淺談實驗室質量控制結果的有效性評價方法

魏厚剛

（四川誠正工程檢測技術有限公司， 四川 成都 610032）

為提高和促進檢驗檢測機構技術能力和質量控制水平，檢驗檢測機構常常會參與或自行組織多種質量控制活動。如參加權威機構組織的能力驗證、實驗室間比對、測量審核活動；或由非權威機構組織的實驗室間比對，以及實驗室內部比對，如人員比對、設備比對、留樣再測、方法比對等重復性或再現性實驗活動，通過參與這些質量控制活動，對其所提供的檢測結果按照某有效性評價方法，以判定其所得到的檢測結果的符合性，從而給出或得到“滿意”或“不滿意”、“合格”或“不合格”的評價。一般而言，由參加能力驗證提供者或權威組織而得到的檢測結果有效性評價為“滿意”、“有問題”或“不滿意”，由其他組織者或實驗室自身組織的質量控制活動所得到的檢測結果有效性評價為“合格”或“不合格”。

1 有效性評價所依據的方法

能力驗證對各參與實驗室的檢測結果，采用數理統計，按照 CNAS-GL002：2018《能力驗證結果的統計處理和能力評價指南》，以Z值或Z比分數結果進行“滿意”與否的評價。由非權威機構或實驗室內部組織的質量控制活動，其所得到的檢測結果，分為兩種情況：一種是仍然采用數理統計方法，按照GB/T 4883-2008《數據的統計處理和解釋 正態樣本離群值的判斷和處理》進行結果評價；一種是水泥、水質、混凝土外加劑、瀝青、石膏、石灰、鋼鐵及合金等產品技術標準所采用的化學、光譜、質譜分析方法、限值標準或行業標準，對實驗室重復性試驗或再現性試驗有明確的規定，可以直接采用規定，然后進行“合格”與否的評價。

2 對參加能力驗證活動獲得“有問題”或“不滿意”結果的實驗室再評價方法

能力驗證或實驗室間比對方法，是由多個實驗室參與的，對同一樣品、或同一樣品的多個具有代表性且滿足勻質性要求的子樣品，在不同場所、不同儀器設備、不同的人員，利用同樣的方法和基本相同的環境控制條件，開展檢驗檢測活動，所得到的一系列檢測結果，通過科學的數理統計分析，對這一系列檢測結果進行“滿意”與否評價的方法。能力驗證活動多采用穩健統計技術進行結果的有效性評價。

除“一對一”的測量審核活動外，對于參加由權威機構組織的能力驗證或實驗室間比對活動，因多方面的原因對其所提交的檢測結果，有時會獲得“有問題”或“不滿意”評價，表示實驗室未能達到所參與的本批次所有實驗室的穩健統計允許偏差水平，屬于本批次所有參與實驗室中的“離群值”或“離群者”。但參與的本批次所有實驗室，實際上仍屬于“有限”，且其技術能力與質量控制水平參差不齊，其穩健統計結果，可能并不能完全代表該樣品的“真實”量值或結果，因此，經過進一步研究，提出了可供實驗室采用的多個評價方法，以判定實驗室的真實檢測技術能力和質量控制水平。

2.1 有限值標準時的評價方法

如果實驗室參加的能力驗證活動，獲得“有問題”或“不滿意”結果時，實驗室在盡可能查找或排除問題產生的可能原因后，可以利用限值標準，對檢測結果進行“自評價”。其方法是，與組織者聯系，取得本次能力驗證活動所檢“樣品”的“真實”檢測結果，然后與限值標準進行允許偏差比較，以判定自己的檢測結果是否滿足限值標準的要求；二是直接采用本次能力驗證活動結果報告的統計數據，進行比較分析。如某實驗室參加了某水泥化學成分分析能力驗證活動，其提供的“三氧化硫質量分數”為1.25%，組織者按照“穩健技術規則”，對實驗室提供的這個結果給出了“不滿意”評價。實驗室通過認真分析、排查，確實未能查找到產生“不滿意”結果的有價值的問題主因，同時，實驗室自己對其檢測結果，開展再評價，方法如下：

按統計技術，將能力驗證結果報告的“穩健平均值”作為“視同真值”，實驗室提供的測量結果與該“視同真值”進行比較，再依據《水泥化學分析方法》（GB/T 176-2017），或T/CBMF17-2017《水泥生產企業質量管理規程》提供的再現性限進行評價，詳見表1。

表1 對有穩健平均值和有限值標準時的評價方法

2.2 無限值標準時的評價方法

檢驗檢測的“樣品”千差萬別，除部分方法標準對部分樣品檢測結果提供了重復性限或再現性限要求外，尚有大量的“樣品”，由于其代表性、勻質性等原因，難以提供可資直接采用的重復性限或再現性限，這時，則可采用適宜的統計技術，進行“離群值”分析，以做出對質量控制結果是否合格的判斷。如某實驗室參加了某金屬材料拉伸性能能力驗證計劃，其提供的“斷后伸長率”檢測結果為30.5%，結果實驗室獲得了“有問題”評價。查鋼鐵及合金，沒有對其力學或工藝性能進行重復性限或再現性限做出明確規定，因而不能直接采用限值標準進行離群與否的評判。考慮到組織者所提供的樣品，一定是具有良好代表性和勻質性的樣品，各個參與實驗室的檢測結果應當滿足正態分布原則，故可以按照《數據的統計處理和解釋 正態樣本離群值的判斷和處理》（GB/T 4883-2008）開展自評價。仍以實驗室參加的該次能力驗證計劃為例，從其“結果報告”來看，共有79家實驗室提供了“斷后伸長率”的檢測結果，其穩健平均值穩健標準差該實驗室提供的結果即位于n=78，按“上側情形”進行離群判斷。

