USP41 砝码与天平
介绍
称重在分析程序中是一个很频繁的操作，天平是化验室的基本设备。这里的一般信息适用于在分析过程中使用的电子天平。尽管本章节的一部分也适用于所有天平，一些仅适用于分析天平。本章不应作为包括所有的文件，一些其它来源的信息（例如，美国国家科学技术研究所和天平生产商）可能也很有用，适用于化验员进行称量操作，或实施称重程序。本章中给出的信息不仅适用于必须精密称定的物质（参见<天平41>），同时也适用于所有分析过程中使用的天平。
确认
用户在设计其确认计划时，应参考<分析仪器确认1058>，标准操作规程，和生产商的推荐。
安装
天平的性能取决于其安装所处的环境。在安装天平前，化验员应参考供应商给出的信息。
支持台面
天平应安装在坚固、水平、无磁场的平面，尽量减少震动传递（例如，安装在地板，花岗岩称重台）。如果采用了金属的支持台面，表面应接地，以避免静电聚积。
位置
如果可能，天平应安装在一个温湿度可控的房间。位置应清洁，具有持续的电力供应。位置应不会产生波动，不靠近烘箱、马弗炉、空调送回风罩，或设备、空调的冷却风扇。天平位置应远离窗户，以避免直接阳光照射。天平安装不应靠近电磁辐射源，如无线频率发向射源，电子马达，或手动通话设施（包括无绳电话、手机、手提无线电话机）。天平不应安装在化验室设备或其它设备产生的磁场区域附近。
天平的性能在安装后使用前应进行评估，以证明其性能符合要求。在某些情况下，可能无法将天平安装在一个理想的环境。潜在的设施问题包括以下：
1.化验室中有时会有气流；
2.化验室温度有时会快速波动（检查供应商关于温度敏感性的说明）；
3.湿度可能会很低或很高。由于失水或吸水，太高或太低都会影响样品重量变动的速度。低湿度会增加静电积聚；
4.邻近操作产生震动；
5.附近使用腐蚀性材料，或常规称量腐蚀性物料；
6.由于天平用于称量腐蚀性或危险性物料，因此安装在排烟罩内；
7.天平邻近产生磁场的设备（例如，电磁搅拌器）；
8.天平有直接太阳光照；
9.如果天平位置接近产生震动、摆动、电磁辐射、磁场或温湿度变化的设备，则需要对这些系统在操作状态下进行评估，以重复最差情况环境。
运行确认
在天平安装后，应由用户或第三方供应商进行运行确认。
最低要求，要打开电源，根据生产商的要求，在使用前让天平平衡（1-24小时，根据型号不同而不同）。根据天平型号，化验员应在运行确认中包括以下程序：
1.所有可移动部件机械动态；
2.稳定指示的控制；
3.内置砝码的手动或自动调节；
4.辅助设备的操作；
5.去皮功能；
6.初始校正。
一些电子分析天平使用内置砝码，可以进行手动或自动调节。这种调节一般用于减少天平随时间的漂移，对由于周围产生震动引起的漂移进行补偿。
校正一般作为运行确认的一部分实施，但也可以在之后进行周期性校正。校正应在天平所正常操作的原位进行。
性能确认
表1提供了一个天平最重要属性的清单，在性能确认中应该进行评估。根据应用的风险不同，要求的称重允差不同，有时该类测试可以省略。如果有证据表明该属性仅对称量性能形成很小的影响，则也可以省略对其进行的测试。任何所用的程序均应与公司内部，适用于该特定天平的标准操作规程一致，并应进行充分判定。性能确认应按标准操作规程的描述周期实施，各测试的实施频率可能根据属性的关键程度不同而不同。
用于测试的砝码存贮和使用过程应能尽量减少污染。在进行测试前，化验员应将砝码放置在天平附近一段时间，以使其温度达到与环境温度平衡。如有可能，所有测试均应采用同一个砝码，以尽可能减少操作误差，但使用多个砝码也是允许的。
