2022-05-23 01:51:24

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标准物质(RM)reference material(RM):是一种已经确定了具有一个或多个足够均匀的特性值的物质或材料,作为分析测量行业中的"量具",在校准测量仪器和装置、评价测量分析方法、测量物质或材料特性值和考核分析人员的操作技术水平,以及在生产过程中产品的质量控制等领域起着不可或缺的作用。

基本信息

  • 中文名称

    标准物质

  • 外文名称

    reference material

  • 特点

    具有特性量值的准确性、均匀性、稳定性等

  • 作用

    分析测量行业中的"量具"

  • 级别

    一级标准物质和二级标准物质

  • 分类

    纯的或混合的气体、液体或固体

折叠 编辑本段 标准物质定义

标准物质

从定义可以看出标准物质具有三个显著特点:

(1)具有特性量值的准确性、均匀性、稳定性;

(2)量值具有传递性;

(3)实物形式的计量标准。

折叠 编辑本段 标准物质特性

准确性、均匀性和稳定性是标准物质量值的特性和基本要求。

(1)准确性

通常标准物质证书中会同时给出标准物质的标准值和计量的不确定度,不确定度的来源包括称量、仪器、均匀性、稳定性、不同实验室之间以及不同方法所产生的不确定度均需计算在内。

(2)均匀性

均匀性是物质的某些特性具有相同组分或相同结构的状态。计量方法的精密度即标准偏差可以用来衡量标准物质的均匀性,精密度受取样量的影响,标准物质的均匀性是对给定的取样量而言的,均匀性检验的最小取样量一般都会在标准物质证书中给出。

(3)稳定性

稳定性是指标准物质在指定的环境条件和时间内,其特性值保持在规定的范围内的能力。

折叠 编辑本段 标准物质级别

标准物质的特性值准确度是划分级别的依据,不同级别的标准物质对其均匀性和稳定性以及用途都有不同的要求。通常把标准物质分为一级标准物质和二级标准物质。

一级标准物质主要用于标定比它低一级的标准物质、校准高准确度的计量仪器、研究与评定标准方法;二级标准物质主要用于满足一些一般的检测分析需求,以及社会行业的一般要求,作为工作标准物质直接使用,用于现场方法的研究和评价,用于较低要求的日常分析测量。

折叠 编辑本段 标准物质分类

标准物质可以是纯的或混合的气体、液体或固体。例如,校准粘度计用的水、量热法中作为热容量校准物的蓝宝石、化学分析校准用的溶液。标准物质和化学试剂没有必然的联系。标准物质可以是高纯的 化学试剂(但高纯试剂不一定就是标准物质,还要看是否符合标准物质的特征以及是否有相应的标准证书),也可以是按照一定的比例配制的混合物(例如pH标准溶液),甚至可以是一些天然样品按照一定的方法制备的具有复杂成分的标准样品(比如临床分析中的标准物质、工业上不同品质的样品)。

有证标准物质

有证标准物质certified reference material(CRM):附有证书的标准物质,其一种或多种特性量值用建立了溯源性的程序确定,使之可溯源到准确复现的表示该特性值的测量单位,每一种认定的特性量值都附有给定置信水平的不确定度。

有证标准物质一般成批制备,其特性量值是通过对代表整批物质的样品进行测量而确定,并具有规定的不确定度。当物质与特制的器件结合时,例如,已知三相点的物质装入三相点瓶、已知光密度的玻璃组装成透射滤光片、尺寸均匀的球状颗粒安放在显微镜载片上,有证标准物质的特性有时可方便和可靠地确定。上述这些器件也可以认为是有证标准物质。

所有有证标准物质均应符合中国计量规范JJF 1001-1998((通用计量术语及定义》中给出的"国家测量标准"的定义。有些标准物质和有证标准物质,由于不能和已确定的化学结构相关联或出于其他原因,其特性不能按严格规定的物理和化学测量方法确定。这类物质包括某些生物物质,如疫苗,世界卫生组织已经规定了它的国际单位。

有证标准物质(CRM)是标准物质(RM)中的一个特殊类别,须附有符合一定要求的认定证书。根据以上定义,有证标准物质(CRMS)是标准物质(RMS)的子集,即,标准物质(RM)可以是有证标准物质(CRMs),也可以是非有证标准物质。但是,标准物质(RM)这个术语常被误用作表示非有证标准物质。

认定证书中给出的认定特性值(certifled property value)具有溯源性,因为,该值是通过建立了溯源性的严格测量程序测定的,所以保证了认定值溯源到准确复现的表示该值的测量单位。

认定的特性值须附有不确定度。因为没有不确定度的测量结果不是一个完整的结果,所以认定特性值必须都附有给定置信水平下的测量不确定度。由于认定证书是有证标准物质的重要技术证明和使用者的重要信息来源,因此,可以认为它是有证标准物质的重要组成部分。为使研制(生产)认定机构与使用者之间的这种信息传递方式更加有效,认定者发布的信息能够满足使用者的要求,国际标准化组织/标准物质委员会(ISO/REMCO)制订了有证标准物质证书的定义和有关标准物质证书的指南ISO指南31。注2是对有证标准物质的制备(生产)方式、定值测量原理和要求进行了一个简单的陈述,关于这些方面的更具体的描述和要求可以参考相关指南。

现行的sI单位制并不能覆盖所有分析测量。遇到这类测量溯源性问题时,就需要寻求其他解决问题的途径。通常是要看其他国际权威机构是否定义并复现了相应的国际单位,如果没有的话,则要使测量参考至协议的有证标准物质,特定的方法或公议测量标准。为了在全球取得测量结果的溯源性和可比性,国际计量委员会(CIPM)开展的多边互认(MRA)也是按照这一思路进行的。

折叠 编辑本段 计量作用

在分析化学中,标准物质是溯源链的主要组成单元。因此,它们的计量学特征,特别是所提供特性量值的不确定度和在溯源层级中所处的位置,是分析测量质量保证关心的焦点问题。

标准物质所提供特性量值的不确定度必须已知且满足测量需求。因此,标准物质可以按不确定度等级(越小越好,但评定必须合理)和依据不确定度报告的可靠性和验证结果进行分级分类。

