質(zhì)量控制圖的原理

關(guān)于質(zhì)量控制圖的原理2一、質(zhì)量控制圖的原理

質(zhì)量控制圖是假設(shè)分析測試處于受控狀態(tài)時,總體分析數(shù)據(jù)的質(zhì)量特性呈正態(tài)分布N(μs2)。其圖形來自于正態(tài)分布曲線圖。當(dāng)將正態(tài)分布圖按順時針方向旋轉(zhuǎn)90°,再上下翻轉(zhuǎn)180°時,即成為圖1的質(zhì)控基本圖形。由正態(tài)分布性質(zhì)可知,質(zhì)量指標(biāo)值落在±3s以外的概率只有0.27%,這是一個小概率。按照小概率事件原理,在一次實踐中超出±3s的范圍的小概率事件幾乎是不會發(fā)生的。

圖1控制圖的演變第2頁,共37頁，星期六，2024年，5月3

在正態(tài)分布中，68.26％在±s;95.44％在±2s;99.73％在±3s內(nèi)。這是質(zhì)量控制圖的理論基礎(chǔ)。當(dāng)一個值在±

3s內(nèi)只有正態(tài)偶然變差出現(xiàn)在體系中，稱作“控制中”的值；若在控制線以外，則說明存在大于正態(tài)偶然變差的因素，稱作“控制外”的值。第3頁,共37頁，星期六，2024年，5月4在±3s之外，出現(xiàn)的概率為：

100％－99.73％＝0.27％，即檢驗1000個樣品，可能有997個落在±3s之內(nèi)，而在±3s之外的檢驗結(jié)果不會超過3個。確切地說，大于μ＋3s或小于μ－3s概率為0.27％／2＝0.135％≈0.1％。因此，在控制圖中，測定值超出μ＋3s或μ－3s界限只有0.1％，即小概率事件實際上不發(fā)生的原理。如果發(fā)生了，就判為異常。第4頁,共37頁，星期六，2024年，5月5

±3s方法確定的質(zhì)量控制圖控制界限,被認(rèn)為是最經(jīng)濟合理的方法。因此,大多數(shù)國家都采用這個方法,并稱為“3s”原理。美國、日本和我國都采用±3s為控制圖的控制界限。

第5頁,共37頁，星期六，2024年，5月6二、質(zhì)量控制圖的種類在分析檢測中主要使用的質(zhì)量控制圖有以下幾種：1.平均值控制圖：應(yīng)用最廣泛，它是檢驗測量過程是否存在粗差，檢驗平均值漂移以及數(shù)據(jù)緩慢波動的有效方法，主要用于觀察分布的平均值的變化。2.極差控制圖：是檢驗變動性漂移以及數(shù)據(jù)快速波動的有效方法，還能用于檢驗粗差的存在。是檢驗平行測定誤差的工具3.均值-極差控制圖：兩者聯(lián)合起來使用，則可以用來觀察分布的全面變化情況，保證檢驗的準(zhǔn)確度和精密度。4.準(zhǔn)確度質(zhì)量控制圖：在分析檢測質(zhì)量控制中主要用于測試樣品的加標(biāo)回收率測定控制。第6頁,共37頁，星期六，2024年，5月7三、質(zhì)量控制圖的基本形式

縱坐標(biāo)為質(zhì)量特性值；橫坐標(biāo)為抽樣時間或樣本序號。圖2控制圖的基本形式第7頁,共37頁，星期六，2024年，5月8

測定結(jié)果的預(yù)期值為中心線；

±3s為控制限域,限內(nèi)表示可接受域；

±2s為超出此范圍即應(yīng)引起注意的警告限域;

