計量論壇

標題: 我國標準物質/標準樣品發展綜述（轉載） [打印本頁]

作者: vandyke 時間: 2010-6-19 10:09
標題: 我國標準物質/標準樣品發展綜述（轉載）
本帖最后由 vandyke 于 2010-6-19 10:15 編輯

                     我國標準物質/標準樣品發展綜述
                                       胡曉燕
            （鋼鐵研究總院分析測試研究所北京 100081）
摘要：本文對標準物質/標準樣品的起源、發展進行了描述，闡述了我國標準物質/標準樣品的管理、現狀及冶金標準物質/標準樣品的研制方向。
關鍵詞：  標準物質  標準樣品  發展  管理  現狀
The summary of the development of CRMs in our country
Hu Xiaoyan
(Central Iron and Steel Research Institute Analysis Research Institute Beijing 100081)
Abstract：The origin and development of Certified Reference Materials (CRMs) were described in this paper. Also the management and status quo of CRMs and the study direction of metallurgical CRMs were expatiated.
Keywords: Certified Reference Material (CRM), development, management, status quo
可靠的分析測量結果對于各個行業的正確決策都是至關重要的。科學、經濟、貿易、醫療保健、食品安全、環境保護、消費者安全等都在很大程度上依賴于分析測量結果，在這些領域中，分析結果都需要滿足使用目的。這意味著根據要求的不確定度水平要達到特定的準確程度，同時在有效性的范圍內應具有可比性，這個范圍可能是行業性和國內性的，在許多情況下是全球性的。標準物質/標準樣品（CRM）是滿足這些需求的重要工具和途徑。ISO導則35：2006對標準物質/標準樣品的定義為“是采用計量學上有效程序測定了一個或多個特性值的標準物質/標準樣品，其伴有一個提供了規定特性值及其不確定度和計量溯源性聲明的證書。”[1]標準物質/標準樣品的定義可以得知其具有可溯源性，確保了在不同時間和空間對相同的被測量進行測量時，獲得的結果具有一致性和可比性。我國的標準物質/標準樣品經歷了由簡單到復雜、由不成熟到成熟、不斷創新、不斷開拓的技術領域的漫長歷程，在我國的國民經濟建設中發揮了極其重要的作用。
1  標準物質/標準樣品的發展歷史
1.1  起源與發展[2]
隨著現代科學技術的進步，生產的發展，統一計量單位顯得日益重要。早在1875年，有20個國家簽定了“米制”公約，設立了國際計量局，為測量工作能超越時間、空間和行業界限，獲得可比較的測量結果奠定了基礎。標準物質/標準樣品隨著現代工業的出現而發展起來，首先應用于鋼鐵工業。
1.1.1  1906年美國標準局（現為國家標準技術研究院，簡稱NIST）正式制備和頒布了第一批冶金標準物質/標準樣品（4種鐵1種鋼），(當時英文名稱為standard sample)正式確認為具有現代科學技術含義上的標準物質/標準樣品(英文的正式名稱為Reference material)。當時美國標準局之所以要研制生鐵標準樣品，原因就是各個鋼鐵公司在冶煉生鐵的過程中，由于爐溫狀態、操作人員、環境條件、分析儀器、對分析方法理解等方面的差異，不能保證分析方法在不同時間和地點實施的一致性，尤其是不能保證現場實時監測的一致性，通過研制生鐵標準樣品（實物參考標準）就很好地解決了這些問題。1911年又發布了銅、銅礦石、糖等標準物質/標準樣品，從5種擴大到25種。標準物質/標準樣品的出現解決了現場分析的準確一致的問題，確保了產品質量，提高了生產效率，標準物質/標準樣品得到了工業界的承認。在其它國家也迅速發展起來。
