ISO 33405:2024
(Main)Reference materials — Approaches for characterization and assessment of homogeneity and stability
Reference materials — Approaches for characterization and assessment of homogeneity and stability
This document explains concepts and provides approaches to the following aspects of the production of reference materials (RMs): — the assessment of homogeneity; — the assessment of stability and the management of the risks associated with possible stability issues related to the properties of interest; — the characterization and value assignment of properties of an RM; — the evaluation of uncertainty for certified values; — the establishment of the metrological traceability of certified values. The guidance given supports the implementation of ISO 17034. Other approaches can also be used as long as the requirements of ISO 17034 are fulfilled. Brief guidance on the need for commutability assessment (6.11) is given in this document, but no technical details are provided. A brief introduction for the characterization of qualitative properties (9.6 to 9.8) is provided, together with brief guidance on sampling such materials for homogeneity tests (7.4.1.2). However, statistical methods for the assessment of the homogeneity and stability of RMs for qualitative properties are not covered. This document is also not applicable to multivariate quantities, such as spectral data. NOTE ISO 33406 gives more information on the production of RMs with one or more qualitative property values.
Matériaux de référence — Approches pour la caractérisation et l’évaluation de l’homogénéité et la stabilité
Le présent document explique des concepts et offre des approches concernant les aspects suivants de la production de matériaux de référence (MR): — l’évaluation de l’homogénéité; — l’évaluation de la stabilité et la gestion des risques associés aux problèmes potentiels de stabilité liés aux propriétés d’intérêt; — la caractérisation et l’attribution de valeurs pour les propriétés d’un MR; — l’évaluation de l’incertitude pour des valeurs certifiées; — l’établissement de la traçabilité métrologique des valeurs de propriétés certifiées. Les recommandations données viennent en appui de la mise en œuvre de l’ISO 17034. D’autres approches peuvent également être utilisées tant que les exigences de l’ISO 17034 sont respectées. Le présent document formule des recommandations succinctes concernant la nécessité d’évaluer la commutabilité (6.11), mais ne procure aucun détail technique à ce sujet. Une courte introduction consacrée à la caractérisation des propriétés qualitatives (9.6 à 9.8) est fournie avec des recommandations succinctes relatives à l’échantillonnage de ces matériaux pour les essais d’homogénéité (7.4.1.2). Néanmoins, le présent document ne traite pas des méthodes statistiques pour l’évaluation de l’homogénéité et de la stabilité des MR en ce qui concerne les propriétés qualitatives. Le présent document ne s’applique pas non plus aux grandeurs à plusieurs variables, telles que les données spectrales. NOTE L’ISO 33406 fournit de plus amples informations sur la production de MR associés à une ou plusieurs valeurs de propriété qualitative.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
International
Standard
ISO 33405
First edition
Reference materials — Approaches
2024-05
for characterization and assessment
of homogeneity and stability
Matériaux de référence — Approches pour la caractérisation et
l’évaluation de l’homogénéité et la stabilité
Reference number
© ISO 2024
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Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .vi
Introduction .vii
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 2
5 Conventions . 3
6 Overview of reference material production . 3
6.1 General .3
6.2 Summary of project design . . .3
6.3 Acquisition of starting material .5
6.4 Feasibility studies .6
6.5 Reference material processing .6
6.6 Homogeneity assessment .6
6.7 Stability assessment .6
6.8 Choice of measurement procedures .7
6.9 Metrological traceability .7
6.10 Characterization and uncertainty evaluation .7
6.11 Commutability assessment .7
6.12 Transport issues .7
6.13 Value assignment .8
6.14 Stability monitoring .8
6.15 Reference materials produced in repeated batches .8
7 Assessment of homogeneity . 8
7.1 Preamble .8
7.2 Need for an experimental homogeneity study .9
7.3 Properties to be studied .10
7.4 Statistically valid sampling schemes .10
7.4.1 Minimum number of units for a homogeneity study .10
7.4.2 Use of statistical power analysis . 12
7.4.3 Sampling strategies for a homogeneity study . 12
7.5 Choice and conduct of the measurement procedure for a homogeneity study . 13
7.5.1 Choice of measurement procedure . 13
7.5.2 Conduct of measurements for homogeneity studies . 13
7.6 Homogeneity study designs . 15
7.6.1 Objective of a homogeneity study . 15
7.6.2 The basic homogeneity study design – measurement in a single run .16
7.6.3 Randomized block design.17
7.6.4 Balanced nested design .17
7.6.5 Alternative strategies .17
7.7 Evaluating a homogeneity study .18
7.7.1 Initial inspection for measurement trends and outliers .18
7.7.2 Inspection for processing trends .19
7.7.3 Evaluation of the between-unit term – basic design .19
7.7.4 Evaluation of the between-unit term – randomized block design . 20
7.7.5 Evaluation of the between-unit term – balanced nested design .21
7.7.6 Other homogeneity designs and alternative estimation methods . .21
7.8 Insufficient repeatability of the measurement procedure . 22
7.9 Within-unit homogeneity . 22
7.9.1 Assessing the need for within-unit homogeneity study . 22
7.9.2 Testing for significant within-unit heterogeneity . 22
7.9.3 Assessing minimum sample size .24
iii
7.10 Check for sufficient homogeneity . 25
7.11 Uncertainty evaluation from homogeneity studies . 26
8 Assessment and monitoring of stability .26
8.1 Preamble . 26
8.2 Assessment of stability .27
8.2.1 Requirement for stability assessment.27
8.2.2 Types of (in)stability .27
8.2.3 General methods for assessment of stability . 28
8.2.4 Need for experimental study of stability . 28
8.3 Classification of stability studies . 29
8.3.1 General . 29
8.3.2 Classification according to conditions of measurement . 29
8.3.3 Classification according to stability study duration and conditions . 30
8.3.4 Classification by study objective. 30
8.3.5 Designs for different storage and treatment conditions .31
8.4 General requirements for effective stability studies .32
8.4.1 Overview of requirements .32
8.4.2 Selection of RM units .32
8.4.3 Suitable measurement procedure(s) for stability studies .32
8.4.4 Appropriate experimental design .32
8.5 Evaluation of stability study results . 33
8.5.1 General considerations for stability study data treatment . 33
