Дата публикации: 28.07.2022
Продолжаем серию интервью с организаторами и участниками V международной научной конференции «Стандартные образцы в измерениях и технологиях», которая будет проходить 13–16 сентября 2022 года в Екатеринбурге. Сегодня на вопросы об оценке соответствия значений содержания компонентов в стандартном образце пределам, установленным в техническом задании, и рискам ложных решений в этой оценке отвечает член программного комитета конференции, независимый консультант по метрологии, д-р Илья Кусельман (Израиль).
— Что такое «оценка соответствия», разве это не бюрократическая процедура?
— Международный стандарт ISO/IEC 17000:2004. «Оценка соответствия. Словарь и общие принципы» определяет оценку соответствия как демонстрацию того, что установленные требования к продукту или системе выполнены. К примеру, мы все хотим пить, кушать и ездить, оставаясь живыми, здоровыми и даже веселыми. Это значит соответствие воды (или вина), еды и средств передвижения установленным требованиям.
Измерительные и испытательные лаборатории дают информацию для оценки этого соответствия. В частности, требования к веществам и материалам, установленные как пределы допускаемых содержаний (концентраций) основных компонентов и примесей, сопоставляют с результатами измерений, полученными в лабораториях. Эти лаборатории тоже проходят оценку соответствия по международному стандарту ISO/IEC 17025:2017. «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий». Для этого лаборатории должны калибровать своё оборудование и проводить внутренний контроль соответствия с применением стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов. Но и производители стандартных образцов должны проходить оценку соответствия по международному стандарту ISO 17034:2016. «Общие требования к компетентности производителей стандартных образцов».
На вершине этой пирамиды соответствия находятся требования международного документа ISO Guide 35:2017. «Стандартные образцы – Руководство по характеризации и оценке однородности и стабильности». Этот документ рекомендует еще на стадии проекта по разработке стандартного образца вещества или материала установить пределы допускаемых содержаний характеризуемых в образце компонентов и примесей и/или других свойств, как их желательные свойства.
— О каких рисках идет речь? Что может быть плохого в стандартном образце, если содержание какого-либо компонента чуть больше или чуть меньше?
— Французы говорят, кто ничем не рискует, ничего не получит; кто всем рискует, все теряет. Мы рискуем, когда идем дома в ванную: по статистике больше всего тяжелых домашних травм ждет нас именно там. На дорогах в Израиле, где граждане в целом законопослушны, ежегодно в автомобильных авариях гибнет на порядок больше людей, чем от террористических актов. Уж, конечно, рискуем, когда выбираем себе друзей, а тем более жен или мужей. Но, наверное, прав русский писатель Иван Бунин, утверждая, что больше всех рискует тот, кто не рискует.
В нашем случае речь идет о рисках ложных решений в оценке соответствия вещества или материала на основе сопоставления результатов измерений с пределами допускаемых содержаний основных компонентов и примесей (спецификациями на вещество или материал). Это также касается стандартного образца вещества или материала. Различают риск производителя, когда годный продукт ошибочно признают несоответствующим спецификациям, в результате бракуют, и риск потребителя, когда несоответствующий тем же спецификациям продукт ошибочно признают годным и выпускают на рынок. Оба эти риска могут быть частными, касающимися оценки соответствия спецификациям одного частного компонента или примеси. Полный риск ложных решений в оценке соответствия спецификациям вещества или материала (стандартного образца) как многокомпонентной системы в целом тоже делят на риск производителя и риск потребителя.
— Как влияют измерительные неопределенности на риски и при чем тут массовый баланс?
— Если бы люди могли знать истинное значение измеряемой величины, все было бы просто и вопрос «Что такое хорошо и что такое плохо?» не стоял бы в оценке соответствия. Но проблема в том, что как ни усовершенствуют измерительную технику, всегда есть источники неопределенности: бог только знает истину, дьявол кроется в деталях. Поэтому результат измерения состоит из измеренной величины и ее ассоциированной неопределенности, выраженной как стандартное отклонение или доверительный интервал, в котором находится истинное значение с указанной вероятностью.
Отсюда происходит «серая зона» рисков как вероятностей ошибочных/ложных решений в оценке соответствия. Чем больше измерительная неопределенность, тем шире «серая зона». Интуитивно это давно учитывают в производстве как внутризаводские «допуски», являющиеся пределами результатов измерений, выстраданными на опыте, более жесткими для производителя, чем спецификации в стандарте или другом регулирующем документе.
И все бы ничего, но результаты измерений для различных компонентов материала могут быть взаимосвязанными, коррелированными по самым разным причинам. Это метрологические причины — в измерительном процессе (например, в спектральном анализе); из-за природы исходных веществ и материалов (например, стехиометрии веществ, в которых соотношение элементов строго постоянно при нормальных условиях); из-за производственных требований, устанавливающих соотношения между исходными материалами, и т.п.