国际标准化组织(ISO)标准物质委员会编制的ISO导则33--"有证标准物质的使用"中提出的有证标准物质在计量学中的作用包括:

贮存和传递特性量值信息

根据定义,一种标准物质具有一个或多个准确测量的特性量值。一种有证标准物质中的特性量值一旦被确定,在有效期内它们就被贮存在这种有证标准物质中。当这种有证标准物质从一地发送到另一地使用时,它所携带的量值也就得到了传递。在规定的不确定度范围内,有证标准物质的特性量值可以用作实验室间比对的标准值或用于量值传递目的。因此,有证标准物质帮助量值在时间和空间上的实现传递,类似于测量仪器和材料标度的传递。

保证测量溯源性

实验室应该控制并且校准或检定一定数量的仪器以确保所开展的测量的溯源性。但在所有具体必要的环节中做到这一点是非常困难的。此项工作通过使用已建立了溯源性的有证标准物质可被大大地简化。标准物质(基体)要求必须尽可能地近似于被测的实际样品,以便对冲基体效应,以此来囊括测量时可能引起误差的所有问题。当然,使用者应当对标准物质和未知样品的测量采用相同的分析测量程序。因此,标准物质的作用与用于其他产业计量实验室的传递标准的作用相同,它允许在一个规定的不确定度范围内开展比较测量工作。有证标准物质也为确定分析测量或工艺测试测量的不确定度提供一种可行的方式。

复现国际单位

SI基本单位的复现依赖于物质和材料。当今世界的主要测量都是在国际单位制框架下进行的。2013年为止,SI确认了7个基本单位。这些基本单位的定义涉及一些物质,如:铂一铱合金,用于制造公斤原器;铯-133,用于定义秒;水,用于定义开尔文等等。这些物质在基础计量学中的使用与标准物质在其他类型计量中的使用是相同的。

这些材料作为SI单位所依据的定义物质具有特殊状态。这种状态严格应用来定义特定单位,因为这种单位的复现也许还涉及其他物质/材料。这种情况当涉及摩尔和千克的复现时特别符合实际。在标准物质的帮助下复现SI导出单位。

分析化学与国际单位制相联系,纯化学物质,纯度的测量,或常称为物质的化学组成,是在分析化学范畴。除了sI对化学物质的依赖外,分析化学对SI的依赖也值得考察。2013年为止,大多数分析化学l丁作者在测量中采用SI单位(除cande-la以外的所有基本单位和许多导出单位)。但是,组份分析取决于另外一个概念,即纯化合物相对于参照的其他物质和材料的化学组成存在(采用化学反应定律和化学计量法有两层意思:一是SI单位的复现是依赖于标准物质,而成分分析又是使用sI单位;二是测量成分量时,以纯物质作为标准,被测物的成分量以此为参照)。

从一种或多种考虑作为基准测量标准的纯化合物出发,像物理测量一样来为分析化学构架测量溯源层级是可行的。这样测量标准的例子有:

①电子,其他化合物可通过电化学分析与其相联;

②碳-12,原则上其他化合物可通过质谱、Raoult's定律测量或低密度气体体积测量等方法与其相联;

高纯元素或化合物,其他化合物可通过电化学法重量法滴定法光谱法等与其相联。

在上例中提及的其他化合物在许多情况下可以用作标准物质。许多物质可在基准和工作(分析)标准之间充当中间体的角色。如同应用于计量学其他分支一样,溯源性的概念也普遍应用于分析化学中。如果测量结果的溯源性在仪器、材料量度和所用标准物质等方面都能描述得很清楚的话,化学分析测量结果的质量将会大大提高。在大多数情况下,溯源性也取决于计算时使用的相对原子质量值(以前称"原子重量",即原子量);分析测量工作者应记录所用原子量的出处或来源。

定义和复现约定标度

如今,国际单位制并不能涵盖所有的工程特性量,有些工程特性量的单位需要特别约定。为了方便地实现实际测量,一般通过标准物质建立其约定标度,并在国际建议或者标准文件上说明给定的值。全球认可的用于复现约定标度固定点的标准物质在国际上具有广泛的一致性。这种约定标度的复现与传递主要依赖于复现标度固定点的标准物质和测量方法或测量过程的技术规范。在工程量的测量中,标准物质的作用不仅是复现约定的标度,而且还可以用于测量仪器校准或者用作实际样品测量时的工作标准。约定标度的实例很多,在此仅举几例说明标准物质的特殊作用。

①浊度单位:在国际标准化组织制定的标准(ISO7027)中定义了浊度的单位。单位的复现依赖于。formazine标准溶液。该标准溶液的浊度是400FAU或FNU,通过稀释这一标准溶液获得一系列的标度固定点,以满足不同浊度样品的测定要求。如果所用仪器测量的是衰减光,所复现的则是formazine衰减浊度单位(FAU);若测量的是漫射光,复现的则是formazine散射浊度单位(FNU)。

②pH标度:由于单个离子的活度无法通过试验测量得到,pH值并非一个确切的物理量。为了使测得的pH值有意义,人们通常采用一种约定的pH标度。这种标度是由被赋予准确pH值的标准溶液所定义的。通过测定消除了液接电势的、由氢电极和银/氯化银电极组成的电池电动势,并按照约定的方法计算就可以得到pH值。

各国的国家标准规范规定了制备和赋予标准溶液pH值的方法。这些标准溶液验证过的值的不确定度在千分之几pH单位范围内。

③辛烷值标度:辛烷值是燃料油的重要技术指标。美国材料试验协会(ASTM)用标准燃料油和标准测试方法定义与复现辛烷值的标度,得到了业内专业人士的认同,进而在全球范围内被采纳。按照以上标准测试方法的要求,在特定的实验条件下,比较燃料油与已知辛烷值的AsTM标准燃料油的混合物的发爆声,以此来确定燃料油的辛烷值。ASTM标准燃料油的辛烷值溯源到美国标准技术研究院(NIsT)的正庚烷有证标准物质(SRM 1815)和异辛烷有证标准物质(SRM 1816)。