测试过程要进行记录，数据应能很容易地追踪到天平性能，帮助化验室进行必要的调查。根据要求的称重误差，即质量标准、法规等允许的与目标重量值的最大允差，可以设定实际的可接受标准。应有程序说明测试超出可接受范围的结果，并保证天平的清洁和环境不会对结果产生影响。应有程序说明如果观察到结果超出可接受标准，则天平则不能继续使用。
表1. 推荐性能确认测试和可接受标准
属性
定义
例子
可接受标准
灵敏度
称量值变动值除以载重变动值，一般在零点和天平最大载荷间测量
测试载重接近天平最大载荷
如果适用<41>，则≤0.05%偏差
其它情况，以相应的要求允差除以2
线性
天平在载重和指示的重量之间保持线性关系的能力。非线性一般表达为在测试间隔内的任何线性偏差的最大级别
天平范围内从3-6点
如果适用<41>，则≤0.05%偏差
其它情况，以相应的要求允差除以2
偏心率
由于偏心载重引起的测量值的偏差，换句话说，载重盘中心荷载不均匀。偏心率一般表达为对一个给定的载重，非中心放置时读数与中心放置时的读数的偏差最大级别。
测量四角称量值（四边形称量盘）或其它形状称量盘类似的位置。测试用载重一般为天平最大载重量的30%，或更高（参见供应商手册中建议的可用最高限值）
如果适用<41>，则≤0.05%偏差
其它情况，以相应的要求允差除以2
重复性
在相同条件下，一个称重设备对同一物体的重复称重显示同一测量值的能力，例如，采用同样的称量很多种，同样操作者，同一测量系统，同一操作条件，同一位置在较短时间内。重复性一般表达为重复称量的标准偏差。
10次重复称量（采用天平名义载重能力的百分之几的测试砝码）
如果适用<41>，则按照<41>要求。
其它情况，用户指定适用的要求
灵敏度、线性和偏心率均为系统性误差，即它们会局限天平的精密度（基于<药典方法的验证1225>精密度定义，和ICH Q2）。在国际计量词汇（VIM）中，和国际标准化组织文件中，本根据被引用为真实性。因为偏差很大程度上相互独立，因此不可能所有偏差同时产生，并具有同向性（即同时正负）。因此，采用所有单个误差的算术加和，来评估天平的准确度是一种较为保守的方法。采用单个偏差的二次加和是一种更现实的方法。将各单个属性的可接受标准置为称量允差的50%，如，灵敏度、线性和偏心率，化验员可以保证达到所需的称量允差。这样，单个属性的可接受标准作为系统误差设定为称量允差除以2。这些属性-----或属性的子集----也可以认为是满足<41>中描述的精密度要求。在这种情况下，可接受标准允许最大偏差为灵敏度、线性和偏心率的0.05%。重复性最好采用一个天平最大载重量百分之几重量的砝码测试。在测量范围的低值端，化验室天平的性能由有限次数重复性所限度，由系统误差引入的限度一般可以忽略。因此，整个称量允差可以直接作为重复性测试的可接受标准。
对于上述灵敏度和线性，化验员应使用具有适当重量分类（例如，根据国际法定计算组织R111或美国材料试验协会E617，可分别从上述网址获得）且认证过的砝码。【注----如果使用了不同方法进行线性测试，认证过的砝码，可能不需要认证过的砝码】
根据可接受标准的不同，可能只需要考虑测试所用砝码的名义重量。如果考虑的是名义值，化验员应保证最大允差不超过可接受标准的1/3。相应的，如果考虑的是测试用砝码的校正值，则校正不确定度应不超过可接受标准的1/3。如果使用了不止一个砝码，则校正砝码不确定度必须要进行加和，和值应不超过可接受标准的1/3。对于偏心率或重复性，可以使用认证过的砝码，但化验员必须保证砝码的重量在测试期间不产生变化。
上述测试也可以包括在正式的周期性校正中，以满足所实施的cGMP的要求。
容器安装vim命令
天平检查