±1s為檢查測定結(jié)果質(zhì)量的輔助指標(biāo)范圍。

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這五條線是通過搜集過去在測試穩(wěn)定狀態(tài)下某一段時間的數(shù)據(jù)計算出來的。使用時,定時抽取樣本,把所測得的質(zhì)量特性數(shù)據(jù)用點子一一描在圖上。根據(jù)點子是否超越上、下控制線和點子的排列情況來判斷測試過程是否處于正常的控制狀態(tài)。圖3準(zhǔn)確度控制圖實例第9頁,共37頁，星期六，2024年，5月10四、質(zhì)量控制圖樣品與數(shù)據(jù)積累質(zhì)量控制樣品是為控制分析質(zhì)量配制的，常隨被測樣品發(fā)下，并用相同的方法同時進(jìn)行分析，以檢查分析質(zhì)量是否穩(wěn)定。質(zhì)量控制樣品的選用：①質(zhì)量控制樣品的組成應(yīng)盡量與所要分析的樣品相似。②質(zhì)量控制樣品中待測組分的含量應(yīng)盡量與待測樣品相近。當(dāng)待測組分的含量很小時，其濃度極不穩(wěn)定，故常將質(zhì)量控制樣品先配制成較高濃度的溶液，臨用時再按規(guī)定方法稀釋至要求濃度。③實驗的環(huán)境樣條件應(yīng)該波動不大。第10頁,共37頁，星期六，2024年，5月11數(shù)據(jù)積累：①每次至少平行分析兩次，分析結(jié)果的相對偏差不得大于標(biāo)準(zhǔn)分析方法中所規(guī)定的相對偏差（變異系數(shù)）的兩倍，否則應(yīng)重做。②建立質(zhì)量控制圖，至少需要累積質(zhì)量控制樣品重復(fù)實驗的20個數(shù)據(jù)，此項重復(fù)分析應(yīng)在短期內(nèi)陸續(xù)進(jìn)行，例如每天分析平行質(zhì)量控制樣一次，而不應(yīng)將20個重復(fù)實驗的分析同時進(jìn)行，一次完成。③如果各次分析的時間間隔較長，在此期間可能由于氣溫波動較大而影響測定結(jié)果，必要時可對質(zhì)量樣品的測定進(jìn)行溫度校正。第11頁,共37頁，星期六，2024年，5月12分析數(shù)據(jù)的運算：當(dāng)質(zhì)量分析樣品的分析數(shù)據(jù)累積至20個以上時，即可按下列公式計算出總均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差S、平均極差等。式中：X1和X2為平行分析質(zhì)量控制樣品的測定值第12頁,共37頁，星期六，2024年，5月13五、均值-極差控制圖

均值-極差控制圖是平均值和極差控制圖上下對應(yīng)地畫在一起的綜合控制圖。平均值控制圖用來觀察分析數(shù)據(jù)平均值的變化,極差控制圖用來觀察分析數(shù)據(jù)分散程度的變化。兩圖同時使用,可以綜合地了解質(zhì)量特性數(shù)據(jù)的分布形態(tài)。

第13頁,共37頁，星期六，2024年，5月14

以光電直讀光譜法測定碳素鋼中碳含量為例,闡述儀器分析中均值-極差控制圖的作圖步驟。

(1)搜集數(shù)據(jù)在分析測試處于穩(wěn)定狀態(tài)下,搜集近期質(zhì)量數(shù)據(jù),并把數(shù)據(jù)按組號(或分析時間)順序分組。每次抽取的樣本個數(shù)n=5個,搜集數(shù)據(jù)一般為N=100個(最少50個以上),并分成組。把搜集到的每組數(shù)據(jù),按次序填入控制圖數(shù)據(jù)記錄表中。見表1。第14頁,共37頁，星期六，2024年，5月15第15頁,共37頁，星期六，2024年，5月16第16頁,共37頁，星期六，2024年，5月17第17頁,共37頁，星期六，2024年，5月18式中A2,D3,D4是控制圖系數(shù),可由控制圖系數(shù)選用表查得,表2列出了部分系數(shù),供計算時使用。第18頁,共37頁，星期六，2024年，5月19(5)畫控制圖按計算值分別畫平均值和極差圖。畫中心線(用實線),畫上、下控制線(用虛線),并在各條線上分別標(biāo)出ＣＬ、ＵＣＬ、ＬＣＬ數(shù)值和ｎ值。然后將搜集到的各組樣本的平均值和極差值分別在圖上打點,并順序連接各點。見圖4、圖5。第19頁,共37頁，星期六，2024年，5月20圖4碳素鋼中碳含量平均值控制圖圖5碳素鋼中碳含量極差控制圖圖6碳素鋼中碳含量準(zhǔn)確度控制圖第20頁,共37頁，星期六，2024年，5月21

從圖5、圖6可以看出：在連續(xù)20點中的第6點處已超出控制線,也就是說分析測試中碳的測定已處于非控制狀態(tài),需要對測試進(jìn)行校驗。第21頁,共37頁，星期六，2024年，5月22六、質(zhì)量控制圖的分析

對控制圖進(jìn)行分析是為了判斷分析過程是否處于控制狀態(tài)還是失控狀態(tài),以便決定是否有必要采取措施,消除異常因素,使測試恢復(fù)到受控狀態(tài)。在用控制圖時,當(dāng)發(fā)現(xiàn)點子超出控制線或控制線內(nèi)點子排列異常時,應(yīng)調(diào)查當(dāng)時的分析現(xiàn)狀、找出原因并加以消除,并剔除該點,重新按新的組數(shù)重新計算、打點、鑒別。第22頁,共37頁，星期六，2024年，5月23控制圖的判斷,一般要應(yīng)用到數(shù)理統(tǒng)計中“小概率事件”的原理。其判斷準(zhǔn)則為分析用控制圖上的點子同時滿足下述條件時,可認(rèn)為儀器處于統(tǒng)計的受控制狀態(tài):

（1）沒有點越出控制界限；（2）點的排列是隨機的。（3）連續(xù)25點以上都在控制界限內(nèi)；（4）連續(xù)35點中，落在控制界限外的點在1σ以內(nèi)；（5）連續(xù)100點中，落到控制界限外的點在2σ以內(nèi)時，