④煤的烧结力:煤的烧结力是硬煤分级的重要技术指标,Roga测试法已在世界范围内得到各国广泛地采用。Roga测试方法是基于一个有确定的物理性质和化学成分的无烟煤标准物质。用规定的测试设备与程序将被测样品与无烟煤标准物质混合、烧结,由烧结的剩余物来计算Roga指数,从而实现煤的烧结力的量度。国际实用温标和国际实用盐标也是类似的约定标度。

折叠 编辑本段 必备条件

标准物质是以特性量值的均匀性、稳定性和准确性等特性为主要特征的。为获得这些基本特征,标准物质起码应满足以下基本条件的要求。

材质均匀

从理论上讲,如果物质的一部分(单元)的特性值与另一部分(单元)的特性值没有显著差异,则该物质的该特性是均匀的。但是,完全均匀的物质是不存在的,物质内部和单元之问或多或少会存在有不均匀性,在贮存过程中,也会发生层析、偏析、聚集等不均匀的倾向,因而,均匀是相对的,而不均匀是绝对的。如果物质的一部分(单元)的特性值与另一部分(单元)的特性值之间的差异不能被实验检测出来,或检测出来的差异很小且相对于测量准确度要求来说是可以忽略的,则该物质的该特性就可以视为"均匀"的。均匀性就是与"物质的一种或多种特性相关的具有相同结构或组成的状态"。由于标准物质的特殊功能和用途,因而对其均匀性具有很高的要求。然而,物质各部分之间特性量值是否存在差异,必须用实验方法才能确定。因此,所谓均匀性是指物质各部分之间特性量值的不能用实验方法"准确地"检测出来。

这样,均匀性的实际概念就包括物质本身的特性和所用的测量方法的精密度(标准偏差)和样品的大小(实验取样量)等。在许多情况下,测量方法可能达到的精密度与取样量有关,因此,标准物质的均匀性是对给定的取样量而言。通常,标准物质证书中都要给出均匀性检验时的取样量,作为使用时的最小取样量。

影响物质均匀的因素有:物质的物理性质,如密度、粒度等,及物质成分的化学形态和结构状况。密度不同可能引起重力偏析(化学成分的不均匀现象称为偏听偏析)。一般来说,固体颗粒越细越容易出现重力偏析。此外,颗粒过细时,比表面积增大,表面活性也会增大,吸湿和污染的机会也会增加。

量值稳定

标准物质在规定的时间和环境条件下,其特性量值应保持在规定的范围以内。这种特性亦被称之为标准物质的稳定性。

研制(生产)者要保证所提供的标准物质在一定期限内其特性量值不发生显著改变。为得出这一期限,研制者在研制标准物质过程中必须要进行稳定性考察,量值不稳定的物质不能用来制备标准物质。中国规定一级标准物质的稳定性一般应大于1年。

影响标准物质稳定性的因素可以有:光、温度、湿度等物理因素,还可能有溶解、分解、化合等化学因素及细菌作用等到生物因素。稳定性应该表现在:固体物质不风化、不分解、不氧化;液体物质不产生沉淀、发霉;气体和液体物质对容器内壁不腐蚀、不吸附等等。

认定量值准确

量值准确可靠是标准物质的重要特征之一,是指标准物质具有准确的或严格定义的认定值(亦称标准值)。正是由于标准物质具有认定的参考值,参考值的准确度高且具有规定的不确定度,因而才能够成为计量学溯源链的重要单元,用于测量仪器的校准或检定、测量方法的评价或确认,以及测量审核与能力验证等量值传递或溯源有关的活动。从这个意义上来说,标准物质必须在有资质的实验室,由具有一定资质和经验的操作人员,用准确可靠的测量方法进行定值测量。

当以某种测量方法来对标准物质进行定值测量时,认定值是对被认定特性量之值的最佳估计,认定值与真值的偏离不超过定值测量的不确定度。

附有特定的证书

有证标准物质必须带有特定的"证书",它是介绍标准物质特性的主要技术文件,是标准物质研制者(生产者)向使用者提供的质量保证书。证书上需注明该标准物质的认定(标准)值、认定值的不确定度、正确使用方法、运输与贮存应注意的有关事项等。证书的编写与内容应符合国际标准化组织/标准物质委员会(ISO/REMCO)发布的技术文件(IS0导则31:1981)和国家计量主管部门颁布的证书编写相关规则(参见本书第三章)的要求。

可批量生产

标准物质必须有足够的批量和储备,以满足测量工作对标准物质的实际需要。尤其二级(即工作级)标准物质,直接用于现场分析测量,需求量很大。对于性能比较稳定的金属、岩石、矿石等类标准物质,一批的制备量最好能满足现场分析测量5~lO年的使用量。

具有与被测物质相近的组成和特性

使用标准物质确定待测物质的量值时。为消除由于标准物质与待测物质两者在基体材质和测量范围上的不同而带来的系统影响,研制者应选择与待测物质性质和组成相近似的物质作为标准物质的候选物,这是研制和使用标准物质应遵循的一条原则。

在制备标准物质时,生产者有意识地选择某些材料或人工合成一些材料,例如:采集果树叶,模拟生物化学和环境分析中植物的基体;人工合成含有痕量元素的玻璃来作为矿物成分的基体;模拟海水、河水、酸雨作水质标准物质的基体等,这些作法都是为消除在使用标准物质进行测量时由于基体差异而产生的影响。

折叠 编辑本段 层级

标准物质家族

多年以来,在测量领域一直就存在一些关于有证标准物质和标准物质的层级问题的热烈的争论。争论的起因源于各种标准物质的名称。

在术语层级中,标准物质(RM)具有"较高"的地位,因为它有一个较高级的概念(可谓之'家族名'),而有证标准物质(CRMS)只是一个"从属"的概念(只是家族中的一员)。其他具有从属概念的例子还有:'工作标准物质(WRMS)、'校准物质(CALS),或'基准标准物质(PRMs)'等。这种层级并不是一种价值的判断,而仅仅是术语学上的层级。'有证,和'基准,是限定词,标志着标准物质(RM)的特殊组群。因此,所有有证标准物质(CMRs)都是标准物质(RMS),但标准物质(RMS)不都是(CRMS)。

