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标准样品普及讲座(2)标准样品的标准化特性

1、引言
  由于"标准样品是一种或多种特性值已经很好地被确定的、足够均匀的材料或物质,"可以"用于校准仪器、评价测量方法或给材料赋值"(引自GB/T15000.8-2003/ISOGuide33 《标准样品工作导则(8) 有证标准样品的使用》),所以,有证标准样品在确保检测(分析)方法的溯源性方面,符合测量标准的定义:即标准样品在贮存量值和传递量值方面具有实物量具的特性。由于这个原因,所以在我国常常将标准样品和计量学领域中的测量标准混为一谈。本讲将对这个问题进行简单扼要的分析、梳理,界定这两者的差异,深刻理解标准样品的标准化特性,从而正确把握我国标准样品技术发展的方向。
  应该指出:计量学领域中的测量标准是指"为了定义、实现、保存或复现量的单位或一个多个量值,用作参考的实物量具、测量仪器、参考物质(标准样品在计量技术领域的中文译名)或测量系统"(引自JJF1001-1998《通用计量术语及定义》。可以看出:除了校准仪器、给材料赋值的作用相同之外,两者的主要作用是不同的。标准样品主要是用于评价测量方法,ISO导则32《化学分析的校准和有证标准样品的使用》、ISO导则33《有证标准样品的使用》就是规定如何采用有证标准样品来评价、校准专业测量(分析)方法。而测量标准则主要是在SI框架系统中,作为量值溯源的溯源链,确保溯源链连续,它是SI框架系统的一个组成部分。为了更清楚地了解标准样品独特的性质和特点,下面就详细阐述标准样品所具有的四个标准特性。
  2、有证标准样品具有独特的溯源特性
  对于一般测量标准来讲,它的溯源性在VIM(国际通用计量学基本术语的英文缩写)中是这样定义的"通过具有规定的不确定度的连续比较链,使得测量结果或测量标准的量值能够与规定的标准,通常是国家标准或国际标准联系起来的特性";而标准样品溯源性的定义则是"可以通过一个特定的定值程序溯源到准确实现表示其特性值的测量单位",更明确地说,标准样品的溯源性可以从"通过仪器校准溯源到SI基本单位的一个严密的比较链"到"应用一个很好确定了的标准方法"。分析这两种溯源性定义的差异,可以看出:测量标准的溯源性仅仅表现在物理特性的溯源,即向米制公约组织建立的七个物理量的国际原级测量标准(包括相应的导出单位原级测量标准),而标准样品的溯源性概念则除了这一点之外,还包括"很好确定了的标准方法"-文字技术标准。因此,从理论上讲,测量标准只是标准样品在计量技术领域中应用的一种特例。而只有标准样品的溯源性定义才适用于非常广泛的科学技术领域,包括化学成分分析、物理化学特性、生物特性、分子生物学特性、工程技术特性、感官特性等所有技术领域。甚至于包括还没有开拓的未知技术领域,因为这种未开拓的技术领域只要有定量检测或定性分等分级,就必须制定共同认可的标准检测方法,规定了共同认可的标准检测方法当然也就有了标准样品溯源性定义中规定的"溯头"-标准检测方法。
  3、标准样品具有与相应的技术标准不可分割的特性
  标准样品第二标准化特性是:它与文字技术标准密不可分。这是检测结果另一个属性—-标准样品标准值测量不确定度合理评定所要求的。和测量标准不一样,标准样品不是溯源链,而是用于评价相应地标准检测方法在技术上的有效性,因此其标准值的不确定度水平只需适合于相应的技术标准中规定的要求,并与其保持一致。正是由于标准样品这个标准化特性,所以随着科学技术水平和检测技术水平地提高,文字技术标准也就会不断地进行修订以适应这种提高的要求。进而,作为文字技术标准不可分割的一部分-标准样品的特性值和测量不确定度限值要求也要重新加以定位。
  由此可以看出:和一般测量标准不同,标准样品有着非常明显的专业性和专用性特点。例如:农产品中农药残留量标准样品,它只适用于校准农产品中农药残留量标准分析(检测)方法,为相应的农产品中农药残留量标准分析(检测)方法在不同时间和空间实施的一致性提供技术保证;而不适用于农药产品中成分的分析,当然更与农药产品的质量水平检测无关。
  而一般的测量标准,由于是以溯源链的作用出现的,所以更具有通用性和普遍性的特点。例如;作为校准称量设备的砝码,它适合于确定所有称量设备的溯源性及合理评定其测量不确定度。
  因此,从理论方面分析:对标准样品而言,是为了满足各个专业技术领域的需要而主动研(复)制的;而测量标准则是为了建立特定的测量单位的溯源体系而研制的。有时,当采用测量标准或标准样品都能确保技术标准在不同时间、空间实施的一致性时,在决定是选择标准样品还是测量标准时,主要考虑如下两个问题:
  (1)是否符合文字技术标准的需要?
