →imprecisión en la serie o serial

reproducibilidad: se varían todas las condiciones →imprecisión interlaboratorios

condiciones intermedias: se varían algunas condiciones

→imprecisión interserial

REDUCIR EL ERROR ALEATORIO

Realizando replicados

Selección del procedimiento de medidaAutomatizadoRecomendadosCuidadosa normalización (PNTs)

Mantenimiento preventivo del equipo de medida

Adiestramiento de operarios

Error sistemático: Veracidad de los procedimientos de

medida

ERROR SISTEMÁTICO

med

ida

a

erroraleatorio

valor

verd

ader

o

error sistemáticomed

ida

b

80 90 100 110 120

-12 0

tamaño error sistemático

resultado medición

prob

abili

dad

VERACIDAD

El error sistemático afecta tanto a una medida individual como a la media de medidas repetidas y es la diferencia entre el valor medio y el valor verdaderoEstimación: valor verdadero convencional

La veracidad se refiere a un procedimiento de medida y es el grado de concordancia entre la media de múltiples mediciones repetidas y el valor verdadero. Se cuantifica como error sistemático o sesgo (bias).

CAUSAS DE ERROR SISTEMÁTICO

Calibración incorrecta: errores en valor asignado al calibrador, no calibración o procedimiento calibración inadecuado. Afecta a todas las muestras. Debe ser evitado o corregido.

Inespecificidad: afecta a las muestras que contengan alguna interferencia. Debe prevenirse.

Si se utiliza un procedimiento de medida muy específico y adecuadamente calibrado, los resultados están libres de error sistemático.

TIPOS DE ERROR SISTEMÁTICO

constante

proporcional

valores verdaderos

valo

res

ob

serv

ado

s

Calibración

CALIBRACIÓN - CONCEPTO

Establecer la relación entre los valores obtenidos con un instrumento o sistema de medida y los correspondientes valores de patrones de medida.

Es una comparación entre valores observados y valores verdaderos

LA FUNCIÓN DE CALIBRACIÓN

0 1 2 3 4 50

1

2

3

4

5

y = 1,056x

función de calibración

curva de calibración

valores conocidos de lospatrones

valore

s ob

teni

dos

con

elin

stru

men

to

PATRONES DE MEDIDA

Objeto físico que realiza la definición de una unidad de medidamedida material (masa patrón de 100 g) instrumento de medida (termómetro de vidrio

certificado, electrodo de referencia de hidrógeno)material de referencia (patrón acuoso)

Patrón = Material de Referencia = Calibrador.

Hay jerarquía de patrones según seguridad en valor asignado: menor incertidumbre

CALIBRANDO UNA BALANZA

0 1 2 3 4 50

1

2

3

4

5

y = 1,006 xfunción de calibración

masa certificada para laspesas patrón

ma

sa

me

did

a p

or

la b

ala

nza

pa

ra l

os

pa

tro

ne

s

Error sistemático = 0,6%tolerar o

reajustar la balanza ousar factor de corrección

FOTOMETRÍA

Am

CmP0 P1 P2 P3 P4 P5

magnitud

seña

l

FUNCIÓN CALIBRACIÓN RECTA

calibrador

calibradormuestra muestra

A

C A C

×=

Ccalibrador / Acalibrador = F = 1/b

Cmuestra = Amuestra x F

FUNCIONES NO RECTAS

magnitud

seña

l

VERACIDAD Y TRAZABILIDAD

0 1 2 3 4 50

1

2

3

4

5

valores del calibrador

valore

s de

l ins

trum

ento

trazabilidad

ince

rtid

umbr

e

TRAZABILIDAD METROLOGICA

Propiedad del resultado de una medición (o del valor de un patrón) que lo relaciona con referencias establecidas (generalmente patrones nacionales o internacionales) mediante una cadena ininterrumpida de comparaciones, cada una de las cuales añade una incertidumbreno es correcto: “calibrador o patrón trazable” ni

“procedimiento de medida trazable” Asegura la comparabilidad de un resultado: tiempo,

lugar, procedimiento de medida

LA CADENA DE TRAZABILIDAD

calibradorcomercial

muestra del paciente

resultado

tra

zab

ilid

ad

unidad SI

procedimiento de medidade referencia primario

material referenciacertificado (CRM)

procedimiento de medidaseleccionado del fabricante

procedimiento de medidade rutina del laboratorio

calibración asignación valor

ince

rtid

um

bre

ESPECIFICIDAD

Selectividad o especificidad: un método o procedimiento de medida resulta poco o nada afectado por propiedades de la muestra diferentes de la magnitud que se mide. Concepto cualitativo.

Las magnitudes que no son el mensurando pero que tienen un efecto sobre el resultado de la medición se denominan magnitudes de influencia o interferentes. Pueden ser positivas o negativas.

CAUSAS DE INTERFERENCIA

muestraanalito

interferente

señal concentración

señal

ESTUDIOS DE INTERFERENCIAS

Selección de presuntos interferentes: Bibliografía. Sustancias que, por sus características físicas o químicas, se sospecha que pueden interferir en el principio o método de medida.

Utilidad: Conocer la especificidad del procedimiento de

medida: para compararlo con otros alternativos. Identificar sustancias interferentes: para

prevenir su presencia o relacionar su presencia con la obtención de un resultado anómalo.

Eventualmente, corregir el resultado de una magnitud en una muestra cuando la concentración de interferente es conocida.