在测量领域中,基准物质(PRMs)和有证标准物质(CRMs)应该具有'较高的计量学层级,因为它载有一个或多个可溯源的量值,每个量值都附有一个相关的测量不确定度。

标准物质计量学层级

为合理地使用标准物质,根据标准物质在计量学中的作用、在溯源链中的位置以及标准物质特性量值的认定准确度(定值测量的不确定度大小),人们将标准物质划分为若干等级,如在ISO/REM(二O绘制的量值溯源体系图中,人们将标准物质分为三个层次,基准标准物质(PRM)、有证标准物质(CRM)和标准物质(RM)。

SI单位--基准物质(纯物质)PRM--有证标准物质CRM--标准物质RM--测试样品

折叠 典型

比较典型的有国际实验室认可合作组织(ILAC)的分类,它将标准物质的特性分为五大类:

⑴化学成分类:标准物质,纯的化合物或是有代表性的基体样品,天然的或添加(被)分析物的(如,用作农药残留分析的添加了杀虫剂的动物脂肪),以一种或多种化学或物理化学特性值表征。

⑵生物和临床特性类:与目录A相似的标准物质,但以一种或多种生化或临床特性值表征,如酶活性。

⑶物理特性类:以一种或多种物理特性值表征的标准物质,如熔点、粘性和密度。

⑷工程特性类:以一种或多种工程特性值表征的标准物质,如硬度、拉伸强度和表面特性。

⑸其他特性。

这些类别又被细分为三级子类,例如,在化学成分类中,以微量锰、硅、铜、镍和铬含量表征的铝合金,列于化学成分一金属一有色金属一铝合金的子类中。

在化学成分类别中,标准物质还可进一步被分为单一成分的标准物质和基体标准物质两大类。单一成分的标准物质是纯物质(元素或化合物),或纯度、浓度、熔点、熔化焓值、粘度、紫外可见光吸光率、闪点等参考值已精确确定的纯物质的溶液。这类标准物质的重要用途之一是分析仪器的检定或校准。

基体标准物质通常是感兴趣的被分析物以天然状态存在于其天然环境中的真实材料(天然基体标准物质)。所选择的基体标准物质应与测试样品有相似的基体。另外,基体标准物质中经精确认定的(被)分析物含量应尽量与被测样品相近。基体标准物质最重要的用途之一就是对分析测量方法的测试和确认。与单一成分的标准物质使用情况不同,基体标准物质在分析过程之初便被引入。因此,它们用于评价整个分析过程的质量,包含样品萃取、清洗、浓缩和最终测量等步骤。基体标准物质也可以合成的方式制备。合成基体标准物质在使用时可能会与天然基体标准物质有一些差异。

折叠 其他

按特性值的学科特点分类方法

这种分类方法是根据特性量所反应的学科特点及所应用的学科进行分类的。通常分为:·化学成分或纯度标准物质,·物理(物理化学)特性标准物质,·工程技术特性标准物质,·生物化学量标准物质。

按标准物质的应用领域分类方法

此种分类方法是根据标准物质所预期的应用领域或学科进行分类。国际标准化组织标准物质委员会(IsO/REMc0)对标准物质的分类就是采用了这种方法。ISO/REMCO将标准物质分为十七大类:地质学,核材料,放射性材料,有色金属,塑料、橡胶、塑料制品,生物、植物、食品,临床化学,石油,有机化工产品,物理学和计量学物理化学,环境,黑色金属,玻璃、陶瓷,生物医学、药物,纸,无机化工产品,技术和工程。

中国也是按照这种方法将标准物质分为十三个大类:钢铁成分分析标准物质,有色金属及金属中气体成分分析标准物质,建材成分分析标准物质,和材料成分分析与放射性测量标准物质,高分子材料特性测量标准物质,化工产品成分分析标准物质,地质矿产成分分析标准物质,环境化学分析标准物质,临床化学分析与药品成分分析标准物质,食品成分分析标准物质,煤炭、石油成分分析和物理特性测量标准物质,工程技术特性测量标准物质,物理特性与化学特性测量标准物质。

折叠 编辑本段 定值

标准物质的定值是"对与标准物质预期用途有关的一个或多个物理、化学、生物或工程技术等方面的特性值的测定。

标准物质作为一种计量器具,具有保存、复现和传递量值的功能。而标准物质的特性值是否在不同的时间和空间上具有可比性和可靠性,取决于这一标准物质的定值测量是否建立了溯源性。定值测量是给标准物质赋值的过程,也是标准物质认定过程中的一个关键环节。标准物质定值测量程序需要更加严格的质量保证措施和要求(参见ISO/REMcO指南34和ISO/REMCO指南35)。

准确度/不确定度、可比性、溯源性

当应用于一系列测量结果时。术语"准确度"是随机分量(复现性)和系统分量(正确度)的结合。在国际标准化组织/国际电工委员会第99号指南(2007)"国际计量学词汇--基本通用的概念和相关术语"中,准确度的定义是:被测量的测得值与其真值间的一致程度。由于准确度不是一个量,不能给出有数字的量值。当测量提供较小的测量误差时就说该测量是较准确的。另外,随着国际上对"测量不确定度表示指南(GUM)"的广泛认同,肯定性术语"准确度"正在被否定性、但更清楚的术语"不确定度"所取代。

不确定度的定义为:"表征合理地赋予被测量之值的分散性,与测量结果相联系的参数"。如果将以上定义与测量溯源性的定义联系起来分析其定义中的含义,可以得出以下几点信息:分散性是测量结果的属性,不确定度是分散性的量化;没有不确定度的测量结果是不完整的;没有不确定度是无法实现溯源的。

GUM中描述的程序和最新认定程序都强调了"合理地(reasonably)"这个词。当真值以大于给定的可能性超出不确定度范围的风险存在时,以非常小的不确定度给特性量认定是没有意义的;另一方面,认定时仅从安全角度考虑,人为扩大不确定度范围,也是毫无意义的。假如给出的不确定度置信水平为95%,而实际代表了99.9%,有证标准物质(CRM)的使用者就会在其不确定度计算中引入一个不合理的不确定度分量。

