Struktura i funkcjonowanie Państwowej Inspekcji Sanitarnej.

Podstawy metod instrumentalnych stosowanych w laboratoriach PIS.

Materiały dla studentów II roku kierunku

Ochrona Środowiska przygotowujące do zajęć w Wojewódzkiej Stacji

Sanitarno-Epidemiologicznej w Krakowie

PIS = Sanepid

Państwowa Inspekcja Sanitarna zwyczajowo nazywana Sanepidem jest instytucją, która

nadzoruje i kontroluje stan warunków higieny w różnych dziedzinach życia.

PIS, zgodnie z ustawą z dnia 14 marca 1985 r. o Państwowej Inspekcji Sanitarnej jest powołana do realizacji zadań z zakresu zdrowia publicznego, w szczególności poprzez

sprawowanie nadzoru nad warunkami:

• higieny środowiska, • higieny pracy w zakładach pracy, • higieny radiacyjnej, • higieny procesów nauczania i wychowania, • higieny wypoczynku i rekreacji, • zdrowotnymi żywności, żywienia i przedmiotów użytku, • higieniczno-sanitarnymi, jakie powinien spełniać personel

medyczny, sprzęt oraz pomieszczenia, w których są udzielane świadczenia zdrowotne

w celu ochrony zdrowia ludzkiego przed niekorzystnym wpływem szkodliwości i uciążliwości środowiskowych,

zapobiegania powstawaniu chorób, w tym chorób zakaźnych i zawodowych.

1952 r. W tym roku zaczęły funkcjonować wojewódzkie i powiatowe stacje sanitarno-epidemiologiczne.

http://blog.zw.com.pl/files/2008/04/sanepid.jpg

Państwowa Inspekcja Sanitarna podlega ministrowi właściwemu do

spraw zdrowia.

Struktura PIS (schemat uproszczony)

Główny Inspektorat Sanitarny

Wojewódzka Stacja Sanitarno-Epidemiologiczna

Powiatowa Stacja Sanitarno-

Epidemiologiczna

Powiatowa Stacja Sanitarno-Epidemiologiczna

• składa się zazwyczaj z dwóch dużych podjednostek:

– nadzoru sanitarnego

– oddziału laboratoryjnego

Nadzór Sanitarny PSSE

• jest jednostką kontrolującą różne podmioty w aspekcie utrzymania warunków higieny

– sprawdza, czy warunki panujące np. w jednostkach gastronomicznych, jednostkach służby zdrowia, zakładach produkujących żywność spełnianie są standardy warunków higieny

– sprawdza czy wspomniane podmioty wykonały odpowiednie badania (dotyczącej warunków higieny) i uzyskały akceptowalny wynik

Laboratorium PSSE

• jest jednostką badawczą prowadzącą badania z zakresu mikrobiologii, parazytologii, fizyko-chemii, analizy instrumentalnej i higieny środowiska pracy.

– wykonuje badania zlecone przez nadzór sanitarny

– wykonuje odpłatne badania dla klientów zewnętrznych (np. badania wody, badania kału na nosicielstwo pasożytów, badania żywności)

Laboratoria Powiatowych Stacji Sanitarno-Epidemiologicznych w Małopolsce

1 Bochnia

2 Brzesko

3 Chrzanów

4 Gorlice

5 Miechów

6 Nowy Sącz

7 Nowy Targ

8 Oświęcim

9 Wadowice

10 Tarnów

11 Zakopane

Co bada laboratorium PIS?

• mikrobiologia wody i żywności (np. obecność Salmonella, Bacilius, Listeria, Escherichia coli, grupa coli, enterokoki, itd.)

• badania środowiska pracy (mikroklimat, hałas, oświetlenie, metale, rozpuszczalniki organiczne)

• fizyko-chemia wody (pH, przewodność, stężenie wybranych jonów i pierwiastków, itp.)

• fizyko-chemia produktów żywnościowych (kwasowość, wilgotność itp.)

Wyposażenie laboratoriów

• większość laboratoriów PIS posiada bardzo nowoczesny sprzęt, w tym aparaturę instrumentalną (spektrometry, chromatografy, analizatory pierwiastkowe, itp.)

• większość laboratoriów PIS uzyskało akredytację PCA i prowadzi badania na bardzo wysokim poziomie, konkurując z laboratoriami w pełni komercyjnymi.

PODSTAWY METOD INSTRUMENTALNYCH STOSOWANYCH W LABORATORIACH PIS

Analiza instrumentalna

Jest to dział analizy chemicznej, który posługuje się skomplikowaną i zazwyczaj mocno

zautomatyzowaną aparaturą badawczą (spektrometry, chromatografy, analizatory, itp.).

Analiza instrumentalna

http://www.whitman.edu/chemistry/images/equipment/PE3030FAAS.jpg

Analiza instrumentalna

Stosowana Teoretyczna

Nowe metody i techniki oznaczania, metodyka analiz

• środowiskowa • monitoring • medyczna • procesowa

• Elementarne – skład pierwiastkowy próbki tzn. jakie pierwiastki i w

jakich ilościach występują w badanym obiekcie

• Szczegółowe – skład obiektu badanego z uwzględnieniem związków

chemicznych

• Specjacyjne – identyfikacja i oznaczanie różnych form danego

pierwiastka występujących w badanym obiekcie analizy.