1.1.2  1916年，在美國標準局的協助下，英國工業界的化學家開始研究鋼鐵標準物質/標準樣品，并很快發布了鋼鐵、有色金屬、耐火材料等標準物質/標準樣品，1935年成立了分析樣品局（BAS），開展標準物質/標準樣品研究工作。
1.1.3  1922年德國成立了標準樣品協會，開展標準物質/標準樣品的研究活動，1930年德國也頒布了自行研制的鋼鐵標準物質/標準樣品。
1.1.4  1933年日本八幡鐵所研制了10余種鋼鐵標準物質/標準樣品。
1.1.5  1952年中國發布了第一批鋼鐵等標準樣品。
1.2  國際標準物質/標準樣品的管理機構的起源與發展（ISO/REMCO）
1.2.1  ISO/REMCO的產生
1969年，美國國家標準局(NBS)和BIPM的上級機構國際計量委員會(CIPM)在華盛頓聯合召開了第一次有關標準樣品的國際研討會。會議提議了由國際計量局成立一個組織機構，來協調國際上有關標準物質/標準樣品的事宜。但國際計量委員會鑒于其職能范圍內的限制(其僅負責在全世界范圍內建立確保物理量測量統一的SI量值溯源體系)，而未接受此項建議。
1973年，美國國家標準局(NBS)又和國際法制計量組織(OIML)聯合召開了一次有關標準樣品的特別國際會議。會議建議成立一個獨立的國際標準物質/標準樣品委員會，并請求ISO負責組建該委員會的秘書處。ISO理事會為此在1974年批準成立一個有關標準物質/標準樣品的特別工作組(REMPA)。
1975年9月，ISO理事會正式批準將該工作組轉換為直屬于ISO中央秘書處的標準樣品委員會(Committee Reference Materials ，現改為Reference Materials on Committee，縮寫為ISO/REMCO)，該委員會是目前國際組織中標準物質/標準樣品合作方面最有影響的國際組織。
1.2.2  ISO/REMCO機構
目前ISO/REMCO機構設三個指導組（Steering Group、簡稱SG ），共設有12個工作組(Working Group 簡稱WG) ，截止2006年4月，第29屆ISO/REMCO年會公布，ISO/REMCO已有正式成員（P成員）29個、觀察員（O成員）35個、有關國際組織19個、ISO內部組織2個，共計85成員組成。
1.2.3  ISO/REMCO的任務
1) 確定標準物質/標準樣品的等級和分類、編制目錄供ISO/REMCO各個成員使用；
2) 制修訂標準物質/標準樣品技術指南，指導標準物質/標準樣品技術按正確的方向發展(目前已經制定了ISO指南6、30、31、32、33、34、35共7個指南，正在進行的工作有：質量控制樣品(QCM)指南的制定、VIM第三版的修訂和有關GUM在標準物質/標準樣品技術領域中應用的指南)；
3) 在全世界推進標準樣品的實施和宣傳貫徹實施有關標準樣品方面的ISO指南；
4) 必要時，為ISO提出在標準物質/標準樣品方面采取行動的建議；
5) 在職權范圍內處理與其他國際組織之間有關標準物質/標準樣品方面的事務，并向ISO技術管理局(ISO/TMB)提出采取行動的建議。
1.3  我國標準物質/標準樣品的發展
1.3.1  我國標準樣品的起源
新中國成立以前沒有自行研制發布的標準物質/標準樣品，有限使用的標準物質/標準樣品，都是從國外進口。1951年3月當時的中央鋼鐵工業局指示天津鋼廠研制鋼鐵標準樣品（鋼2種，鐵2種），起因是該廠有一批進口標準樣品可作為參考。天津鋼廠研制出4種鋼鐵樣品，由于當時既無經驗，又無專用設備，樣品的制備、包裝不夠完善，最終中央鋼鐵工業局將四種樣品移交給全國鋼鐵理化檢驗委員會處置。為了統一鋼鐵原材料的分析方法，并為建立標準方法做準備。在全國理化檢驗委員會的組織下，于1952年發布了第一批鋼鐵（鋼3種，鐵2種）標準物質/標準樣品，這批標準物質/標準樣品為統一分析方法、培訓化學分析人員、提高分析質量、確保測量結果的一致性，為今后制定標準方法發揮了極為重要的作用。
1.3.2  我國標準物質/標準樣品的管理機構的起源與發展