8.5.2 The basic stability study: multiple points in time at a single storage condition . 34
8.5.3 Isochronous designs . . 36
8.5.4 Accelerated stability studies with multiple exposure conditions . 38
8.5.5 Additional sources of random variation in stability studies .41
8.6 Action on finding a significant trend in a stability study .41
8.7 Uncertainty evaluation from stability studies .42
8.7.1 General considerations for uncertainty evaluation from stability studies.42
8.7.2 Sources of uncertainty in predicted change over time .42
8.7.3 Estimation of stability uncertainties in the absence of significant trends .43
8.7.4 Evaluation of stability uncertainties in the case of a known significant trend .43
8.8 Estimation of storage lifetime (“shelf life”) from a stability study . 44
8.9 Instructions for use related to management of stability . 44
8.10 Stability monitoring . 44
8.10.1 Requirements for monitoring . 44
8.10.2 Choice of initial monitoring point and monitoring interval(s) .45
8.10.3 Experimental approaches and evaluation for stability monitoring . 46
9 Characterization of the material . 47
9.1 Preamble .47
9.2 Establishing metrological traceability . 48
9.2.1 Principle . 48
9.2.2 Metrological references . 48
9.2.3 Types of measurands . 49
9.2.4 Effect of sample preparation or pre-treatment . 49
9.2.5 Verification of traceability . 50
9.3 Characterization using a single reference measurement procedure (as defined in ISO/
IEC Guide 99) in a single laboratory . 50
9.3.1 Characterization by a reference measurement procedure without direct
comparison with a CRM of the same kind . 50
9.3.2 Characterization by value transfer from a reference material to a closely
matched candidate reference material using a single measurement procedure
performed by one laboratory .51
9.3.3 Selection of RM units for single-laboratory characterization .52
9.3.4 Formulation methods .52
9.4 Characterization of a non-operationally defined measurand using two or more
methods of demonstrable accuracy in one or more competent laboratories . 53
9.4.1 Concept . . 53
iv
9.4.2 Study design . 54
9.4.3 Evaluation . . 55
9.4.4 Single-laboratory multi-method studies . 56
9.5 Characterization of an operationally defined measurand using a network of competent
laboratories . 56
9.5.1 Concept . . 56
9.5.2 Study setup .57
9.5.3 Evaluation .57
9.6 Purity .57
9.6.1 General .57
9.6.2 Direct determination of purity .57
9.6.3 Indirect determination of purity . 58
9.7 Ordinal scales .59
9.8 Nominal properties including identity .59
9.9 Characterization of non-certified values .59
10 Evaluating measurement uncertainty .59
10.1 Basis for evaluating the uncertainty of a property value of a CRM.59
10.2 Basic model for a batch characterization. 60
10.3 Uncertainty sources .61
10.4 Coverage intervals and factors .61
Annex A (informative) Design and evaluation of studies for the characterization of a method-
independent measurand using two or more methods of demonstrable accuracy in one
or more competent laboratories .62
Annex B (informative) Statistical approaches .73
Annex C (informative) Examples .84
Annex D (informative) Measurement uncertainty evaluation .94
Bibliography .95
v
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through
ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee
has been established has the right to be represented on that committee. International organizations,
governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely
with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described
in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the different types
of ISO document should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the
ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a)
patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity, or applicability of any claimed patent
rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received notice of (a)
patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that
this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent database available at
www.iso.org/patents. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions
related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade
Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 334, Reference materials.
This first edition cancels and replaces ISO Guide 35:2017, which has been technically revised.
The main changes are as follows:
— technical requirements for the characterization and the assessment of homogeneity and stability of
reference materials as stipulated in ISO 17034 is reiterated in this document with additional guidance
on approaches that can be used.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
vi
Introduction
The production of reference materials (RMs) is a key activity for the improvement and maintenance of a
worldwide coherent measurement system. As detailed in ISO 33403, RMs with different characteristics are
used in measurements, such as calibration, quality control, proficiency testing and method validation, as
well as for the assignment of values to other materials. Certified reference materials (CRMs) are also used to
confirm or establish metrological traceability to conventional scales, such as the octane number, hardness
scales and pH.
To be comparable across borders and over time, measurements need to be traceable to appropriate and
stated references. CRMs play a key role in implementing the concept of traceability of measurement results
in chemistry, biology and physics among other sciences dealing with substances and materials. Laboratories
use these CRMs as readily accessible measurement standards to establish traceability of their measurement
results to International Standards. The property values carried by a CRM can be made traceable to the
International System of Units (SI) or other internationally agreed references during production. This
document explains how approaches can be developed that will lead to well established property values,
which are made traceable to appropriate stated references.
For RM producers, this document refers to ISO 17034, ISO 33401 and ISO Guide 30 that support the
production and certification of RMs:
— ISO 17034 outlines the general requirements to be met by an RM producer to demonstrate competence;
— ISO 33401 describes the contents of certificates for CRMs and of accompanying documents for other RMs;
— ISO Guide 30 contains terms and definitions related to reference materials.
Alongside developments in RM production approaches, the range of classes of RMs is growing with advances
in technology, increasing the need for more widely applicable technical guidance in RM production. In
addition, increasing use of ISO/IEC 17025 and ISO 15189 by laboratories has led to greater demand for clear
statements of metrological traceability.
