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食品分析におけるデータの質の管理
国立研究開発法人 農業・食品産業技術総合研究機構 食品研究部門
アドバイザー 安井 明美

1.はじめに

表題を「データの質の管理」とした。「質管理」とは従来の「精度管理」を意味する。これまで精度管理という用語がたびたび用いられていたが、現在では、「精度」は「ばらつきの程度」と理解されることが多いので、「ばらつき」だけの管理と誤解される恐れがある。英語では、Quality Control(QC)にあたる。Qualityは、製品等のものであれば、「品質」とするが、生活の「質」と使われるように、データも形がない数字であるので「質」とするのが適切と考える。従って、Internal Quality Control(IQC)(従来の「内部精度管理」)の用語は、「内部質管理」、また、External Quality Assessment(従来の「外部精度管理」)の用語は、「外部質評価」とされることを推奨する。
 さて、FAO(国際連合食糧農業機関)とWHO(世界保健機関)の合同食品規格計画の下で、1963年に設立され、消費者の健康保護、公正な貿易の保証等を目的に活動している国際食品規格委員会(CAC:Codex Alimentarius Commission、コーデックス委員会と呼ばれることが多いが、コーデックス食品委員会と「食品」を入れるべきと考える)では、食品の輸出入の規制に係わる試験室の能力評価のためのガイドライン(CAC/GL27-1997, 修正2006)で、試験室に採用されるべき質規準として、①ISO/IEC 17025(2005)(試験所及び校正機関の能力に関する一般要求事項)に適合していること、②適切なプロフィシエンシィテスティング1)(Proficiency Testing、以下、技能試験)に参加していること、③妥当性確認された方法を用いていること、④内部質管理2)を行っていること、を挙げている。また、食品規制に係わる試験所の管理:推奨事項のガイドライン(CAC/GL28-1995, Rev.1-1997) で、試験所のQuality Assurance(質保証)のために、技能試験のプロトコル、試験室間共同試験(以下、室間共同試験)のプロトコル3)と内部質管理の)ガイドラインを挙げている。
 試験室の目標の一つは、社会(顧客)に質の高い分析データを提供することであり、そのためにはデータの質の管理を行い、質の保証をする必要がある。
 質の管理・保証のためには、目的にあった妥当性確認された分析法を使用しなければならない。新規に開発された方法では、妥当性の確認を行ってから使用する必要がある。また、妥当性確認された方法を用いているからといって信頼できる分析値を得られるかは分からない。試験室でその能力が出せるかの妥当性の検証を行う必要がある。そして、試験室では日常的に内部質管理で真度と精度の確認を行い、さらに、その分析法を用いて、外部質評価である第三者機関による技能試験に参加して、良好な結果が得られることを確認することが重要である。

2.試験室の質管理の目的

AOACインターナショナルのOMA(Official Methods of Analysis)のAppendix E「試験室の質保証」(Laboratory Quality Assurance)4)では、試験室の質管理の目的を次のように記述している。
 『適正な分析法は、有効な濃度推定に必要条件であるが、十分条件ではない。試験室の装置は仕様通りに稼働している必要があり、分析担当者は熟練した仕方でその仕事を遂行している必要があり、適切なチェック手順が分析結果の質を確実にするために行われている必要がある。
 試験室で分析を実施するための最初の判断は、通知された決定に使うことができる情報を得ることである。試験室によって報告された分析データは、意図した目的である規格を実施するのか、経済的価値を決めるのか、又は公衆衛生を保護するのかに適合する十分な程度の質でなければならない。データは他の試験室のデータと一致するものでなければならない。もはや、試験室が質の高いデータを出していると単純に信じ又は主張することはできない。試験室は、分析が正しく、統計的に管理されていることを示すことができなければならない。技術的な適格性と一致性の証明は、今では、世界的な市場における要求事項である。
 AOAC公認法は、決められたマトリクス中の特定の分析種を測定するために設計される。是認されたAOAC法は実際に使用が予想される試験室の代表的な試料に適用される時に、信頼できる結果を出すことが証明されてきた。それにもかかわらず、その方法がその後に適用される時はいつでも、各ユーザーの試験室は最初の共同試験によって得られた結果と一致する結果を出すことができることを証明しなければならない。この証明は試験室がその方法が設計された同じ材料の同じ分析種を分析するとき、あるいは同じマトリクスの他の分析種に、又は同じ分析種を他のマトリクスに方法を拡張するときに必要である。拡張の内容によっては、さらなる共同試験を行うことが必要である。
 すべての分析結果はなんらかの基準(基本単位、計量制度によって認証された標準物質、又は計量制度)にトレーサブルでなければならない。いくつかの古典的な重量法、滴定法と電量法のみがどの試験室によっても基本計量単位にトレーサブルであることができる。ほとんどの新しい方法は同じエネルギー源で励起される参照標準の反応と分析種の反応との機器による比較に基づいている。これは、その標準の真正性に大きな負担を負わせる。しかし、適当な標準の所有でさえも適切な測定を行うのに十分ではない。すべての測定はある程度の不確かさを伴う。測定の偏りとランダムエラーの2種類の不確かさの管理は、試験室の質管理の正式な手段である。しかし、質管理は、収支、供給品、記録の保管、技術員の訓練、監督、試験室試料の物理的取り扱い、文書化及び報告を含むすべての試験室作業の局面を含む質保証のマネジメントシステムの最終段階に過ぎない。』