使用标准物质的一个主要目的是提高不同实验室测量结果的可比性。参考化学成分公认标准或参考可溯源到更高一级的公认标准的测量标准是在国际准则框架内或贸易伙伴间获得可比性的有力工具。

可比性定义尚无定论,介乎于以下说法之间:"测量结果可被比较的能力,为了确定它们是相等还是不同(较大或较小)。这是通过用相同的、最好是国际公认的测量标度表示测量结果来获得。"

及测量结果的特性,由相同材料的子样品获得,当结果是在相同测量标度上测得(即以相同单位表示)时,在它们的不确定度范围内一致。

从定性意义来讲,考虑分析测量结果的双边互认时,大多数人倾向于使用后一个定义。测量结果可比性的基础是要实现测量的溯源性。该术语的定义如下:"通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链,使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准,通常是国家测量标准或国际测量标准联系起来的特性。"

有证标准物质(CRM)中提到,认定值的溯源性是该物质身份的重要要求。但是测量溯源性在很大程度上不只是一个值问题,而是建立测量结果可比性的基本前提。

对高等级有证标准物质(CRM,或称"基准标准物质")来说,通常认定过程的定值测量不参考其他标准物质,而是直接溯源到sI单位,如千克(kg)或摩尔(moL),或者参考描述测量方法的书面标准,即参考经系统研究并准确描述的方法。通过在分析程序中引人足够纯的元素或化合物称重的量作为校准物,达到对国际单位千克(kg)或摩尔(moL)的直接溯源。因此,校准是认定程序的重要部分,但决不是唯一重要的部分。

纯元素或化合物称重的量达到何种程度才可以被认为充分地"准确复现表示特性值的单位",这个问题在计量学家和分析化学家之间的讨论仍在继续。

对于使用者来说,使用有证标准物质是使其测量结果具有溯源性的最重要的工具,他们甚至可以在给二级标准物质、工作标准物质或质量控制物质(QCM)赋值的过程中,通过参照有证标准物质(CRM)向下扩展溯源比较链。

标准物质定值测量方法模式

认定过程所用的定值测量方法应在理论上和实践上经检验确认是准确可靠的方法。在开始定值测量之前,应先研究测量方法、测量过程和样品处理过程所固有和系统误差和随机误差,如溶解、消化、分离、富集等过程中被测样品的沾污和损失,测量过程中的基体效应等,对测量仪器要定期进行校准,选用具有可溯源的基准试剂,要有可行的质量保证体系,以保证测量结果的溯源性。

依据有证标准物质(CRM)的类型及其潜在用途,定值测量实验室的能力以及所用测量方法的品质,可以选择下列方法模式之一进行定值测量。

⑴基准(权威)测量方法模式在必须缩小认定值测量的不确定度时,可用一个单独的,所谓的基准分析测量方法来进行定值测量。如果定值测量只由一个实验室承担,推荐使用另一个非基准方法进行误差检验。

基准(绝对或权威)测量方法的系统误差是可估计的,相对随机误差的水平有时可忽略不计。测量时,要求有两个或两个以上分析工作者独立地进行操作,并尽可能使用不同的实验装置,有条件的可进行量值比对。

但是,"基准测量方法"(primary method of measurement,PMM)术语的定义和符合定义要求的测量方法的鉴定还远远没有完成。

如前所述,如今,国际计量委员会/物质的量咨询委员会(CIPM/CcQM)发布的定义如下:"基准测量方法是一种具有最高计量学品质的测量方法,其操作可以被完全地描述和理解,最终不确定度可以用sI单位表述,测量结果不依赖被测量的测量标准。

解释性注释:

①基准测量方法也要求在(直接)被测量对象与(间接)目标被测量对象之间建立不包含任何有意义的经验修正因子的方程式。

②对于物质的量的测量,如果要成为基准的,必须使用一种对规定物质来说是特定的方法,以及依赖于其他物质或基体的所有参数值或修正值已知或可用近似不确定度计算。

在化学成分量测量方面,国际物质的量咨询委员会(CCQM)认为最重要的分析测量方法有:同位素稀释质谱测定法(IDMS);重量测定法;滴定法;冰点下降法;电量(库仑)法。

另外,2013年提出可作为潜在基准测量方法的还有:腔衰荡光谱法(Cavity Ring Down Spectrometry),仪器中子活化分析(INAA--Instrumental Neutron ActiVation Analysls)。

国际物质的量咨询委员会(CCQM)还定义了新术语"基准标准物质":"基准标准物质是具有最高计量学品质,用基准测量方法确定量值的标准物质。"

使用基准(权威)测量方法进行化学成分表征在计量学上来说是十分合理的,但是,这样符合定义要求的测量方法的很少。使用基准测量方法时,给一个标准物质定值常由一个实验室独立完成。如今,符合定义要求,可用于化学成分量测量,被认为是潜在基准测量方法的有上述提到过的重量法、容量法、电量(库仑)法、冰点下降法、同位素稀释质谱法等。这些方法的精确度很高,系统误差却很低甚至趋近于零.因此能够在有限的不确定度范围内测量参数的值。例如,同位素稀释质谱法能够克服痕量元素精确测定中的许多问题。它能够比较不同质量的同位素原子的数量比率,同时不要求定量分离样品。从理论上说,得出的结果是直接溯源到基本单位摩尔的。以同位素标记元素或化合物标记样品,再设法使同位素均匀,这样就能够用质谱法在没有任何基体作用的情况下测定样品中被分析物的比例。

然而,实际上对于化学成分量测量来说,大多数基准测量方法都依赖于一定的测量标准,而且它们可以使用的场合也相对较少。另外,它们相当耗时,所需成本也较高。因此,基准测量方法的使用范围受到一定的限制。但是,如果正确地实施这些测量方法,就能够得出质量相当高的测量结果。