This document describes examples of possible designs for homogeneity, stability and characterization
studies that are in line with ISO 17034. It also contains specific provisions concerning the establishment of
metrological traceability in RM production.
vii
International Standard ISO 33405:2024(en)
Reference materials — Approaches for characterization and
assessment of homogeneity and stability
1 Scope
This document explains concepts and provides approaches to the following aspects of the production of
reference materials (RMs):
— the assessment of homogeneity;
— the assessment of stability and the management of the risks associated with possible stability issues
related to the properties of interest;
— the characterization and value assignment of properties of an RM;
— the evaluation of uncertainty for certified values;
— the establishment of the metrological traceability of certified values.
The guidance given supports the implementation of ISO 17034. Other approaches can also be used as long as
the requirements of ISO 17034 are fulfilled.
Brief guidance on the need for commutability assessment (6.11) is given in this document, but no technical
details are provided. A brief introduction for the characterization of qualitative properties (9.6 to 9.8) is
provided, together with brief guidance on sampling such materials for homogeneity tests (7.4.1.2). However,
statistical methods for the assessment of the homogeneity and stability of RMs for qualitative properties are
not covered. This document is also not applicable to multivariate quantities, such as spectral data.
NOTE ISO 33406 gives more information on the production of RMs with one or more qualitative property values.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes
requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references,
the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 3534-2, Statistics — Vocabulary and symbols — Part 2: Applied statistics
ISO 3534-3, Statistics — Vocabulary and symbols — Part 3: Design of experiments
ISO Guide 30, Reference materials — Selected terms and definitions
ISO/IEC Guide 99, International vocabulary of metrology — Basic and general concepts and associated terms (VIM)
ISO 17034, General requirements for the competence of reference material producers
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 3534-2, ISO 3534-3, ISO Guide 30,
ISO/IEC Guide 99 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
classical stability study
experimental study of reference material stability in which individual samples are prepared at the same
time and are measured as time elapses
3.2
isochronous stability study
experimental study of reference material stability in which units exposed to different storage conditions
and times are measured in a short period of time
Note 1 to entry: Figure 6 is an illustration of an isochronous stability study.
4 Symbols
a
number of RM units in a homogeneity study
d
measurement bias
k
coverage factor or (as subscript) index
L
a limit of detection (minimum detectable value of the net state variable) calculated using the
d
methods of ISO 11843-1
N
minimum number of RM units for a homogeneity study for batch sizes over 100 units
min
N
number of RM units produced in a single batch
prod
n
number of runs in a blocked or nested homogeneity study design
r
p
number of laboratory means in an interlaboratory certification exercise
s
between-unit component of variance from a homogeneity study, expressed as a standard deviation
bu
s
repeatability standard deviation
r
s
within laboratory reproducibility standard deviation
R
t
duration of a long-term stability study
lts
U
expanded uncertainty associated with a property value of the certified reference material (CRM)
CRM
u
standard uncertainty associated with between-unit variability
bu
u
standard uncertainty associated with a value assigned in a characterization study
char
u
standard uncertainty associated with the property value of the CRM
CRM
u
target measurement uncertainty, expressed as standard uncertainty, for the value of a property
trg
to be certified
u
standard uncertainty associated with heterogeneity
hom
u
standard uncertainty associated with long-term stability
lts
u
standard uncertainty associated with a value obtained by measuring an RM at a monitoring point
mon
u
standard uncertainty associated with the transport stability of the material
trn
u
standard uncertainty associated with within-unit heterogeneity
wu
x
property value of a CRM
CRM
ˆ
x estimated value obtained from a robust statistical estimator
x
value obtained by measuring an RM property value at a monitoring point
mon
x
measurement result for a property value
y
value assigned to a RM in a characterization study
char
M
between-group mean square term from analysis of variance (ANOVA)
between
M
within-group mean square term from analysis of variance (ANOVA)
within
5 Conventions
In this document, the following conventions are used:
a) A measurand is specified in such a way that there exists a unique 'true value'.
b) All probability assessments described in this document assume normality unless otherwise stated.
c) Throughout this document, the law of propagation of uncertainty is used for the combination of
measurement uncertainty contributions. Other methods of evaluating measurement uncertainty can
also be applied and, in some cases, it is necessary to do so. Further guidance on these matters is given in
ISO/IEC Guide 98-3 and its supplements.
NOTE 1 Variation between units associated with heterogeneity and changes due to instability will possibly not
be normally distributed and can result in asymmetric distributions.
NOTE 2 ISO/IEC Guide 98-3 will hereafter be referred to as the “GUM”.
6 Overview of reference material production
6.1 General
The production and distribution of an RM require careful planning prior to undertaking any actual activity
in the project. Subclauses 6.2 to 6.15 provide a brief overview of the steps involved in the production of
an RM followed by a description of the main issues involved in planning each step. Detailed guidance
on homogeneity assessment, stability assessment and characterization are given in Clauses 7, 8 and 9,
respectively.
6.2 Summary of project design
The production of an RM involves the following steps:
a) specification of the RM, i.e., the matrix, the properties to be characterized and their desired levels, the
[21]
intended use of the material and, for CRMs, the target uncertainty ;
b) design of a procedure for the sourcing of the material;
c) design of an RM manufacturing and/or preparation procedure;
d) packaging and labelling
e) selection of measurement procedures appropriate for characterization, homogeneity and stability
studies;
f) consideration of metrological traceability for each measured property, particularly for CRMs, for which
a statement of metrological traceability is required;
g) assessment of homogeneity;
h) assessment of stability;
i) assessment of commutability (if required);
j) characterization of the RM;
k) combination of the results from homogeneity studies, stability studies and, for CRMs, evaluation of the
measurement uncertainties of certified values;
l) preparation of a certificate or product information sheet and, if appropriate, a report on the production
and/or certification as per the guidance provided in ISO 33401;
m) specification of storage and transportation conditions and the planned lifespan;
n) post-production monitoring of stability.