3.妥当性確認された分析法の使用

分析法の妥当性確認には、国際調和プロトコルに基づく共同試験によるもの、複数の試験室の共同試験によるもの、単一試験室によるものがあるが、国際調和プロトコルに基づく共同試験によるものが最も信頼性が高い。これは、規制や規格に係わる分析では、室間再現性(同じ試料を同じ方法を用い、異なる試験室で、異なるオペレータが、異なる装置を用いて得た測定結果の一致の程度)が最も重要な性能であることによる。均質性が担保された複数の試験材料が複数の試験室に配付され、各試験室は決められた分析手順書に従って分析し、報告する。通常、外れ値を報告する試験室が出ることを想定して、10~12試験室で共同試験を行う。化学分析における定量分析のIUPAC(国際純正応用化学連合)などによる調和プロトコルでは、通常、外れ値を報告した試験室を除いた有効なデータを出す試験室数は、8以上で、試験材料数は最低5である3)。繰返し精度推定のための試験材料当たりの反復数は2で、ユーデン対(2試料の濃度差が5 %以内のもの)や同じ試験材料をそれと分からないように2試料とする非明示反復が推奨されている。
 しかし、室間共同試験によって妥当性確認された方法が、必ずしも利用できるとは限らない。費用がかかる共同試験実施前の分析法の性能確認、共同試験のデータがないか共同試験の実施が現実的でない分析法の信頼性の提示、既存の妥当性確認された分析法の適切な使用の確認には、単一試験室による分析法の妥当性確認が適当である4)。しかし、単一試験室による分析法の妥当性確認では、文字通り室間再現性は評価できず、使用できるのはモニタリングまでである5)