按GB/T 4883-2008第6.2.1，有關計算如下：

查GB/T 4883-2008表A.1，檢出水平a按5%確定，則：

2.3 有測量結果不確定度時的評價方法（En法）

對于有限實驗室參加的實驗室間比對結果，則一般采用比率值法進行評定，這種方法又稱為En法。其中比率值En，代表歸一化誤差，并定義如下：

其中：

LAB —— 參加實驗室測量結果；

REF —— 參考實驗室測量結果；

ULAB—— 參加實驗室報告的測量結果不確定度（置信水平95%）；

UREF—— 參考實驗室報告的測量結果不確定度（置信水平95%）

En值代表的是參加實驗室在測量參考值（事先給定）時是否在其規定的測量不確定度范圍內，而滿意的 En值應當位于+1和-1之間，即最好，即越接近參考值越好。

如當實驗室間比對能力提供者（組織者）難以提供參考值REF時，也可以采用各參加實驗室的平均值代替。

用En法評定的關鍵是要確認各參與實驗室的測量結果的不確定度的有效性，且默認其滿足正態分布，在實際工作中也有一定的難度。

2.4 未知標準差且無限值標準時的評價方法（Grubbs法或Dixon法）

在未知標準差的情形下，可使用格拉布斯（Grubbs）檢驗法或狄克遜（Dixon）檢驗法進行離群值的判定。如按格拉布斯法計算如下：

其中和s是本次檢測結果的樣本平均值和樣本標準差。

確定檢出水平a，在GB/T 4883-2008表A.2中查出臨界值，同樣地，如果時，則可判定Xn為離群值。

對于檢出的離群值Xn，又可以通過GB/T 4883-2008表A.2確定出剔除水平

2.5 未知標準差且無限值標準時的評價方法（F檢驗法）

通過Grubbs法檢驗出離群值，則應對剩余測量值進行重新統計分析，以確定各組數據間的精密度差異，這時需要按F檢驗法進行計算。

假定現在有兩個實驗室或兩組數據，則可獲得兩個標準偏差S1、S2，按Fisher檢驗法，可定義，要求這時可以查 F分布表，得到其中 a為檢出水平，對應置信水平 1-a，n1、n2為對應標準偏差S1、S2的兩組數據的自由度。若，則說明二者的精密度之間不存在顯著性差異，否則，該兩組數據存在顯著性差異。

如某實驗室安排兩組人員進行鋼筋極限抗拉強度試驗，甲組提供了 5組測量結果，其S1=6.25；乙組提供了6組測量結果，其S2=4.67，則F=1.79；假定按5%檢出水平，查F分布表。由于，說明兩組數據沒有顯著性差異。（注，在本次檢驗中，自由度n=樣本量N-1）

2.6 未知標準差且無限值標準時的評價方法（t檢驗法）

對于按照F檢驗法獲得的，有顯著性差異的兩組數據，還不能貿然判定其是否離群，還應進行進一步的t檢驗法驗證，進一步驗證這兩組數據平均值之間是否存在顯著性差異。方法如下：

其中：

—— 樣本平均值；

μ —— 總體平均值；

σx—— 樣本標準差；

n —— 樣本容量（個數）

將計算得到的t值和查表得到的臨界值T值進行比較，如果t值＜T值，則可認為兩組數據無顯著性差異，反之，則至少其中1組屬于離群值。

3 實驗室小樣本評價方法

En法、Grubbs法、F檢驗法、t檢驗法等，在實際操作中都存在一定的局限性，由于檢驗檢測方法的特異性，也可以參考各參加實驗室的綜合水平，自行確定評價標準。因而實驗室間或實驗室內小樣本評價方法的確定與評價，是實驗室急于尋求的最重要評價方法。實際工作中的內部質量控制，得到的往往屬于小樣本檢測結果，因而樣本“真值”更難確定。這時，一般宜采用以下兩種方法進行評價。

3.1 只有兩個檢測結果時的有效性評價方法

當某項質量控制活動，只能得到兩個檢測結果時，宜采用約定偏差法進行評價。約定偏差的來源，應參考相應的規程規范或方法標準的一些規定，由參與實驗室結合自身技術水平確定。今以工程類檢驗檢測實驗室常見的沒有明確限值標準的樣品質量控制結果為例，說明這種情況，詳見表2。

表2 對沒有限值且只有兩個檢測結果時的評價方法

其中，作為質量控制的樣品及其檢測結果，應滿足可以進行重復性或再現性試驗比較的基本條件，如鋼筋試件須按規范在同一根鋼筋上截取，混凝土試件須采用同批混凝土制件、養護并按相同方法進行試驗等等。實際上，對于樣本數不大于10時的質量控制活動，宜采用這種方法進行評價。

3.2 與標準件或預制件進行比較

對于雷達等聲波檢測、結構件中鋼筋規格與位置檢測等，可采用對標準件或預制件進行對比，對得到的結果進行分析判定，其約定偏差按實驗室技術能力，采取各方均可接受的容忍度進行設定即可。

4 結論

實驗室質量控制結果的有效性評價，是實驗室開展質量控制活動的有效方法之一，如何確保質量控制結果的有效性和針對性并獲得準確的評價，使質量管理活動覆蓋實驗室技術工作的方方面面，廣泛提升技術水平與技術管控能力，是每一個實驗室必須進行的一項重要工作。