在标准物质研制过程中,一般来说,如果可行的话,应优先选择重量法进行化学成分的定值测量,但可惜的是这种情况并不常见。重量法应用的典型例子有重量法配制气体混合物,使用纯物质有证标准物质或被分析物的有证标准物质经量法精确配制充分分散的基体有证标准物质或校准溶液。重量法制备的有证标准物质的溯源性可以通过将称量测量溯源到国家质量标准、称量的成分的原子/分子量以及其纯度来建立。溯源到国家质量标准在理论上来讲相对容易达到.并且应当具备较好的计量学品质,但是,实际上由于未知的不稳定性、离析、吸附作用或其他未知因素,制备的混合物可能仍然会与预期的成分有较大的差异。因此,当使用重量法对标准物质进行定值测量时,通常还要选择另外一种方法对所得的定值结果进行进一步的验证。

⑵彼此独立的多个方法模式

当一个或几个机构掌握有许多各种不同可选用的分析测量方法,并且满足下列条件时,就可只以2~4个实验室/方法的测量结果为基础来给标准物质定值:分析测量方法经完全确认;确认时覆盖了与有证标准物质(CRM)候选物成分类似的样品成分量值范围;应用这些方法的人员受到过良好的训练;选择所用方法时,考虑了尽量减少不确定度的共同来源;各种方法测量结果的一致性很好。

这个模式的实施需要定值分析测量参与者具有的长期积累的丰富测量经验、良好的技术储备和文件化的技术经验,以及对所涉及的测量仪器状况的深入了解掌握来保证。

单个的实验室可以使用独立的测量方法表征单一成分的纯物质,如纯杀虫剂的有证标准物质或要求重量法制备需分析的溶液。这种情况下,最好使用基于不同基本原理的两种或两种以上经充分确认的分析测量方法,如果结果在总不确定度范围内一致,就可以认为所使用的任一方法都没有偏差。这时可以认为平均值是真值的可靠估计。例如,同时使用气相色谱法、高压液相色谱法、差示扫描量热法为纯杀虫剂进行认定定值测量。在这种情况下,相对于有证标准物质的预期用途,所用的方法应该具有较小的测量不确定度

实验室间比对研究

这是一个广泛使用的概念,是由多家实验室对给定样品各自独立地开展一个或多个量的系列测量活动。有时,也被称为"循环检验"、"合作研究计划''或"协作分析研究"。这种"研究"除了用作标准物质定值外,还可用作其他很多目的。

在一些分析测试的应用领域里,实验室间比对(合作)研究(实验室协商一致的方法)是标准物质定值测量最常用的方法,特别是那些采用自然基体的标准物质。在采用这种方式为有证标准物质定值时,认定机构必须首先找到一组有资质的实验室,这些实验室在标准物质候选物类似分析材料领域有专业的测量经验。

其次,如果可能的话,认定机构还要鼓励这些参与实验室间比对(合作)研究的实验室尽可能多地采用独立的分析方法。这些测量方法应该不仅在操作细节上有所不同,而且应该基于不同的原理。这样做可将引起的正或负偏差的未知潜在系统误差置于同一水平上。这样做法的另一优点在于,当有10~18个参与实验室时,通过技术评审可以识别测量结果中的异常值并剔除处理。

第三,在开展正式定值测量之前,认定机构最好用另一样品开展一轮实验室间预比对研究,以便确定所选定的实验室的测量能力确实是在同一水平上。这里要注意,为了得到较高质量的定值测量结果,预比对研究所用样品基体材料与目标标准物质候选物应尽量一致。预比对研究的测量结果用来进行比较,以验证所得的所有结果是否在其测量不确定度内一致。如果这一轮实验室间比对研究的测量结果分散性较大,则表明出现了较大的系统误差,不能满足给有证标准物质(CRM)定值的要求,就要在进行正式定值测量之前采取必要的措施消除系统误差。通常为了消除系统误差,应开展所有实验室都能参加的研讨,找出误差原因和解决办法,并组织开展另一轮实验室问的比对研究,直到比对研究的测量结果的一致性可以证明所选定的实验室测量能力是在同一水平上并达到目标有证标准物质的定值测量要求时,才能以同样的形式组织开展定值测量。

另外要注意的是,在实验室数量足够满足要求的情况下,如果在第一轮实验室比对研究中,只有个别实验室的测量结果离群,其他实验室的测量结果一致性很好,且能满足目标有证标准物质的定值要求,也可将测量结果离群的实验室剔除,在剩余的实验室间开展定值测量。

当参与实验室所用不同方法的结果在它们的测量不确定度范围内完全一致时,系统误差的发生几率很小。这是因为一个实验室中系统误差的来源跟其他的实验室的系统误差通常是没有联系的,因而通常保留系统误差后来计算真值的合理估计。定值测量最终结果是将各个实验室的值作为具有同等品质的整体对待,并据此计算出测量结果的最终平均值和标准偏差。

实验室比对定值预先假设存在一定数量的同等能力的实验室。其所用的方法各自独立确认。这意味着不同测量结果间的差异是纯统计性的,因此可以用纯统计学方法处理。尽管这种认定测量方法有时是没有办法的办法,但严格地说,这种认定方式的结果只具有参与认定测量实验室问的可比性。这里即使是错误的值也具有明显的权威,尤其是在依赖纯统计处理方法进行决策和判断的情况下。

参加合作研究的实验室-应具有该标准物质定值测量的必备条件,并有一定的技术权威性。每个实验室可以采用统一的测量方法,也可以选该实验室确认为最为有效的方法。合作实验室的数目或独立定值测量组数应符合统计学的要求(当采用同一种方法时,独立定值测量组数一般不少于8个;当采用多种方法时,一般不少于6个)。认定负责机构必须对参加比对研究合作定值的实验室进行质量控制,制订明确的指导原则。

如果参与实验室从本质上来说使用的都是同一测量方法来建立特性值,那么合作比对研究定值就成为一种指定测量方法的定值方式。在这种情况下,得到的特性值依赖于方法,这一点须在相应的标准物质证书中加以说明。在许多领域,实验室间比对合作研究定值是惟一有效的方式,特别是在一些强制控制领域内,如油漆中可溶出的有毒金属的含量、易燃溶剂的闪点等。临床化学中使用的许多有证标准物质是用参考方法(reference method)定值的。一种酶的催化活性可以通过评估它在指定pH、温度和浓度条件下提高特定化学反应速度的能力得出。2013年来,欧盟逐渐认识到使用严格溯源到参考方法的有证标准物质(CRMS)校准常规医疗设备的重要性,并在相关法规中列入了这样的要求。