对天平采用外部砝码进行检查，可以保证天平符合称重允差要求。根据所要求的标准操作规程，可以采用适当的间隔进行天平检查。检查频率取决于使用的风险，以及称重允差要求。采用外部砝码进行检查可以部分采用自动或手动内置砝码调节功能代替。如果化验室采用外部砝码进行检查时，适用上述灵敏度测试相同的可接受标准。
天平最小称样量
天平的最小称样净重，mmin，可以用以下等式表达：mmin=K×s/所要求的称样误差
这里，K是包含因子（一般取2或更大），s是对一个测试用砝码进行不少于10次重复称量所得的标准偏差（质量单位，例如mg）。如果获得的标准偏差＜0.41d（d为显示增量），则用0.41d替代标准偏差。标准偏差的下线是0.41d，原因是称量仪器数显四舍五入误差。一次读数的舍入误差用0.29d计算。需注意的是，称量值一般由两次读数组成，前一个读数与后一个读数分别为放上样品前与转移样品后的质量，两次称量值的差值即为样品净重。两次单独的舍入误差通常情况下相加导致0.41d。称量是皮重误差不会影响舍入误差，因为清零时也进行了舍入。最小称样量描述的是天平可以用于称量的低限，如果样品量低于该限度，则不能满足要求的允差。上述公式考虑了化验室天平的称量范围内较低称样量的性能，其采用的是有限重复性方法。
对于必须精密称定的物质，<41>中说明了如果所称数值的标准偏差乘以2，除以所用砝码的名义质量，不超过0.10%，则认为重复性满足要求。对此标准，上述公式简化为：mmin=2000×s
如果不需要满足<41>的要求，则最小称量值可能会依据所要求的称重允差不同和天平用途不同而不同。
为便于操作，用于重复性测试的砝码重要不需要是最小重复值，可以更大，因为重复性的标准偏差只是所测试重量值的一个很弱的功能。
为了满足所要求的称重误差，样品称重量（即净重）必须等于或大于最小称重量。最小重量是指样品净重，不是指皮重或毛重。
在天平使用中可能影响重复性的因素包括：
1.天平性能，因为环境条件变化在不同时间可能会变化的最小重量；
2.不同操作人员在天平上操作可能会不同-----即，最小称样量由不同操作者来测试可能会有不同结果；
3.有限次数重复称量的标准偏差仅是真实标准偏差的估计，而真实标准偏差是不可知的；
4.一个测试砝码进行最小称样量的测试可能不能完全代替实际称量应用；
5.盛装样品容器也可能会对最小称样量形成影响，因为环境与样品容器的表面可能会有相互作用；
由于这些原因，如果可能，称样量应尽可能大于最小称样量。
分析天平的操作
根据数量和要求的性能选用适当的天平。通论<41>中提供了用于必须精密称定的物质的天平要求。在使用前，天平使用者应检查天平的环境（震动、气流、洁净度）和校正状态。
容器
为保证在对样品重量的称量过程中有适当的表现，化验员应考虑选择适合于物料的容器。
一般特性
所有称量容器均必须清洁、干燥、惰性。称样器加上样品的总重量应不超过天平的最大载重量。如果一个化验室使用的天平维护良好、调整适当，在称定较小数量的样品时，例如，样品净重不超过天平最大载重量的百分之几时，其称量不确定度基本是应该由重复性来决定的。但是，重复性取决于所称对象的尺寸和表面积。因此，如果重复性测试时未考虑样品容器，则较大的或较重的样品容器会引入条件偏差。因此，应采用较小质量或较小表面积的样
品容器（特别是如果需要称量很小重量的样品时），或将样品容器放置在称样盘上作为预置重量来测试重复性。样品容器应采用非磁性材料制成，以避免磁力对天平部件的干扰。样品容器应在室温下使用，以避免称量空间内形成气流。

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