The main stages of the project design as listed in 6.2 are shown schematically in Figure 1. Some aspects of
the project design are described in more detail in 6.3 to 6.15.
NOTE 1 The figure provides a schematic outline of the main steps in producing and maintaining an RM. Boxes with
dashed outlines are not always necessary.
NOTE 2 ‘Packaging’ in this figure includes subdivision into individual units in suitable containers for distribution.
Figure 1 — Schematic outline of a reference material project
6.3 Acquisition of starting material
The first task in an RM production project, after the specification of the RM, is the acquisition of a sufficient
amount of starting material(s) with the desired properties. The amount of material needed is determined by
the following:
— the number of units of the RM needed for distribution over the expected life of the RM;
— the number of units needed for the homogeneity study;
— the number of units needed for the stability study;
— the number of units needed for the characterization of the candidate RM;
— the number of units required for monitoring stability over the expected lifetime of the material;
— the planned size of each RM unit, which has to be sufficient for at least one measurement;
— the need for one or more feasibility studies;
— optionally, additional units to cover contingencies such as, for example, follow-up studies to respond to
customer queries, future recertification required by a significant change in the storage conditions or
extension of the number of certified properties.
The number of units of an RM that are needed for distribution is often, at least in part, a commercial issue
and should be carefully considered before commissioning the collection and processing of the material. In
addition, the expected long-term stability of the material in storage can influence the amount of material
that can usefully be produced. It is advisable to limit the number of units produced for less stable materials
to avoid wastage due to unavoidable degradation over time.
6.4 Feasibility studies
Feasibility studies are short studies intended to address concerns about the feasibility of producing and
characterizing a sufficiently homogeneous and stable RM. For example, questions such as the best way of
preparing the RM or ensuring sufficient stability of the material can be answered by small-scale feasibility
[22]
studies early in the project .
Where characterization is expected to be performed with an interlaboratory study, a feasibility study can
identify possible sources of error and enable participants involved in the characterization to optimize their
equipment and procedures.
NOTE In a feasibility study intended to test or improve the capabilities of participants in an interlaboratory
characterization exercise (see Clause 9), use of a material different from the candidate RM can avoid undue bias in
participant results arising from prior knowledge of the candidate RM.
6.5 Reference material processing
Processing can involve a range of processes, including, for example:
— synthesis, manufacture or formulation of a synthetic RM;
— drying, lyophilisation, milling, and/or filtration for natural materials;
— addition of stabilizing agents;
— homogenization prior to packaging.
The procedures used depend on the particular material and usually require expert guidance.
6.6 Homogeneity assessment
Homogeneity is an important requirement for all RMs and includes both within- and between-unit
homogeneity. Between-unit homogeneity is important to ensure that each RM unit carries the same value
for each property; within-unit homogeneity is important where subsamples can be taken for measurement
by users of the material. Clause 7 gives detailed guidance on homogeneity assessment.
6.7 Stability assessment
In accordance with ISO 17034, RMs shall be sufficiently stable for their intended use, so that the end user can
rely on the assigned value at any point within the period of validity of the certificate. Typically, it is important
to consider stability under long-term storage conditions, under transport conditions and, where applicable,
the storage conditions at the RM user’s laboratory. This can include consideration of stability after opening
if repeated use of the RM is permitted. Clause 8 provides detailed guidance on stability assessment.
6.8 Choice of measurement procedures
In an RM production project, each step that requires measurements can use different measurement
procedures because, for example, characterization generally requires minimally biased measurement
procedures with low uncertainty; homogeneity studies primarily require the best available repeatability;
and classical stability studies typically require measurement procedures that show good precision over
time within the same laboratory. The choice of measurement procedures for homogeneity studies, stability
studies and characterization are considered in Clauses 7, 8 and 9, respectively.
6.9 Metrological traceability
Metrological traceability is key to ensuring the comparability of measurement results over time and
between locations, including those used to characterize RMs. By definition, CRMs are accompanied by a
statement of metrological traceability for each certified value. The proper choice of the stated references to
which metrological traceability of the property values is established, is essential for CRMs, because CRMs
are primarily used to make measurement results traceable. Establishment of metrological traceability is
considered in detail in 9.2.
6.10 Characterization and uncertainty evaluation
Characterization refers to the determination of the property values of the relevant properties of an RM, as
part of the production process. Characterization of an RM is described in Clause 9. For CRMs, certified values
are accompanied by an associated uncertainty; the evaluation of the uncertainty of the certified value is
considered in Clause 10.
6.11 Commutability assessment
The commutability of an RM re
...
