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标准物质的溯源性与分级

  标准物质(RM)作为一种开展测量尤其是化学测量量值溯源的基本载体,其自身的溯源性以及如何根据溯源性进行分级已成为标准物质研制、生产以及应用领域普遍关心的问题。
    

一、标准物质量值溯源的基本方式

    标准物质可通过以下公认的基本方式实现量值溯源:
    1.溯源至SI单位,如采用库仑基准方法为标准物质定值,其值可溯源至电流、时间等基本SI物理量及单位,这种通过基准方法进行的溯源是标准物质量值溯源的最高级别。
    2.通过国际公认并准确定义的标准测量方法实现某一特定单位的复现,并使标准物质的特性量值溯源至严格按照该标准测量方法或根据该标准测量方法制定出的标准程序所得到的结果上,如传统标度pH标准物质的定值。
    3.溯源至其他国际或国内公认的测量标准,包括有证标准物质,比较常见的是通过使用有证标准物质进行校准,来实现溯源。
    

二、标准物质的分级

    根据标准物质量值溯源的级别,以及溯源过程中的计量学控制水平即计量学有效性的高低,标准物质可被分为有证标准物质(CRM)和有证标准物质以外的其他标准物质两个基本级别。前者主要用于量值溯源及测量方法确认,包括基准标准物质(PRM),它是由基准方法定值的最高级别的有证标准物质,而后者则包括质控用、工作用标准物质等。同样,标准物质所提供的特性量值也被分为认定值(CRM专有)和认定值以外的参考值、信息值等。在国际标准化组织/标准物质委员会(ISO/REMCO)给出的标准物质溯源体系图(如图1所示)中,对这种依据溯源性建立的标准物质分级体系进行了较为清晰的图示。
    

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图1  国际标准化组织/标准物质委员会标准物质溯源体系图
    对标准物质进行合理的分级是建立测量量值溯源链和确保标准物质正确使用的前提条件。然而,应当注意到,尽管以上标准物质分级的基本模式已得到公认,但是,目前各国在标准物质分级体系的实施方面,仍存在一定的差异。
    1.我国标准物质的分级
    目前,我国将标准物质分为一级和二级两种,二者都需要经过国家计量行政审批,都是国家有证标准物质。我国标准物质的量值溯源及分级体系如图2所示。但其中的基准物质目前并没有单独的分级,而是列入一级标准物质中进行管理。
    

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图2  我国标准物质量值溯源及分级体系图

    在具体的分级判定方面,一级标准物质采用绝对测量法或两种以上不同原理的准确可靠方法定值,若只有一种方法,可采用多个实验室合作定值,它的不确定度具有国内最高水平。二级标准物质采用与一级标准物质进行比较测量的方法或一级标准物质的定值方法定值,其不确定度和均匀性均未达到一级标准物质的水平,但能够满足一般测量的需要。在国家一级、二级标准物质的判定上,还有诸如有效期或是否已有同类同水平标准物质等方面的限定条件。此外,在标准化领域还存在国家标准样品
    2.国外标准物质的分级
    美国国家标准与技术研究院(NIST)将其标准物质依次分为NIST SRM、NIST RM与NTRM,其中,SRM提供标准值,RM提供参考值,NIST RM是否属于CRM具有不确定性。
    欧洲国家计量院的一些学者将标准物质分为CRM、CAL(校准用标准物质)和QCM(质量控制用标准物质),其中,CAL是否属于CRM具有不确定性,QCM是适用于测量过程质量控制或性能评估的标准物质,但不能用于方法确认,可由实验室自己生产或从制造商处得到。
    在特性量值的表述方面,各国与各国标准物质研制机构在标准物质证书中对特性量值,尤其是未认定特性量值及其不确定度的描述也存在着一定的差异。笔者根据调查情况,将其与标准物质分级作综合考虑,并绘制了图3。应注意,有证标准物质提供的未认定特性量值,不能按照有证标准物质使用。
    

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 图3  标准物质特性量值的表述

    3.标准物质分级应考虑的关键因素
    正如前所述,标准物质量值溯源过程中的计量学控制水平,对标准物质及其特性量值的分级认定和质量鉴别具有重要意义,因此,参考ISO导则35《标准物质定值及一般统计学原理》,笔者认为计量学控制水平的高低应考虑以下两个方面:
    (1)是否采用基准方法、国际公认并准确定义的标准测量方法,或其他准确度等经过充分确认了的方法,所溯源至的计量基标准包括标准物质是否有效。以采用基准方法定值为例,目前化学领域所有的基准方法都是潜在基准方法,在采用时应注意其是否符合基准方法的定义以及是否取得了国际计量等效度;以标准测量方法(reference method)为例,它应区别于现行的标准方法(standard method),而专指经过全面研究,所需条件和程序得到清楚和严密描述的方法。
    (2)从确保量值溯源不间断性的角度看,应确定其是否对定值过程中的各类影响因素包括标准物质的均匀性、稳定性进行了合理的确认与不确定度分析,所有定值数据及获得过程是否符合计量学有效的统计学原理。在定值数据处理时,离群值的出现以及不同组定值数据间的一致性也是反映定值过程中计量学控制水平高低的重要参量。
    总之,标准物质的分级对于确保量值溯源和标准物质的正确使用具有重要意义。从这一点出发,还应进一步理清标准物质溯源体系中的各个环节,深入开展分级制度研究,区分可以用作量值溯源、方法确认、日常质量控制和仅供一般性参考的量值。同时,避免“有证标准物质就是带有证书的标准物质”的观念,加强对标准物质用户的使用指导,使标准物质资源能够健康发展,并使其在国民经济与社会发展中真正发挥应有的重要作用。

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