Кроме того, когда содержание всех основных компонентов контролируют для оценки соответствия и их сумма должна быть равна 100% (или единице, если содержание выражается в массовой или мольной доле), это ограничение, называемое массовым балансом, вызывает еще один вид корреляции. Впервые она описана известным английским математиком Карлом Пирсоном в 1897 году как «иллюзорная».
Надо сказать, что за столетие до этого, в XVIII веке, уже были известны работы французского естествоиспытателя Антуана Лавуазье и русского ученого Михаила Ломоносова, чьи имена всегда упоминают в связи с историей всеобъемлющего закона сохранения, и в частности, закона сохранения масс. Согласно этому закону, состав вещества или материала, объекта или системы, закрытой для переноса материи и энергии, остается неизменным. Таким образом, массовый баланс и ограничение суммы содержаний компонентов 100% (или единицей) это одно из выражений закона сохранения масс. Как и другие виды корреляции, «иллюзорная» корреляция влияет на результаты оценки соответствия и должна быть принята в расчет рисков — вероятностей ложных решений о соответствии.
— Где можно найти детальное руководство по расчету рисков?
— Совместный комитет для разработки руководств по метрологии при BIPM издал Руководство JCGM 106:2012. «Роль измерительной неопределённости в оценке соответствия», опубликованное на сайте BIPM. Это руководство объясняет методологию оценки соответствия путем сравнения результатов измерений или испытаний с пределами (спецификациями), указанными в стандартах. В нём использован подход Томаса Баеса, английского математика XVIII века: знания о содержании компонента — измеряемой величине — могут быть дополнены сведениями об этой величине, накопленными до настоящего измерения, представлены как случайная переменная и выражены в терминах функции плотности вероятности. Этот документ касается частного случая (одной измеряемой величины) и применим покомпонентно. Баесовский подход расширен нами на многокомпонентные материалы и системы (многомерные пространства содержаний/концентраций компонентов) в руководстве IUPAC/CITAC Guide: 2021. «Оценка рисков ложных решений в оценке соответствия многокомпонентного материала или объекта», опубликованном в официальном журнале IUPAC — Pure and Applied Chemistry 93 113-154, и на сайте CITAC.
Другое руководство IUPAC/CITAC Guide: «Оценка рисков ложных решений в оценке соответствия веществ и материалов с ограничением массового баланса» рабочая группа готовит к публикации в Pure and Applied Chemistry и на сайте CITAC, предположительно в начале 2023 года. В этом документе Баесовский подход применен в неевклидовом пространстве, образуемом содержаниями (концентрациями) компонентов при ограничении массового баланса, где привычные трехмерные фигуры становятся плоскими и вмещаются в треугольник, а содержания четырех компонентов образуют пирамиду. Решения найдены с помощью метода Монте-Карло и R-программирования. Один из примеров руководства разработан совместно с сотрудниками УНИИМ, и авторы документа благодарны им.
Все упомянутые документы находятся и будут находиться в открытом доступе, в том числе и в журнале Pure and Applied Chemistry. Если кто-либо заинтересован знать больше, приглашаю принять участие в IUPAC/CITAC Workshop и Isranalytica в январе 2023 года.
Детали можно найти на электронной странице сайта IUPAC https://iupac.org/event/metrology-quality-and-conformity-assessment/, а также на сайте CITAC https://www.citac.cc/conferences-and-workshops/.
— С чего началось и как складывалось ваше взаимодействие с УНИИМ?
— B 1970-х годах еще в CCCP я принял участие в программе разработки государственных стандартных образцов вторичных цветных сплавов в качестве полухимика-полуматематика. Мне пришлось регулярно приезжать в тогдашний Свердловск отвечать на вопросы экспертов УНИИМ, проверявших наши отчеты прежде, чем одобрить государственный статус этих образцов. Я учился у них. Позднее познакомился с «метрологами-могиканами» Ароном Шаевичем, Юрием Плинером, Верой Паневой и их «спарринг-партнерами – аналитиками» Юрием Карповым, Львом Филимоновым и Борисом Капланом. Книги этой «великолепной шестерки» храню до сих пор, хотя сегодня в интернете есть всё и мало кто обращается к книгам. Мне кажется, что именно в те годы были заложены основы метрологии в химии, во всяком случае в России.
Уже в нынешнем столетии, являясь членом международного технического комитета ISO по стандартным образцам, я как-то попал на одну из конференций по стандартным образцам, и Сергей Медведевских, директор УНИИМ того времени, выразил желание сотрудничать. Для меня было естественным согласиться с благодарностью. Нынешний директор УНИИМ Егор Собина мне тоже знаком по встречам комитета ISO в разных странах, участию в IUPAC/CITAC Workshops в Израиле и по совместной работе над одним из примеров к новому руководству IUPAC/CITAC, который готовится, как я рассказывал уже, к публикации. Независимо от того, с кем и как я знаком (хоть это конечно и важно, ведь ничем не заменишь общение лицом к лицу), я желаю успеха всем, кто примет участие в предстоящей конференции!