Norme
internationale
ISO 33405
Première édition
Matériaux de référence —
2024-05
Approches pour la caractérisation
et l’évaluation de l’homogénéité et
la stabilité
Reference materials — Approaches for characterization and
assessment of homogeneity and stability
Numéro de référence
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Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .vi
Introduction .vii
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles . 2
5 Conventions . 3
6 Vue d’ensemble de la production des matériaux de référence . 3
6.1 Généralités .3
6.2 Résumé du plan de projet.4
6.3 Acquisition du matériau de départ .5
6.4 Études de faisabilité .6
6.5 Procédé de fabrication du matériau de référence .6
6.6 Évaluation de l’homogénéité .6
6.7 Évaluation de la stabilité .6
6.8 Choix des procédures de mesure .7
6.9 Traçabilité métrologique .7
6.10 Caractérisation et évaluation de l’incertitude .7
6.11 Évaluation de la commutabilité .7
6.12 Questions relatives au transport . .8
6.13 Attribution de la valeur .8
6.14 Surveillance de la stabilité .8
6.15 Matériaux de référence produits en lots répétés .8
7 Évaluation de l’homogénéité . 8
7.1 Préambule .8
7.2 Nécessité d’une étude expérimentale d’homogénéité .10
7.3 Propriétés à étudier .10
7.4 Programmes d’échantillonnage statistiquement valides .11
7.4.1 Nombre minimal d’unités pour une étude d’homogénéité .11
7.4.2 Utilisation de l’analyse de puissance statistique . 12
7.4.3 Stratégies d’échantillonnage d’une étude d’homogénéité . 13
7.5 Choix et mise en œuvre de la procédure de mesure pour une étude d’homogénéité . 13
7.5.1 Choix de la procédure de mesure . 13
7.5.2 Réalisation des mesurages pour les études d’homogénéité .14
7.6 Plans d’étude d’homogénéité.16
7.6.1 Objectif d’une étude d’homogénéité .16
7.6.2 Plan simple d’homogénéité: mesurage en une seule campagne .17
7.6.3 Plan en blocs aléatoires .18
7.6.4 Plan emboîté équilibré .18
7.6.5 Autres stratégies possibles .19
7.7 Évaluation d’une étude d’homogénéité .19
7.7.1 Examen initial des tendances des mesures et des valeurs aberrantes .19
7.7.2 Examen de la dérive de production .21
7.7.3 Évaluation du terme inter-unités – plan de base .21
7.7.4 Évaluation du terme inter-unités – plan en blocs aléatoires. 22
7.7.5 Évaluation du terme inter-unités – plan emboîté équilibré . 22
7.7.6 Autres plans d’homogénéité et autres méthodes d’estimation . 23
7.8 Répétabilité insuffisante de la procédure de mesure . 23
7.9 Homogénéité intra-unité .24
7.9.1 Évaluation de la nécessité d’une étude d’homogénéité intra-unité.24
7.9.2 Essai visant à déceler une hétérogénéité intra-unité significative .24
7.9.3 Évaluation de la taille minimale d’échantillon . 26
iii
7.10 Contrôle d’homogénéité suffisante .27
7.11 Évaluation de l’incertitude à partir d’études d’homogénéité .27
8 Évaluation et surveillance de la stabilité .28
8.1 Préambule . 28
8.2 Évaluation de la stabilité . 29
8.2.1 Exigence applicable à l’évaluation de la stabilité . 29
8.2.2 Types de stabilité (d’instabilité) . 29
8.2.3 Méthodes générales d’évaluation de la stabilité . 30
8.2.4 Nécessité d’une étude expérimentale de stabilité . 30
8.3 Classification des études de stabilité.31
8.3.1 Généralités .31
8.3.2 Classification selon les conditions de mesure .31
8.3.3 Classification selon la durée et les conditions de l’étude de stabilité .32
8.3.4 Classification selon l’objectif de l’étude .32
8.3.5 Plans destinés à différentes conditions de stockage et de traitement . 33
8.4 Exigences générales pour des études de stabilité efficaces . 34
8.4.1 Vue d’ensemble des exigences . 34
8.4.2 Sélection des unités de MR . 34
8.4.3 Procédure(s) de mesure adéquate(s) pour les études de stabilité . 34
8.4.4 Plan expérimental approprié . 34
8.5 Évaluation des résultats des études de stabilité . 36
8.5.1 Considérations générales concernant le traitement des données des études de
stabilité . 36
8.5.2 Étude de stabilité de base: plusieurs points dans le temps pour une seule
condition de stockage . 36
8.5.3 Plans isochrones . 38
8.5.4 Études de stabilité accélérées avec plusieurs conditions d’exposition . 40
8.5.5 Autres sources de variation aléatoire dans les études de stabilité . 44
8.6 Dispositions à prendre en cas de découverte d’une tendance significative dans une
étude de stabilité . 44
8.7 Évaluation de l’incertitude à partir des études de stabilité .45
8.7.1 Considérations générales concernant l’évaluation de l’incertitude à partir des
études de stabilité .45
8.7.2 Sources d’incertitude pour une évolution prédite dans le temps .45
8.7.3 Évaluation des incertitudes de stabilité en l’absence de tendance significative . 46
8.7.4 Évaluation des incertitudes de stabilité en présence d’une tendance significative
connue .47
8.8 Estimation de la durée de vie de stockage («durée de conservation») à partir d’une
étude de stabilité .47
8.9 Instructions d’utilisation associées à la gestion de la stabilité .47
8.10 Surveillance de la stabilité . 48
8.10.1 Exigences en matière de surveillance. 48
8.10.2 Choix du premier point de surveillance et de la ou des périodicités de
surveillance . 48
8.10.3 Approches expérimentales et évaluation pour la surveillance de la stabilité . 50
9 Caractérisation du matériau .51
9.1 Préambule .51
9.2 Établissement de la traçabilité métrologique .52
9.2.1 Principe.52
9.2.2 Références métrologiques .52
9.2.3 Types de mesurandes . 53
9.2.4 Effet d’une préparation ou d’un prétraitement d’échantillon . 53
9.2.5 Vérification de la traçabilité . 54
9.3 Caractérisation à l’aide d’une seule procédure de mesure de référence (comme défini
dans le Guide ISO/IEC 99) par un seul laboratoire . 54
9.3.1 Caractérisation par une procédure de mesure de référence sans comparaison
directe avec un MRC du même type . 54
iv
9.3.2 Caractérisation par transfert de valeur d’un matériau de référence à un
matériau de référence candidat très similaire, à l’aide d’un résultat d’une
procédure de mesure réalisé par un seul laboratoire . 55
9.3.3 Sélection des unités de MR pour caractérisation par un laboratoire.57
9.3.4 Méthodes de formulation .57
9.4 Caractérisation d’un mesurande à l’aide d’au moins deux procédures validées, dans un
ou plusieurs laboratoires compétents . 58
9.4.1 Concept . . 58
9.4.2 Conception de l’étude .59
9.4.3 Évaluation . . 60
9.4.4 Études utilisant plusieurs procédures de mesure dans un seul laboratoire .61
9.5 Caractérisation d’un mesurande défini expérimentalement par un réseau de