Podział technik instrumentalnych

Próbka

Co?

Ile?

Gdzie?

Struktura? Postać?

Rodzaje analiz Na co odpowiadamy w analizie instrumentalnej?

obiekt próbka obiekt

pomiaru wynik

pomiaru wynik analizy

przygotowanie

oznaczanie

zadania badacza

Etapy analizy Schemat postępowania w badaniach instrumentalnych

Jak działa instrument?

• w bardzo dużym uproszczeniu:

– badany składnik próbki powoduje pewne specyficzne zjawiska (np. absorpcję określonego promieniowania, emisję, itp.)

– na podstawie tego zjawiska identyfikowany jest składnik (np. ołów, kadm, rtęć, DDT, itp.)

– na podstawie intensywności tego zjawiska oceniana jest ilość składnika w badanej próbce

Jak działa instrument?

Bodziec Odpowiedź

Źródło energii

Odpowiedź analityczna

Badana próbka

zmienione

Metoda czy technika instrumentalna?

• wyróżniamy dwie metody w analizie instrumentalnej:

– względne (czyli te, w których aparat należy skalibrować)

– bezwzględne (absolutne)

• ale uwaga: metodą również nazywa się ustawienie aparatu w danej analizie (te dwa pojęcia nie mają ze sobą nic wspólnego!)

Technika instrumentalna

• to sposób analizy bazujący na wybranym zjawisku, które daje odpowiedź analityczną

• np. atomowa spektrometria absorpcyjna, chromatografia gazowa, HPLC (wysokosprawna chromatografia cieczowa), ICP-MS, itd.

Techniki z podziałem na metody

Absolutne (bezwzględne) Względne

Grawimetria — masa produktów reakcji strącania oparte na porównaniach sygnału

mierzonego dla próbki względem sygnału uzyskanego dla roztworów

kalibracyjnych, m.in. techniki AAS, GC, HPLC, ICP-MS, UV-VIS, itp.

Krzywa kalibracyjna, dodatek wzorca,

wzorzec wewnętrzny

Miareczkowanie — objętość titranta

Gazometria — objętość gazu

Kulometria — ładunek

Elektrograwimetria — masa subst. wydzielonej na elektrodzie

Termograwimetria — ubytek masy

Elektrochemiczne: ph-metria, woltamperometria, konduktometria

Optyczne (spektroskopowe): AAS, spektrofotometria w świetle widzialnym (VIS), nadfiolecie (UV) i podczerwieni (IR), EAS

Techniki chromatograficzne (rozdzielcze): gazowa (GC), cieczowa (LC, HPLC), jonowa

Spektrometria masowa i techniki łączone: GC-MS, ICP-MS.

Podział technik analitycznych

• precyzja i dokładność, powtarzalność

• większa czułość

• automatyzacja i oznaczenia „hurtowe”

• czasami jest to jedyna metoda

Zalety metod instrumentalnych

• ceny aparatury

• koszty odczynników, ale to związane jest z zaletami aparatów – m.in. czułością, precyzją i dokładnością

Wady metod instrumentalnych

Analit Analizowany składnik próbki

Próbka laboratoryjna Część próbki reprezentatywnej przeznaczona do

prowadzenia analiz

Próbka analityczna Część próbki laboratoryjnej wykorzystana do

pojedynczego oznaczenia

Próba ślepa (zerowa) Próbka porównawcza, posiadająca cechy próbki

analitycznej nie zawierająca analitu

Oznaczanie Ilościowe określenie zawartości analitu w badanej

próbce

Wykrywanie Określenie obecności lub nieobecności analitu w

badanej próbce

Pojęcia… Pojęcia w analizie instrumentalnej

• Granica wykrywalności (Limit of Detection - LoD) Najmniejsze stężenie analitu w próbce, które może być wykryte, ale jeszcze nie oznaczone.

• Granica oznaczalności (Limit of Quantification – LoQ) Najmniejsze stężenie analitu w próbe, które może być oznaczone (znamy jego dokładną zawartość).

• Granica liniowości (Limit of Linearity – LoL) Steżęnie przy którym krzywa kalibracyjna zaczyna odbiegać od prostoliniowości.

Każda technika instrumentalna ma swoje ograniczenia – tzw. granice

Od

po

wie

dź

apar

atu

Stężenie

Zakres roboczy

zmienione

Dokładność a precyzja a)

b)

c)

d)

dokładny i precyzyjny

niedokładny i precyzyjny

dokładny i nieprecyzyjny

niedokładny i nieprecyzyjny

Czułość (zdolność rozdzielcza)

• Cecha ta jest zdefiniowana jako czułość, ale przeważnie pojęcie zdolności rozdzielczej stosuje się w analizie jakościowej. Jest to najmniejsza różnica położeń sygnałów pochodzących od różnych składników, którą da się określić.