CONTAMINACIÓN

Contaminación con el inmediato anterior (arrastre)

Por la muestra, por un reactivo, por soluciones de lavado/sistema o por la mezcla de reacción anterior

EVITAR ERROR SISTEMÁTICO

Selección del procedimiento de medida:Especificidad depende del fundamento del métodoProcedimientos de medida primarios y secundariosProcedimientos rutina validados frente 1os

Calibración adecuada:Calibradores con valor asignado trazableCalibradores con matrizCalibración de instrumentos auxiliares

Interferencias y contaminaciónEspecificidad del procedimiento de medidaConocimiento interferencias: prevenirlasContaminación: evitarla

Error de medida: exactitud e

incertidumbre

ERROR DE MEDIDA

med

ida

error de medidava

lor

verd

ader

o

errorsistemático

erroraleatorio

prob

abili

dad

ERROR E INCERTIDUMBRE

Errores de medida

Errores sistemáticos Errores aleatorios

Estimables No estimables

Resultado Incertidumbre

Corrección

±

INCERTIDUMBRE DE MEDIDA

error

valorverdadero

incertidumbre

medida

-2s +2s

valor magnitud

TIPOS DE INCERTIDUMBRE

Parámetro que caracteriza la dispersión de resultados que podrían razonablemente ser atribuidos al valor asignado a la magnitud.

Para cada fuente de incertidumbre se estima la dispersión de resultados que origina mediante el valor de una s (incertidumbre estándar).Tipo A: series de medidas repetidas y s obtenida

experimentalmente. Ej: CVa

Tipo B: no puede evaluarse mediante estadística. Atribuir una presunta distribución del error y calcular la s que corresponde.

TIPOS DE DISTRIBUCIÓN

normal rectangular triangular

+a-a+a-a +a-a

s = a/3 s = a/√3 s = a/√6

ESTIMACIÓN INCERTIDUMBRE

Especificación del mensurando

Identificación de las fuentes de incertidumbre

Simplificación por agrupamiento

Cuantificación de la incertidumbres estandar

Cálculo de la incertidumbre combinada

Cálculo de la incertidumbre expandida

Guía para la Expresión de la Incertidumbre de Medida (GUM)

ESTIMACIÓN INCERTIDUMBRE

Cuantificación de las incertidumbres estandar (u): Se calculan las s que caracterizan las dispersiones generadas por cada fuente de incertidumbre (tipos A y B). La u asociada a un error sistemático corregido es la s de la corrección aplicada.

u = s ó CV Cálculo de la incertidumbre estándar combinada (uc):

Cálculo de la incertidumbre expandida (U): U = kuc

K = 2 (95% confianza), 3 (>99% confianza)

...u + u + u = u 2

r

2

q

2

pc +

FUENTES DE INCERTIDUMBRE

Fase preanalítica: Indefinición del mensurando, obtención, transporte y almacenamiento de la muestra.

Fase analítica: Preparación y estabilidad de la muestra, presencia de interferentes, condiciones ambientales, operarios, procedimiento de medida (pipeteo, termostatización, lecturas, calibración, reactivos, etc).

Fase postanalítica: Tratamiento de datos, elaboración del informe.

Intervalo de medida

SENSIBILIDAD

Relación entre señal y concentración: pendiente de la curva de calibración.

Función de calibración Recta: sensibilidad constanteNo recta: sensibilidad varía en función de la

concentración del analito Expresión: señal/conc (ej: mA.g-1.L)

Util para comparar procedimientos de medida o métodos basados una misma señal física.

magnitud

seña

l

DETECTABILIDAD

Valor o límite crítico (LC): analito ha sido “detectado” o “no detectado”. Probabilidad muy baja de que se exceda ese valor en ausencia del analito (error α).

Mediciones repetidas de un blanco adecuado.

Valor > LC: hay analito (con error α)

Valor < LC: ¿no hay analito? (con error β)

LC = 1,645 x sb

VALOR CRÍTICO

Xb

(= 0)LC

(= 1,645 sb)

"detectado"

"no detectado"

error α = 0,05

valor magnitud

ERROR BETA

Xb

(= 0)LC

(= 1,645 sb)

"no detectado"

"detectado"

error β = 0,5

valor magnitud

DETECTABILIDAD

Límite de detección (LD): concentración menor del analito cuya probabilidad de dar un resultado “no detectado” en presencia de analito (error β) sea muy baja.

Asumiendo homocedasticidad y α = 0,05, β = 0,05

Si LD es cercano a los valores de importancia y existe evidencia de heterocedasticidad:

Expresión: señal (ej: abs) o conc (ej: mmol/L)

LD = 3,29 x sb

LC = 1,645 x sb + 1,645 x sd

LIMITE DE DETECCIÓN

Xb

(=0)LC

"no detectado"

error β = 0,05

"detectado"

LD

(=3,29 sb)

valor magnitud

LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN

La imprecisión para concentraciones cercanas al LD suele ser muy elevada, de tal forma que hay certeza de la presencia del analito, pero existe una elevada incertidumbre de medida.

Límite de cuantificación: valor de concentración mínimo que puede obtenerse con una imprecisión aceptable (> 10 %). Asumiendo homocedasticidad:

LQ = 10 x sb

EXPRESIÓN DE RESULTADOS

Resultado inferior a LC: Indicar “no detectado” o < LD

Resultado superior a LC e inferior a LQ: Indicar “detectado” o “valor aproximado: X “

Resultado superior a LQ: Indicar el valor obtenido.

EFECTO DE LA IMPRECISIÓN

0 LD (1)= 3,29sb(1)

(1)(2)

LD (2)= 3,29sb(2)

valor magnitud

EFECTO DE LA SENSIBILIDAD

(1)

(3)

(2)

3,29 sb

LD(1)LD(2)LD(3)

concentración

seña

l

LÍMITE DE LINEALIDAD

Límite de linealidad: la señal obtenida se aparta significativamente de

la función de calibración establecida aumento inaceptable de la imprecisión

Repetir la medición con una dilución de la muestra (ojo con efecto matriz)