laboratoires compétents .61
9.5.1 Concept . .61
9.5.2 Mise en place d’une étude .61
9.5.3 Évaluation .62
9.6 Pureté .62
9.6.1 Généralités .62
9.6.2 Détermination directe de la pureté .62
9.6.3 Détermination indirecte de la pureté . 63
9.7 Échelles ordinales . 64
9.8 Propriétés nominales, y compris l’identité . 64
9.9 Caractérisation de valeurs non certifiées . 64
10 Évaluation de l’incertitude de mesure .64
10.1 Base pour l’évaluation de l’incertitude d’une valeur de propriété d’un MRC . 64
10.2 Modèle de base pour une caractérisation de lot . 65
10.3 Sources d’incertitude . 66
10.4 Intervalles de dispersion et facteurs d’élargissement . 66
Annexe A (informative) Conception et évaluation des études pour la caractérisation d’un
mesurande ne dépendant pas de la procédure de mesure à l’aide de deux procédures de
mesure ou plus d’exactitude démontrable, dans un ou plusieurs laboratoires compétents .68
Annexe B (informative) Approches statistiques .80
Annexe C (informative) Exemples .91
Annexe D (informative) Évaluation de l’incertitude de mesure .101
Bibliographie .103
v
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes nationaux
de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire
partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux. L’ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document
a été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directives).
L’ISO attire l’attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner l’utilisation
d’un ou de plusieurs brevets. L’ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à l’applicabilité de tout
droit de propriété revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent document, l’ISO n’avait pas reçu
notification qu’un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa mise en application. Toutefois, il y a lieu
d’avertir les responsables de la mise en application du présent document que des informations plus récentes
sont susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à l’adresse www.iso.org/brevets.
L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de brevet.
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour
information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de
l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au
commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 334, Matériaux de référence.
Cette première édition annule et remplace le Guide ISO 35:2017, qui a fait l’objet d’une révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— les exigences techniques pour la caractérisation et l’évaluation de l’homogénéité et de la stabilité des
matériaux de référence, telles que stipulées dans l’ISO 17034, sont réitérées dans le présent document,
avec des recommandations supplémentaires concernant les approches pouvant être employées.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se
trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
vi
Introduction
La production de matériaux de référence (MR) joue un rôle primordial dans l’amélioration et le maintien
d’un système de mesure cohérent à travers le monde. Comme cela est détaillé dans l’ISO 33403 des MR
présentant des caractéristiques différentes sont utilisés lors des mesurages, par exemple pour l’étalonnage,
le contrôle qualité, les essais d’aptitude et la validation de méthode, ainsi que pour l’attribution de valeurs
à d’autres matériaux. Des matériaux de référence certifiés (MRC) sont également employés pour confirmer
ou établir la traçabilité métrologique à des échelles de mesure conventionnelles, comme l’indice d’octane, les
échelles de dureté et le pH.
Afin de pouvoir établir des comparaisons d’un pays à un autre et d’un instant à un autre, il est nécessaire
que les mesures soient traçables par rapport à des références établies appropriées. Les MRC jouent un rôle
clé dans la mise en œuvre du concept de traçabilité des résultats de mesure pour les sciences des substances
et des matériaux, comme la chimie, la biologie et la physique. Les laboratoires utilisent ces MRC, faciles à se
procurer, comme étalons pour établir la traçabilité de leurs résultats de mesure à des Normes internationales.
Les valeurs de propriétés d’un MRC peuvent être rendues traçables au système international d’unités (SI) ou
à d’autres références internationalement reconnues pendant la production. Le présent document explique
comment mettre au point des approches conduisant à des valeurs de propriétés bien établies qui seront
rendues traçables à des références établies appropriées.
Pour les producteurs de RM, le présent document fait référence à l’ISO 17034, l’ISO 33401 et le Guide ISO 30
qui traitent de la production et de la certification des MR:
— l’ISO 17034 spécifie les exigences générales auxquelles un producteur de MR doit satisfaire pour
démontrer sa compétence;
— l’ISO 33401 décrit le contenu des certificats pour les MRC, et des documents d’accompagnement pour les
autres MR;
— le Guide ISO 30 contient des termes et définitions liés aux matériaux de référence.
Parallèlement aux développements que connaissent les approches pour la production de MR, le nombre de
classes de MR croît au rythme des avancées technologiques, augmentant ainsi la nécessité de formuler des
recommandations techniques plus largement applicables à la production de MR. En outre, comme un nombre
croissant de laboratoires s’appuient sur l’ISO/IEC 17025 et l’ISO 15189, des déclarations claires de traçabilité
métrologique sont de plus en plus souvent demandées.
Le présent document décrit des exemples de plans d’études d’homogénéité, de stabilité et de caractérisation
conformes à l’ISO 17034. Il contient également des dispositions spécifiques relatives à l’établissement de la
traçabilité métrologique dans la production de MR.
vii
Norme internationale ISO 33405:2024(fr)
Matériaux de référence — Approches pour la caractérisation
et l’évaluation de l’homogénéité et la stabilité
1 Domaine d’application
Le présent document explique des concepts et offre des approches concernant les aspects suivants de la
production de matériaux de référence (MR):
— l’évaluation de l’homogénéité;
— l’évaluation de la stabilité et la gestion des risques associés aux problèmes potentiels de stabilité liés aux
propriétés d’intérêt;
— la caractérisation et l’attribution de valeurs pour les propriétés d’un MR;
— l’évaluation de l’incertitude pour des valeurs certifiées;
— l’établissement de la traçabilité métrologique des valeurs de propriétés certifiées.