• Czułość spektrometru to stężenie pierwiastka, które daje sygnał o absorbancji 0,0044. Można to wyliczyć z proporcji: jeśli np. 5 mg/l daje A = 0,100, to A = 0,0044 da roztwór o stężeniu 0,22 mg/l i to jest czułość aparatu dla danego pierwiastka.

% SKŁADNIK 100 102

składniki główne 10 101

składniki uboczne 1 100

0.1 miliślady 0.01

0.001 10-3

0.0001 mikroślady 0.00001

0.000001 10-6

0.0000001 nanoślady 0.00000001

0.000000001 10-9

0.0000000001 pikoślady 0.00000000001

0.000000000001 10-12

0.0000000000001 femtoślady 0.00000000000001

0.000000000000001 10-15

0.0000000000000001 attoślady 0.00000000000000001

0.000000000000000001 10-18 pojedyncze cząstki

http://encyklopedia.pwn.pl/haslo.php?id=2337732

Ile m

oże

my

zmie

rzyć

?

Rodzaje próbek w analizie instrumentalnej

Uruchomienie Oznaczenie Zapewnienie jakości

próbki roztworów kalibracyjnych

próbki właściwe próbki zerowe

próbki ślepe próbki powtórzone

próbki roztworów o znanym stężeniu

próbki certyfikowanych

materiałów odniesienia

Rodzaje próbek w analizie instrumentalnej

• próbki ślepe – zawierają wszystkie odczynniki, co próbki właściwe i towarzyszą próbką właściwym na każdym etapie analiz

• próbki zerowe – zawierają wszystkie odczynniki co próbki właściwe, ale są sporządzane tuż przed pomiarem

• próbki powtórzone – próbki właściwe badane ponownie • certyfikowane materiały odniesienia – próbki o

zmierzonym przez kilka laboratoriów stężeniu danego analitu

• składu materiału

• stężenia (trzeba spróbować – nauka na błędach)

• czasu, który możemy poświęcić na analizę

• kosztów oznaczenia

Kryteria wyboru metody analitycznej zależą od:

BADANIE W PRAKTYCE

Pobieranie próbek do analizy

• należy pobierać próbki reprezentatywne • nie zanieczyszczać próbki • nie stracić lotnych składników próbki (np. gdy badamy

rtęć to nie podgrzewać próbki, bo rtęć wyparuje) • nie dopuścić do rozkładu pod wpływem powietrza,

światła i temperatury • nie dopuścić do zmiany składu próbki pod wpływem

reakcji katalitycznych

• nie badamy całości

• pobieramy pewną jego część – próbkę reprezentatywną

• dokładność analizy nie jest lepsza niż dokładność pobrania

• najwięcej błędów w procesie analitycznym popełnianych jest w trakcie pobierania i przygotowania

• przygotowanie: rozdrabnianie, rozpuszczanie, roztwarzanie, mineralizację, rozdzielanie, zatężanie, itd. - uzyskuje się obiekt pomiaru właściwy dla wybranej metody analitycznej

Pobieranie… Badany obiekt

Krzywa kalibracyjna

• najczęściej stosowana forma kalibracji (oczywiście metod względnych, bo absolutne nie wymagają kalibracji)

• jest to wykres zależności pomiędzy stężeniem wzorca (znanym!) a odpowiedzią aparatu (np. absorbancją)

• prosta na wykresie (bo w odpowiednim zakresie jest to zazwyczaj zależność liniowa) ma określone równanie na podstawie którego przeliczymy odpowiedź aparatu dla próbki na stężenie analitu

Y – wielkość mierzona (sygnał analityczny) a – współczynnik kierunkowy prostej x – stężenie analitu b – przesunięcie krzywej

Y = ax + b

· przygotować serię roztworów wzorcowych (znane stężenie) · zmierzyć wartość sygnału analitycznego dla każdego roztworu · zmierzyć wartość sygnału dla analizowanej próbki · wykreślić krzywą kalibracyjną · wyznaczyć stężenie analizowanej próbki Wady: · wąski zakres liniowości · wpływ matrycy próbki (wartości a i b są różne dla wzorców i próbki)

Krzywa kalibracyjna Krzywa kalibracyjna

Krzywa kalibracyjna

Stężenie

Od

po

wie

dź

apar

atu

zmienione

Pomiar

• po skalibrowaniu aparatu wykonujemy pomiar

• często bada się próbkę dwukrotnie

• podajemy ostateczny wynik

W laboratoriach PIS metodami instrumentalnymi bada się np.

• stężenia metali w środowisku pracy

• pH, przewodność i mętność wody

• skład wody

• zawartość rozpuszczalników organicznych w środowisku pracy

• i wiele innych…

W trakcie zajęć w WSSE w Krakowie proszę zwrócić uwagę na:

• wyposażenie laboratoriów

• zakres wykonywanych analiz

• system prowadzenia badań

• główne rodzaje wykonywanych analiz

dr Łukasz J. Binkowski ljbinkowski@gmail.com

Instytut Biologii UP w Krakowie