1）全國標準樣品技術委員會
到20世紀80年代初期，標準樣品被正式納入標準化管理工作中。1986年1月2日原國家標準局以國標發(1986)004號文發布了《國家實物標準暫行管理辦法》；1990年4月6日中華人民共和國國務院發布的第53號令《中華人民共和國標準化法實施條例》，從而明確提供了標準樣品的制作是文字技術標準的一部分法律依據。
1988年，為了加強標準樣品管理，由原國家標準局批準組建了由近30個部門、科研單位的委員組成的全國標準樣品技術委員會(CSBTS/TC118)，委員會秘書處主要負責組織、協調和管理國家標準樣品計劃項目的申報、國家標準樣品研復制活動的監督和檢查、國家標準樣品終審的組織、國家標準樣品研復制單位和銷售發行單位的認可、國家標準樣品證書和標簽的頒發、管理等。編號為SAC/TC118(SAC為國家標準管理委員會英文名稱Standardization Administration of The Peoples Republic China的縮寫)。
目前全國標準樣品委員會由四個分技術委員會和四個專業工作組組成：
SAC/TC118/SC1 環境標準樣品分技術委員會、SAC/TC118/SC2 冶金標準樣品分技術委員會、SAC/TC118/SC3 有色標準樣品分技術委員會、SAC/TC118/SC7 酒類標準樣品分技術委員會；感官實物標準樣品(樣照)專業工作組、建筑材料標準樣品專業工作組、天然產物標準樣品專業工作組、公路工程材料標準樣品專業工作組。
2）全國標準物質專業委員會
1980年國家科學技術委員會批準建立了標準物質研究所（現更名為國家標準物質研究中心），賦予研究和統一管理全國標準物質的職責。1981年中國計量學會成立了第一屆標準物質專業委員會，組織有關標準物質的學術交流活動，計量主管部門委托其對一級標準物質進行技術審查的重任
1986年相繼根據國家頒布的計量法和標準法頒布了標準物質管理辦法和國家標準樣品管理辦法，根據這些辦法進行組織、管理、審定標準物質，上報主管部門審批和發布。
2  我國標準物質/標準樣品的管理
2.1  我國標準物質/標準樣品的管理特點[3]
標準物質和標準樣品其英文的描述是相同的（CRM：certified reference material，RM：Reference Material），在不同的領域有不同的稱呼。在我國標準化工作者將其稱為“標準樣品”，又簡稱為“標樣”，計量工作者將其稱為“標準物質”，又簡稱為“標物”。對具有準確特性量值的標準樣品/標準物質來說，其研制程序是相同的，對其內在質量要求也是一樣的；對使用者而言，其作用也是相同的，均是作為一種標準，所不同的是管理的程序不同，分別隸屬不同的管理機構進行分類、分級管理。
2.2  標準物質的管理
我國標準物質分為13類，按其定值的特性進行分類，也按標準物質的應用部門或領域進行分類，或按其生產、使用和管理標準物質的實際情況進行分類。其13類是：鋼鐵、有色金屬、建筑材料、核材料與放射性、高分子材料、化工產品、地質、環境、臨床化學與醫藥、食品、能源、工程技術、物理學與物理化學。
2.2.1  標準物質分級
我國標準物質分為一級和二級，它們都符合“有證標準物質”的定義，其編號由國家質量監督檢驗檢疫總局統一指定、頒發，按國家頒布的計量法進行管理。
一級標準物質的代號以國家標準物質的漢語拼音“Guo Jia Biao Zhun Wu Zhi”中“Guo”“Biao”“Wu”三個字的字頭作為國家級標準物質的代號“GBW”表示。
二級標準物質的代號以國家標準物質的漢語拼音中“Guo”“Biao”“Wu”三個字頭“GBW”加上二級的漢語拼音中“Er”字的字頭“E”并以小括號括起來—GBW（E）表示。
2.2.2  標準物質的編號
標準物質代號“GBW”冠于編號前部，編號的前二位是標準物質的大類號。第三位數是標準物質的小類號，每大類標準物質分為1—9個小類。第四—五位是同一小類標準物質中按審批的時間先后順序排列的順序號。最后一位是標準物質的生產批號，用英文小寫字母表示，批號順序與英文字母順序一致。編號形式如下：