Les recommandations données viennent en appui de la mise en œuvre de l’ISO 17034. D’autres approches
peuvent également être utilisées tant que les exigences de l’ISO 17034 sont respectées.
Le présent document formule des recommandations succinctes concernant la nécessité d’évaluer la
commutabilité (6.11), mais ne procure aucun détail technique à ce sujet. Une courte introduction consacrée
à la caractérisation des propriétés qualitatives (9.6 à 9.8) est fournie avec des recommandations succinctes
relatives à l’échantillonnage de ces matériaux pour les essais d’homogénéité (7.4.1.2). Néanmoins, le présent
document ne traite pas des méthodes statistiques pour l’évaluation de l’homogénéité et de la stabilité des MR
en ce qui concerne les propriétés qualitatives. Le présent document ne s’applique pas non plus aux grandeurs
à plusieurs variables, telles que les données spectrales.
NOTE L’ISO 33406 fournit de plus amples informations sur la production de MR associés à une ou plusieurs
valeurs de propriété qualitative.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour
les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 3534-2, Statistique — Vocabulaire et symboles — Partie 2: Statistique appliquée
ISO 3534-3, Statistique — Vocabulaire et symboles — Partie 3: Plans d'expériences
Guide ISO 30, Matériaux de référence — Termes et définitions choisis
Guide ISO/IEC 99, Vocabulaire international de métrologie — Concepts fondamentaux et généraux et termes
associés (VIM)
ISO 17034, General requirements for the competence of reference material producers
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l’ISO 3534-2, l’ISO 3534-3, le
Guide ISO 30, le Guide ISO/IEC 99 ainsi que les suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en normalisation,
consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1
étude de stabilité classique
étude expérimentale de la stabilité des matériaux de référence, qui consiste à préparer des échantillons
individuels au même moment et à les mesurer au fil du temps
3.2
étude de stabilité isochrone
étude expérimentale de stabilité d’un matériau de référence, au cours de laquelle plusieurs unités exposées à
des conditions et des durées de stockage différentes sont analysées sur un court intervalle de temps,
Note 1 à l'article: Figure 6 est une représentation d’une étude de stabilité isochrone.
4 Symboles
a
nombre d’unités de MR incluses dans une étude d’homogénéité
d
biais de mesure
k
facteur ou indice d’élargissement
L
limite de détection (valeur minimale détectable de la variable nette d’état) calculée à l’aide des
d
méthodes de l’ISO 11843-1
N
nombre minimal d’unités de MR pour une étude d’homogénéité menée sur des lots de plus de 100 unités
min
N
nombre d’unités de MR produites dans un même lot
prod
n
nombre de campagnes d’un plan d’étude d’homogénéité en blocs ou emboîté
r
p
nombre de moyennes de laboratoire, dans un exercice de certification interlaboratoires
s
composante inter-unités de la variance d’une étude d’homogénéité, exprimée sous la forme d’un
bu
écart-type
s
écart-type de répétabilité
r
s
écart-type de reproductibilité intralaboratoire
R
t
durée d’une étude de stabilité à long terme
lts
U
incertitude élargie associée à une valeur de propriété du matériau de référence certifié (MRC)
MRC
u
incertitude-type associée à la variabilité inter-unités
bu
u
incertitude-type associée à une valeur attribuée dans le cadre d’une étude de caractérisation
char
u
incertitude-type associée à la valeur de propriété du MRC
MRC
u
incertitude de mesure cible, exprimée sous la forme d’une incertitude-type, pour la valeur d’une
trg
propriété à certifier
u
incertitude-type associée à l’hétérogénéité
hom
u
incertitude-type associée à la stabilité à long terme
lts
u
incertitude-type associée à une valeur obtenue par mesurage d’un MR au niveau d’un point de sur-
mon
veillance
u
incertitude-type associée à la stabilité de transport du matériau
trn
u
incertitude-type associée à l’hétérogénéité intra-unité
wu
x
valeur d’une propriété d’un MRC
MRC
xˆ
valeur estimée obtenue à partir d’un estimateur statistique robuste
x
valeur obtenue par mesurage d’une valeur de propriété de MR au niveau d’un point de surveillance
mon
x
résultat de mesurage pour une valeur de propriété
y
valeur attribuée à un MR dans le cadre d’une étude de caractérisation
char
M
terme de carré moyen inter-groupes issu de l’analyse de variance (ANOVA)
inter
M
terme de carré moyen intra-groupe issu de l’analyse de variance (ANOVA)
intra
5 Conventions
Le présent document emploie les conventions suivantes:
a) un mesurande est spécifié de telle façon qu’il n’existe qu’une unique «valeur vraie»;
b) sauf mention contraire, toutes les évaluations de probabilité décrites dans le présent document reposent
sur l’hypothèse de normalité;
c) tout au long du présent document, la loi de propagation de l’incertitude est utilisée pour la combinaison
des contributions à l’incertitude de mesure. D’autres méthodes d’évaluation de l’incertitude de mesure
peuvent être utilisées, voire sont nécessaires dans certains cas. Des recommandations supplémentaires
à ce sujet sont données dans le Guide ISO/IEC 98-3 et ses suppléments.
NOTE 1 Il est possible que la variation inter-unités associée à l’hétérogénéité et aux modifications dues à
l’instabilité ne suive pas une loi normale et aboutisse à des distributions asymétriques.