  (2)是否能获得最佳秩序和社会经济效益?
  (3)是否能确保文字技术标准规定的检测程序最优化?
  (4)能否确保文字技术标准规定的操作步骤最具可操作性?
  4、标准样品具有与相应的技术标准中规定的被测对象性质上相同(或相似)的特性
  由于文字技术标准中规定的标准检测(分析)方法适用的对象的有限性,所以,用于评价该文字技术标准有效性的相应标准样品所选用的材料也应该具有相应的有限性。例如:在沥青材料针入度值检测中,要研制适用于校准该标准检测方法(ASTM标准号为 D5 )的沥青标准样品,必须选择与被测对象沥青相同(或相似)的材料作为样料。否则,研制出来的标准样品就不具有技术上的有效性。为什么?因为沥青针入度值的检测受到检测时温度变化、测量针的外形尺寸及光洁度、测量时间长短、测量针及部件的质量等多种因素的影响。由于检测时获得的值是仪器示值装置上的显示值,但当标准样品采用的样料与待测的沥青材料不同时,由于两种材料对这些因素的敏感性不一样,所以检测获得的两种结果就没有可比性。根据对试验结果分析,这种差异比仪器示值装置的示值允许误差大几倍乃至十几倍。
  标准样品选用的样料与相应的技术标准中规定的被测对象必须在特性上相同(或相似)的这种标准化属性在化学成分分析、物理化学特性、生物特性、分子生物学特性、工程技术特性和感官特性标准样品中尤其突出。
  5、标准样品具有独特的研(复)制程序
  标准样品除了上述三个技术上独特的性质之外,在行政管理方面与一般测量标准(或器具)也不一样。在我国,对测量标准(或器具)的行政管理是实行计量器具生产许可证制度,这种制度是《中华人民共和国计量法》规定的,它与国际上和我国对标准样品实施的独特的标准样品研(复)制程序在性质上存在着很大的差异。
  对测量标准而言,生产许可证制度在确保其研制的样机具有溯源性时,也从理论上证明其在测量过程中可能产生的最大误差(主要是通过误差分析的方法)在规定的范围内,并通过实践试验验证这种理论计算的有效性,从而最终确认该测量标准的样机符合溯源性要求。所以一旦计量行政主管部门认可了该样机技术上的有效性、批准发布允许其批量生产之后,该类测量标准就可以进行批量生产。
  但对标准样品而言,则情况完全不同。标准样品的研(复)制者首先要根据所使用文字技术标准的需要,向国家或行业标准化行政主管部门提出研(复)制的申请;经过标准样品方面专家的评审和有关方面的协调,认可了其研(复)制的迫切性、必要性和可行性之后,由国家或行业标准化行政主管部门通过下达计划的形式,批准标准样品研(复)制的合法性(即列入国家或行业标准样品研(复)制年度计划);由于参加定值的实验室技术能力是在不断提高的,所以每批研(复)制的同类标准样品的标准值和相应地测量不确定度实际上都存在一定的差异。
  可以看出:标准样品的研(复)制采用的标准化程序,所以它是标准化工作的一个不可分割的组成部分。
  6、结束语
  综上所述,标准样品具有非常明显的标准化特性,它按标准化程序进行研(复)制、必须依据相应的文字技术标准;必须遵循协调、优化、简化、统一的标准化原理;必须依据获得最佳秩序和经济效益、具有最大自由度和可操作性3个标准化原则;必须满足标准样品独特的溯源性和测量不确定度确认准则要求;必须采用与被测材料相同(或相似)的样料。只有这样,我们在研制开发新的标准样品时,才能不走弯路,把握正确的方向。

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