（一）控制狀態(tài)的判定第23頁,共37頁，星期六，2024年，5月24（二）非控制狀態(tài)的判定標(biāo)準(zhǔn)1：有一個點在控制界限外。標(biāo)準(zhǔn)2：9個點均在中心線的同一側(cè)。標(biāo)準(zhǔn)3：6個點連續(xù)上升或下降。標(biāo)準(zhǔn)4：14個點交替上升下降。標(biāo)準(zhǔn)5：連續(xù)三點中，有2個點在區(qū)域2σ～3σ或在控制界限外。標(biāo)準(zhǔn)6：連續(xù)5點中，有4個點在區(qū)域1σ～2σ或落到該區(qū)域之外。標(biāo)準(zhǔn)7：連續(xù)15點都在區(qū)域CL～1σ中。標(biāo)準(zhǔn)8：連續(xù)8點都落在區(qū)域CL～1σ之外。第24頁,共37頁，星期六，2024年，5月25第25頁,共37頁，星期六，2024年，5月26標(biāo)準(zhǔn)1：非控制狀態(tài)。點落在控制界限外，是觀察控制圖的基本方法。標(biāo)準(zhǔn)2：在中心線的上側(cè)或下側(cè)連續(xù)出現(xiàn)9點以上。過去連續(xù)7點即可判定為異常，現(xiàn)改為連續(xù)9點。連續(xù)6-8點時，就必須注意對過程進(jìn)行觀察。標(biāo)準(zhǔn)3：控制圖上的點即使在控制界限，6個點連續(xù)上升或下降即可判定為異常。由過去7點改為6點。標(biāo)準(zhǔn)4：這是新的標(biāo)準(zhǔn)，偽造的數(shù)據(jù)經(jīng)常出現(xiàn)這種情況。第26頁,共37頁，星期六，2024年，5月27第27頁,共37頁，星期六，2024年，5月28標(biāo)準(zhǔn)5：連續(xù)的3個點中有2個點在A區(qū)域。除此之外，過去7點中有3點，10點中有4點以上即可判定為異常。標(biāo)準(zhǔn)6：連續(xù)5點中，有4個點在B區(qū)域或超出該區(qū)域。與標(biāo)準(zhǔn)5相同，是由過程平均變化引起的。標(biāo)準(zhǔn)7：是對控制圖的分組、分層進(jìn)行分析。產(chǎn)生這種模式的可能性是控制限有誤,或存在取樣問題標(biāo)準(zhǔn)8：是對控制圖的分組、分層進(jìn)行分析。產(chǎn)生原因可能是更換操作人員或環(huán)境的變化第28頁,共37頁，星期六，2024年，5月29在啤酒雙乙酰檢測過程中，發(fā)現(xiàn)控制樣品的數(shù)值變動較大，在幾乎相同的條件下，有時甚至連續(xù)進(jìn)樣后所得數(shù)據(jù)也會變動較大。在引入了質(zhì)量控制圖后，發(fā)現(xiàn)這些都是正常的偶然誤差，是由某些不可欲知的因素如環(huán)境、溫度、濕度和氣壓的微小波動、儀器電壓電流的波動、載氣流量的微小變動、試樣處理條件的微小差異都會給最后的結(jié)果帶來影響。啤酒中雙乙酰含量在10-1000ug/L，屬痕量分析范圍。七、質(zhì)量控制圖在啤酒分析中的應(yīng)用第29頁,共37頁，星期六，2024年，5月30由于痕量分析標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，偏差的大小和方法本身有關(guān)，包括實驗條件如樣品處理過程、進(jìn)樣系統(tǒng)、檢測器的種類等，我們必須采用適當(dāng)?shù)姆椒▽Ψ治鲞^程加以控制，以保證檢測處于正常的工作狀態(tài)下，避免系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生并盡量減少偶然誤差。下面以青島二廠生產(chǎn)的易拉罐作為控制樣品，連續(xù)分析雙乙酰20批次，繪制質(zhì)量控制圖，分析數(shù)據(jù)見表3第30頁,共37頁，星期六，2024年，5月31表3分析數(shù)據(jù)第31頁,共37頁，星期六，2024年，5月32第32頁,共37頁，星期六，2024年，5月33圖7平均值控制圖第33頁,共37頁，星期六，2024年，5月34圖8極差控制圖第34頁,共37頁，星期六，2024年，5月35八、質(zhì)量控制圖對于儀器分析工作的指導(dǎo)作用1）清晰地反應(yīng)出分析體系包括操作人員、儀器等是否處于統(tǒng)計控制狀態(tài)中。如果發(fā)生失控，它可以幫助我們指出什么時間、什么位置和多大置信度下發(fā)生了問題。2）作為觀測值取舍的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。3）判定檢測過程是否存在系統(tǒng)誤差，并指出偏差方向。4）檢驗不同實驗室數(shù)據(jù)是否一致，第35頁,共37頁，星期六，