NOTE 2 L’Guide ISO/IEC 98-3 sera désigné ci-après par le terme «GUM».
6 Vue d’ensemble de la production des matériaux de référence
6.1 Généralités
La production et la distribution d’un matériau de référence nécessitent une planification minutieuse
préalablement à toute activité réelle dans le cadre du projet. Les paragraphes 6.2 à 6.15 donnent un rapide
aperçu des étapes qui interviennent dans la production d’un MR, puis une description des principales
problématiques rencontrées lors de la planification de chaque étape. Les Articles 7, 8 et 9 donnent des
recommandations détaillées relatives, respectivement, à l’évaluation de l’homogénéité, à l’évaluation de la
stabilité et à la caractérisation.
6.2 Résumé du plan de projet
La production d’un MR implique la réalisation des étapes suivantes:
a) spécification du MR, c’est-à-dire de la matrice, des propriétés à caractériser et des niveaux souhaités les
[21]
concernant, de l’usage prévu du matériau et, pour les MRC, de l’incertitude cible ;
b) conception d’une procédure pour l’approvisionnement du matériau;
c) conception d’une procédure de fabrication et/ou préparation du MR;
d) conditionnement et étiquetage;
e) sélection de procédures de mesure appropriées pour les études de caractérisation, d’homogénéité et de
stabilité;
f) prise en considération de la traçabilité métrologique pour chaque propriété analysée, en particulier
pour les MRC, pour lesquels une déclaration de traçabilité métrologique est exigée;
g) évaluation de l’homogénéité;
h) évaluation de la stabilité;
i) évaluation de la commutabilité (si elle est exigée);
j) caractérisation du MR;
k) combinaisons des résultats issus des études d’homogénéité, des études de stabilité et, pour les MRC, de
l’évaluation des incertitudes de mesure pour les valeurs certifiées;
l) préparation d’un certificat ou d’une feuille d’information relative au produit et, si approprié, d’un rapport
de production et/ou de certification conformément aux recommandations fournies dans l’ISO 33401;
m) spécification des conditions de stockage et de transport et de la durée de vie prévue;
n) surveillance de la stabilité après production.
Les principales étapes du plan de projet énumérées en 6.2 sont représentées schématiquement à la Figure 1.
Certains aspects du plan de projet sont décrits plus en détail en 6.3 à 6.15.
NOTE 1 La figure offre une vue schématique des principales étapes qui interviennent dans la production et la
maintenance d’un MR. Les étapes entourées de pointillés ne sont pas toujours nécessaires.
NOTE 2 Sur cette figure, «l’emballage» inclut la subdivision en unités individuelles dans des contenants adéquats
en vue de la distribution.
Figure 1 — Vue schématique d’un projet de production de matériau de référence
6.3 Acquisition du matériau de départ
Dans un projet de production de MR, la première chose à faire après la spécification du MR est l’acquisition
d’une quantité suffisante de matériau(x) de départ présentant les propriétés souhaitées. La quantité de
matériau nécessaire est déterminée par les aspects suivants:
— le nombre d’unités de MR nécessaires à sa distribution tout au long de la durée de vie prévue du MR;
— le nombre d’unités nécessaires pour l’étude d’homogénéité;
— le nombre d’unités nécessaires pour l’étude de stabilité;
— le nombre d’unités nécessaires pour la caractérisation du MR candidat;
— le nombre d’unités requises pour surveiller la stabilité tout au long de la durée de vie prévue du matériau;
— la taille prévue de chaque unité de MR, qui doit être suffisante pour réaliser au moins un mesurage;
— la nécessité de réaliser une ou plusieurs études de faisabilité;
— éventuellement, la nécessité d’unités supplémentaires pour couvrir les imprévus comme, par exemple,
des études de suivi pour répondre à des demandes de clients, un renouvellement de certification requis
à la suite d’une modification significative des conditions de stockage ou d’une augmentation du nombre
de propriétés certifiées.
Le nombre d’unités d’un MR nécessaires à sa distribution représente souvent, au moins en partie, un enjeu
commercial et il convient d’examiner attentivement ce point avant de procéder à l’acquisition et au traitement
du matériau. En outre, la stabilité à long terme prévue du matériau stocké peut influencer la quantité de
matériau qui peut être utilement produit. Il est conseillé de limiter le nombre d’unités produites pour les
matériaux les moins stables de sorte à éviter tout gaspillage dû à la dégradation inévitable du matériau au fil
du temps.
6.4 Études de faisabilité
Les études de faisabilité sont de brèves études destinées à traiter les aspects liés à la faisabilité de
la production et de la caractérisation d’un matériau de référence suffisamment homogène et stable.
[22]
Par exemple, des études de faisabilité à petite échelle menées au début du projet peuvent notamment
permettre de déterminer la meilleure façon de préparer le MR ou de lui assurer une stabilité suffisante.
S’il est prévu de caractériser le MR avec une étude interlaboratoires, une étude de faisabilité peut permettre
d’identifier les sources d’erreur possibles et aider les participants intervenant dans la caractérisation à
optimiser leurs équipements et leurs procédures.
NOTE Dans le cadre d’une étude de faisabilité visant à évaluer ou à améliorer les aptitudes des participants lors
d’un exercice de caractérisation interlaboratoires (voir l’Article 9), l’emploi d’un autre matériau que le MR candidat
peut permettre d’éviter un biais indu dans les résultats des participants découlant de la connaissance préalable du MR
candidat.
6.5 Procédé de fabrication du matériau de référence
Le procédé de fabrication peut faire intervenir divers processus, y compris par exemple:
— la synthèse, la fabrication ou la formulation d’un MR de synthèse;
— le séchage, la lyophilisation, le broyage et/ou la filtration dans le cas de matér
...
Questions, Comments and Discussion
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