4.内部質管理と技能試験

先に紹介したAOACインターナショナルのOMA(Official Methods of Analysis)のAppendix E「試験室の質保証」(Laboratory Quality Assurance)4)の内容を含めて記述する。
 室間共同試験によって確立された分析の標準法を使用する長所は、代表的な試験室グループによる方法の性能に関する記録があることである。これは、必ずしも特定の試験室がこれらの性能を達成することを意味しない。すべての試験室は、自身で達成できる性能を決めなければならない。性能を比較することにおいて、試験室は室内パラメータを室間パラメータではなく、室内パラメータと比較することを確実にしなければならない。分析法を試験試料に用いる前に、試験室は添加試料、以前に分析した物質、ラベルのついた市販商品又は組成標準物質で期待値が得られることを確証すべきである。すべての実際の分析作業は、適切に標準物質、管理用物質及びブランクで行うべきである。分析値の真度の確認は、①認証標準物質(CRM:Certified Reference Material)の利用、②標準物質(RM)の利用、③標準法との比較、④添加回収試験の順で推奨される6)
 標準物質は利用できるときは、性能評価の基本として有用であるが、通常のルーチンの検量線作成や管理目的に使用するには費用がかかりすぎる。計量機関によって認証された標準物質の随時の使用は、試験室の国際的に認識された測定システムへの連続するトレーサビリティを確実にする。しかしながら、試験室では、管理図(control chart)でモニターされる均質で安定な物質の使用で試験室内性能の安定性を証明することができる。
 室内での分析法検証は、分析法を使うたびに行う必要はない。むしろ導入時に完遂する必要がある。他方、実行規準(Performance Criteria)は分析法の各ルーチン使用で満足させる必要があるパラメータである。
 分析法は、理想的には、分析法の文書に含まれる実行規準を持つべきで、これらの規準は、分析法がいつでも、どの分析者によっても、実行されているかを明らかにする。実行規準は、必ずしも共同試験で報告されたパラメータと同じではない。実行規準は、一連の標準の直線性、ブランク値の最大レベル、あるいは連続測定のピーク高や面積の相対標準偏差の程度のような測定量の形を取る。これらの規準は、また、管理物質の最小回収率レベルや2点併行分析精度の許容できるレベルを特定する。微生物学的分析法の場合は、規準は、陽性及び陰性対象を含む。他の適用できる規準は、用いる培地のバッチまたは定量的微生物学的方法の単一日の精度に関するかもしれない。分析が行われる時の全分析システムの適性を検証する手法は、結果が顧客の要求に合うことを確実にする必要がある。
 実行規準は、質保証の書類に特定されるべきで、方法の標準操作手順書の一部であるべきである。これらの実行規準は、質に関する進行チェックとして働く。もし、方法が要求されるレベルを達成しないときには、問題を解決する是正処置をとり、この作業を記録することが必要である。
 最も容易な、しかし、充分な量の同じ分析作業があるときにのみ有用な手法は、管理図である(図1)。それは、分析値が正規分布に従って分布する統計的原則に基づいている。管理図は、横(x)軸の時間又は連続する分析回数に対して、縦(y)軸に分析結果をプロットすることで作成される。分析結果は、一定の管理物質や一定の添加物質の絶対値、分析種や分画の濃度、又は回収率である。約30個の値が得られたあと平均値(x)と標準偏差(s)が計算される。x ± 2sとx ± 3s にそれぞれ警戒線と処置線と呼ばれる横線が引かれる。連続して分析が処置線の外に出たときは、逸脱の原因が直ちに調べられる。1回の分析が警戒線と処置線の間になっても、いくつかの値がこの範囲になければ処置は行われないし、グラフのどこかで上下に一定の傾向がなければ、処置は行われない。図2に、判断の基準の例を示す。
 可視化できる管理図については、JIS Z 9021(ISO 8258)シューハート管理図も参照されたい。
 また、内部質管理は、外部質評価である技能試験によって補う必要がある。第三者機関が行う技能試験に参加することで、測定値の真度を確認する。参加者には、均質性が担保された試料が配付されるので、任意の方法で分析を行い、測定値を期限内に事務局へ送付する。測定値は統計的に処理されて、参加機関による結果の一覧、zスコアによる分布図等を示した報告書が送付されるので、参加機関は、与えられた識別番号で、結果を評価する。付与された値(真の値と考えられる値)からの偏りを表すzスコアの絶対値が、2以内であればその測定結果は「満足」、2より大きく3未満であれば「疑わしい」、3以上であれば「不満足」と判断されるので、2より大きい場合は、分析法をチェックする必要がある。継続して定期的に参加することが望まれる。なお、試験所認定は、ISO/IEC17025に基づいて権威ある認定機関によって行われるが、認定自体は試験所が受容できる結果を出すことの保証ではない。

図1 管理図
図1 管理図
図2 the Westgard rules
図2 the Westgard rules
参考文献

1) M.Thompson, S.L.R.Ellison, R.Wood; Pure & Appl. Chem., 78(1), 145(2006).

2) M.Thompson, R. Wood; Pure & Appl. Chem., 67(4), 649(1995).

3) W.Horwitz; Pure & Appl. Chem., 67(2), 331(1995).

4) AOAC Official Method of Analysis(2005):Appendix E

5) AOAC Official Method of Analysis(2012):Appendix K

6) M.Thompson, S.L.R.Ellison, R.Wood; Pure & Appl. Chem., 74(5), 835(2002).

略歴

安井明美(やすい あけみ)
1973年 東京教育大学大学院農学研究科修士課程修了
1973年 農林省食品総合研究所入所
1987年 農林水産省食品総合研究所 分析栄養部 分析研究室長
1998年 農林水産省東北農業試験場 作物開発部 品質評価研究室長
2000年 農林水産省食品総合研究所 分析評価部長
2001年 独立行政法人食品総合研究所 分析科学部長
2006年 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所
      食品分析研究領域長(2009.3 定年退職)
2009年 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所 専門員
2013年 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所
      アドバイザー 現在に至る(2015年4月より法人名が、国立研究開発法人に変更、
      2016年4月より食品総合研究所が食品研究部門に改称)

1991年 農学博士(東京大学)

現在:文部科学省 科学技術・学術審議会 資源調査分科会 食品成分委員会 臨時委員、主査
  東洋大学非常勤講師
  日本適合性認定協会技術専門家

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