采用实验室间比对研究这种方式进行定值测量时,在估算最终认定值的测量不确定度方面有一定的困难。这使得一些计量学家将该方法称为产生不可溯源的"一致值"的方法。因此,如今计量界还在做进一步的研究工作,改进适用于此种方式的统计工具。另一方面,国际上一些著名的计量学研究机构也比较了金属合金有证标准物质(CRMS)研制领域一系列实验室间合作定值测量的结果与采用基准测量方法、同位素稀释质谱法(IDMS)测量的结果,比较的结果显示这两类方法的测量结果之间没有本质矛盾。

①特性值的影响参数对标准物质定值测量时,必须关注特性值的影响参数。测量操作人员必须通过实验确定各种操作条件对特性值及其不确定度的影响大小,即确定影响因素的数值,可以用数值表示或数值因子表示。例如,标准毛细管熔点仪用的熔点标准物质,其毛细管熔点及其不确定度受升温速率的影响。定值测量时要给出不同升温速率下的熔点及其不确定度。

②特性值的影响函数有些标准物质的特性值可能受测量环境条件的影响。影响函数就是其特性量值与影响量(温度、湿度、压力等因子)之间关系的数学表达式。例如:pH-A/y+N+C丁+D丁。因此,标准物质定值时必须确定其影响函数。

定值数据的统计处理

当使用高准确度的绝对测量方法或权威测量方法(现一般称为基准测量方法)对标准物质进行定值测量时,测量数据可按如下程序处理:

对每个操作者的一组独立测量结果,在技术上说明可疑值的产生并予剔除后,可用格拉布斯(Grubbs)法(格拉布斯检验I临界值)或狄克逊(DiKon)法(狄克逊检验临界值)从统计上再次剔除可疑值。

对两个(或两个以上)操作者测定数据的平均值和标准偏差分别检验是否有显著性差异。若检验结果认为没有显著性差异,就可将两组(或两组以上)数据合并给出总平均值和标准偏差。若检验结果认为有显著性差.异,应检查测量方法、测量条件及操作过程,并重新进行测定。

当采用两种以上不同原理的已知准确度的可靠测量方法进行定值测量时。测量数据处理与使用高准确度的绝对测量方法或权威测量方法大致相同。若检验结果认为没有显著性差异,可将两个(或多个)平均值合并求出总平均值,将两个(或多个)标准偏差的平方和除以方法个数,然后开方求出标准偏差。

多个实验室合作定值时,各个实验室的测量可用格拉布斯(Grubbs)法(格拉布斯检验临界值)或狄克逊(Dixon)法(狄克逊检验临界值)从统计上再次剔除可疑值。当数据比较分散或可疑值比较多时,应认真检查测量方法、测量条件及操作过程。列出每个操作者测量结果:原始数据、平均值、标准偏差、测量次数,然后考察全部测量数据分布的正态性。在数据服从正态分布或近似正态分布的情况下,将每个实验室的所测数据的平均值视为单次测量值,构成一组新的测量数据。用格拉布斯法或狄克逊法从统计上剔除可疑值,当数据比较分散或可疑值比较多时,应认真检查每个实验室所使用的测量方法、测量条件及操作过程。用科克伦(coch-ran)法检查各组数据之间是否等精度,如果数据是等精度的,那么计算出总平均值和标准偏差。在全部原始数据服从正态分布或近似正态分布的情况下,也可视其为一组新的测量数据,按格拉布斯法或狄克逊法从统计上剔除可疑值,再计算全部原始数据的总平均值和标准偏差。当数据不服从正态分布时,应检查测量方法,找出各实验室可能存在的系统误差,对定值测量结果的处理应持慎重态度。

折叠 编辑本段 证书

成为有证标准物质的一个重要前提就是在发放的每个标准物质单元中都随附一份证书。按照要求,证书必须包含以下三个方面的信息:·物质的描述;正确使用所必需的所有信息;建立置信度方面的信息。

有证标准物质的特性值应当可通过不间断的校准链溯源到相关SI基本单位、其他公认的有证标准物质或经很好确认的标准方法。在任何情况下,标准物质的研制机构或生产机构(者)都要在有证标准物质证书的有关溯源性说明中阐述取得其特性(量)值(及其不确定度)的原理和程序。

以下是国标标准化组织(IsO)标准物质委员会(REMCO)制定的指南31(2000年版)"标准物质-证书和标签"中要求在证书里提供的(如果适用的话)信息:认定机构的名称和地址;文件的标题;物质的名称;标准物质代码和批号;物质的描术;标准物质用途;正确使用标准物质的指导;有关安全方面的信息;均匀性水平;认定值及其不确定度;溯源性;来自独立实验室或方法的值;测量不确定度;认定日期;·稳定性信息;其他信息;法律方面的信息;认定人员的签名或姓名。

国家计量主管机构在相关技术法规中对有证标准物质证书与编写内容也提出了具体的要求。其中:

⑴第一部分:证书编写的一般要求

①证书是认定机构(或生产单位)向用户提供用于介绍标准物质特性的技术文件。证书应概要地为用户提供必要的信息使用户能够对该标准物质有一个清晰的了解。

②凡经国家计量行政部门批准发布的国家(有证)标准物质均应由认定机构编写证书,与标物一起提供给用户。

③证书由封面、正文和附页组成,为确保证书真实、有效,必要时应采用防伪设计。

④证书和标签的表述要求:文字表达应做到结构严谨、用词准确、简洁清晰,不产生歧义;所用术语、符号、代号等要统一,始终表达同一概念;按国家规定使用计量单位名称与符号、量的名称与符号、不确定度的名称与符号;公式、图表、表格、数据应准确无误。

⑵第二部分:证书的内容结构

①封面;

②概述;

③材料来源和制备工艺;

④认定值和不确定受;

