Umgang mit Messunsicherheiten

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

• 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

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Angabe der Messunsicherheit (1)
Bei akkreditierten Laboratorien muss gemäß
ISO/IEC 17025, 5.10.3.1 c im Prüfbericht, falls
anwendbar, die Messunsicherheit angegeben werden,
wenn

• für die Gültigkeit oder Anwendung des
  Prüfergebnisses von Bedeutung,
• vom Kunden verlangt,
• oder wenn die Unsicherheit die Einhaltung von
  Grenzwerten in Frage stellt.

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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

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Inhalt

• 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

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Messunsicherheit Grundlagen (1)
Messunsicherheit
Normalverteilung (Gauss-Verteilung)
Im Intervall x 2s liegen etwa 95 der
Beobachtungen(95 Vertrauensbereich).
Im Intervall x s liegen etwa 68 der
Beobachtungen.
x Mittelwert s Standradabweichung
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Messunsicherheit 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
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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
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Inhalt

• 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

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Messunsicherheit - Möglichkeit zur Berechnung -
MU 2 sR
MU (erweiterte) Messunsicherheit k Faktor
für ca. 95 Vertrauensintervall sR
Vergleichstandardabweichung aus Ringversuchen

• Vorteil Einheitlicher Wert unabhängig von
  Labor

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

• 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

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Spezialfall Keimzahlbestimmung
Die Koloniezahlen oder die im Mikroskop gezählten
Keime sind nicht normalverteilt!
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Variationskoeffizient in Abhängigkeit von der
mittleren Koloniezahl- Gesamtkeimzahlbestimmung
in Rohmilch -
Poisson-Verteilung s2 µ
Variationskoeffizient in Prozent
Probenzahl 116
Kolonien auf Petrischale (Mittelwert aus n2)
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Inhalt

• 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

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Probleme bei der Ermittlung von
Präzisionsparametern mikrobiologischer 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)

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Anteil von Komponenten an der Gesamtvarianz
mikrobiologischer Verfahren
Probenvarianz 50 - 70
Methodenvarianz 4 - 10
Unvermeidbare statistische Plattierungsvarianz (Poissonverteilung) ca. 25
Quelle Berg et al. (1994) zitiert nach
Baumgartner et al. (2006)
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Ermittlung der Messunsicherheit aufgrund 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.

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sR in Ringversuchen - Keimzählverfahren -
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
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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)
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Beispiele
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
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Angaben MU in der Literatur(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

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  Berücksichtigung mikrobiologischer Verfahren
• Literatur

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Konsequenz der unsicheren Schätzung bei
mikrobiologischen Zählverfahren
Probenahmepläne
Probenanzahl n, c Grenzwerte m, M
Keine Angabe der MU im Prüfbericht
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Coliforme in log KbE/g in Camembert bei
Nichtbeherrschung des Prozesses
Charge
Probe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 lt3 3,6 lt3 3,5 3,9 lt3 4,5 lt3 3,6 lt3
2 lt3 lt3 lt3 lt3 5,8 lt3 4,4 4,9 5,4 4,3
3 4,3 3,6 lt3 3,7 3,8 lt3 4,9 4,3 3,0 3,0
4 lt3 lt3 5,5 5,8 lt3 lt3 5,2 5,0 3,3 6,1
5 lt3 lt3 lt3 lt3 3,8 lt3 5,1 4,5 lt3 4,5
Die Variabilität der Probenergebnisse übersteigt
die Präzisionsangaben in den Standardmethoden um
ein Vielfaches.
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Beuteilung von Grenzwerten
Europäische Kommission (2005) Diskussionspapier
zu mikrobiologischen KriterienGeneral 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).
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Beurteilung von Grenzwerten - Möglichleiten
QuelleCHEM/40182/2006

• bei L. monocytogenes

• Anwendbarkeit bei mikrobiologischen Kriterien ?

(ii) Wert gt Limit Wert - MU lt Limit- Charge
akzeptiert, da Ergebnis nicht zweifelsfrei
über Grenzwert. - Charge nicht akzeptiert, da
Ergebnis über Grenzwert
Sicherheitsaspekt bei Pathogenen
(iii) Wert lt Limit Wert MU gt Limit- Charge
akzeptiert, da Ergebnis unter Grenzwert. -
Charge nicht akzeptiert, da Möglichkeit einer
Überschreitung gegeben - Gesundheitsgefahr
bei Pathogenen
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• Spezialfall Keimzahlbestimmung
• Probleme bei der Ermittlung der Messunsicherheit
  mikrobiologischer Verfahren
• Beurteilung von Grenzwerten unter besonderer
  Berücksichtigung mikrobiologischer Verfahren
• Literatur

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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. QUAM2000.P1
http//www.eurolab-d.bam.de/dokumente.html Baumga
rtner, 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
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Literatur (2)
Kessel, W. (1998) Messunsicherheit, ein
wichtiges Element der Qualitätssicherung.
http//www.ptb.de/de/publikationen/download/pdf/ke
ssel.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/di
scussion_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)