⑤均匀性和稳定性;

⑥特性量值的测量方法;

⑦溯源性描述;

⑧正确使用说明;

⑨运输和贮存;

⑩安全警示;

⑥附件。

⑶第三部分:证书封面内容

①许可证标志、批准部门及标准物质编号:《标准物质制造计量器具许可证》标志,标明批准部门,批准部门的统一编号。

②标准物质名称:给出中、英文名称,力求简练,能对物质的特性准确概括。

③证书编号:应具有唯一性,"一瓶一号"。编号规则由认定机构负责制定。

④认定日期和有效期限:当该批有证标准物质还有修订值时,最初定值日期和所有修订日期都应给出。

⑤认定机构:认定机构是对证书提供信息的机构或组织,应使用机构全称,还应附有完整的通讯地址,联系电话和传真以及e-mail地址等。

⑷第四部分:证书正文内容

①概述:a.总体描述:对名称进行更加详细的解释,例如:基体的大概组成等。b.标准物质的物理状态和包装容器性质的描述:例如样品规格、颗粒大小、包装等,须注明防腐剂。c.预期用途:表明该物质的应用领域和基本用途,使用户足以判断预期应用是否正确。例如:标准物质在××××领域用于校准测量仪器、确认和评价分析方法、考核人员操作水平、监控测量过程质量和技术仲裁等。

②原材料来源和制备工艺:简要描述原材料来源、制备方法、制备程序等,必要时用流程图表示。

③认定值和不确定度认定值和不确定度应以列表形式给出。提供的不确定度应指明来源,扩展不确定度要注明包含因子,标准不确定度要注明测量组数和重复测量次数。如需要给出未认定值、参考值或信息值,应加注释,避免与认定值混淆。

④均匀性和稳定性检验简要描述抽样方法、抽样数、均匀性检验方法和检验结果,给出使用的最小取样量。简要描述在规定的保存条件下.稳定性考查的结果,给出有效期。

⑤特性量值的测量方法明确给出定值测量方法,当被确定的特性量值较多时,应列表分别表示。当使用几种方法对标准物质认定时,应加以说明。

当几个实验室或独立的分析人员共同为标准物质定值时,应列出所使用的方法,并在附件中列出联合定值的实验室名称和分析人员名单。

某些标准物质特性量值的确定取决于测量方法,证书应给出该认定值依赖于方法的明显表示,并且在证书附件中给出所用方法的详细内容或对方法有详细描述的参考文献。

⑥溯源性描述应确切说明测量程序原理、溯源途径、溯源方法,提供有效性证据以及可溯源至的测量标准。推荐采用量值溯源图的形式给出。

⑦正确使用说明应明确给出该标准物质的正确使用条件。例如,干燥的确切条件;打开容器时的条件等。除非证书中有说明,标准物质不应该再做进一步处理,如研磨。对痕量元素含量定值的标准物质,应给出禁止在含这些元素的任何设备中使用的警示。

当固体标准物质需配成溶液使用时,应给出特殊的说明。对于本身不稳定标准物质,如放射性物质,除给出认定值外,还应给出适当数学表达式作为标准物质表达的一部分,以便使用时计算。

⑧运输和贮存简要描述该物质的运输方法和贮存条件。

⑨安全警示涉及安全问题,例如:放射性、有毒害、有传染性等,应对有关危险状况加以警示,并对适当防护措施详细说明。

折叠 编辑本段 标准物质使用

标准物质的特点与性质

(1)标准物质可用于校准仪器。分析仪器的校准是获得准确的测定结果的关键步骤。仪器分析几乎全是相对分析,绝对准确度无法确定,而标准物质可以校准实验仪器。

(2)标准物质用于评价分析方法的准确度。选择浓度水平、准确度水平。

(3)标准物质当作工作标准使用,制作标准曲线。仪器分析大多是通过工作曲线来建立物理量与被测组分浓度之间的线性关系。分析人员习惯于用自己配制的标准溶液做工作曲线。若采用标准物质做工作曲线,不但能使分析结果成立在同一基础上,还能提高工作效率。

(4)标准物质作为质控标样。若标准物质的分析结果与标准值一致,表明分析测定过程处于质量控制之中,从而说明未知样品的测定结果是可靠的。

(5)标准物质还可用于分析化学质量保证工作。分析质量保证责任人可以用标准物质考核、评价化验人员和整个分析实验室的工作质量。具体作法是:用标准物质做质量控制图,长期监视测量过程是否处于控制之中。

使用标准物质应注意:

(1)选用标准物质时,标准物质的基体组成与被测试样接近。这样可以消除基体效应引起的系统误差。但如果没有与被测试样的基体组成相近的标准物质,也可以选用与被测组分含量相当的其它基体的标准物质

(2)要注意标准物质有效期。许多标准物质都规定了有效期,使用时应检查生产日期和有效期,当然由于保存不当,而使标准物质变质,就不能再使用了。

(3)标准物质的化学成分应尽可能地与被测样品相同

(4)标准物质一般应存放在干燥、阴凉的环境中,用密封性好的容器贮存。具体贮存方法应严格按照标准物质证书上规定的执行。否则,可能由于物理、化学和生物等作用的影响,使得标准物质发生变化,引起标准物质失效。

国家标准物质信息网

国家标准物质网也称标准物质网(gbw123)是集标准物质、标准品、对照品、分析试剂、高纯物质及实验室耗材等分析测试、试验检测物质信息于一体的综合信息平台。收录各类标准物质、对照品、高纯物质、分析试剂、实验耗材、药典对照品等信息十余万种。涵盖了中国、欧洲、美国同类物质信息。分析测试试人员之友,为试验检测提供计量基础!

折叠 编辑本段 包装与贮存

(1 )标准特质的包装应满足该标准特的用途。

(2)标准特质的最小包装单元应贴有标准特质标签(标签格式见附录5)。标准物质标签上应附有《制造计量器具许可证》标志。

(3) 标准物质的储存条件应适合该标准物质的要求和有利于特性量值的稳定。一般应贮存于干燥、阴凉、洁净的环境中。某些有特殊贮存要求的,应有特殊的贮存措施。

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