　　GBW                W                         Y                         Z                   U
標準物質代號          大類號                      小類號                順序號             標準物質生產批號
                  （二位阿拉伯字母）（一位阿拉伯字母）  （二位阿拉伯字母）    （一位英文字母）

2.2.3  標準物質批準和發布
標準物質由國家質量監督檢驗檢疫總局（中國計量測試學會全國標準物質管理委員會）統一編號、批準、發布頒發標準物質證書。
  標準樣品
根據國家實物標準暫行管理辦法（國家標準局1986年1月2日國標發（1986）004號文件發布）國家實物標準（稱為標準樣品）是國家標準化組織適用于與文字標準有關的以實物形態出現的國家實物標準的管理。
2.2.4  標準樣品的分類
我國國家級標準樣品（即國家標準樣品）分為16類，按行業類分類，由兩位阿拉伯數字組成，（01）地質、礦產成份；（02）物理特性與物理化學特性；（03）鋼鐵成份；（04）有色金屬成份；（05）化工產品成份；（06）煤炭石油成份和物理特性；（07）環境化學分析；（08）建材產品成份分析；（09）核材料成份分析；（10）高分子材料成份分析；（11）生物、植物、食品成份分析；（12）臨床化學（13）藥品；（14）工程與技術特性；（15）物理與計量特性；（16）其他,
2.2.5  標準樣品的分級
我國標準樣品分為國家標準樣品和行業標準樣品，都屬于“有證標準”樣品，行業標準樣品不等于在水平上低于國家標準樣品，只是批準的主管部門不同而異。
2.2.6  國家標準樣品的編號
國家實物標準樣品的編號為國家實物標準的漢語拼音“Guo Jia Shi Wu Biao Zhun”中“Guo”“Shi”“Biao”三個字的字頭作為國家實物標準的代號“GSB”表示，加上《標準文獻分類法》的一級類目、二級類目的代號與二級類目范圍內的順序號、年代號相結合的辦法組成：

            GSB                         X                         X                      X          （ X ）
   國家標準樣品          一級類目代號（01-16）    二級類目代號          年代號       被替代標準號
（國家實物標準）代號                                     （大流水順序號，
                                                                     不按分類重排，
                                                                  便于管理和隨機查找）

2.2.7  國家標準樣品的批準和發布
國家標準樣品由國家質量監督檢驗檢疫總局（國家標準化管理委員會）統一編號、批準、發布頒發國家標準樣品證書。
2.2.8  行業標準樣品的編號
各個行業有本行業的編號規則，有色為“YSS”代號表示，冶金為“YSB”代號表示，目前行業標準樣品的品種及數量冶金行業為最多，就以此為例作簡要介紹。
冶金行業標準樣品代號（YSB）按國家標準樣品代號（GSB）的取義方式進行的，即取“冶金行業”的第一個字漢語拼音字母“Y”代替“國家”的第一個字的第一個漢語拼音字母“G”，后面兩位漢語拼音與字母“SB”相同，該代號（YSB）同時作為生產審查認可標記，經過審查認可的研制、生產單位生產的標準樣品包裝、質量證明書上才可使用該標記。
冶金行業標準樣品的編號為：
      YSB                         X                XX                   X                XX    -    XX
冶金行業標準樣品代號       類別代號    生產單位代號          分類代碼          順序號       生產年代號
（審查認可標記）                                                    C表示化學分析用
                                                                           S表示儀器分析用
2.2.9 冶金行業標準樣品的批準和發布
冶金行業標準樣品由國家發展和改革委員會統一編號、批準、發布頒發冶金行業標準樣品證書
3  我國標準物質/標準樣品技術的發展現狀
ISO/REMCO成立后不久的1980年，我國就開始正式參加國際標準樣品技術交流活動。1996年原國家技術監督局批準成立了ISO/REMCO中國委員會，協調我國與國際之間的標準物質/標準樣品的技術交流活動。經過二十多年的努力，目前我國標準樣品技術的發展在總體上與國際處于同步水平。
3.1  與標準物質/標準樣品技術相關的國家標準和技術規范
從1994年開始，我國在參照、等效或等同采用國際導則的基礎上，逐步制定了GB/T15000系列國家標準《標準樣品工作導則》及技術規范：
GB/T15000.1 -1994 《在技術標準中陳述標準樣品的一般規定》；
3.1.1 GB/T15000.2 -1994 《標準樣品常用術語和定義》；
3.1.2 GB/T15000.3 -1994 《標準樣品定值的一般原則和統計方法》；
GB/T15000.4 -2003 《標準樣品證書和標簽的內容》；
3.1.3 GB/T15000.5 -1994 《化學成分標準樣品技術通則》；
3.1.4 GB/T15000.6 -1996 《標準樣品包裝通則》；
3.1.5 GB/T15000.7 -2001  《標準樣品生產者能力的通用要求》；
3.1.6 GB/T15000.8 -2003 《有證標準樣品的使用》；
3.1.7 3.1.9  GB/T15000.9 -2004 《化學分析的校準和有證標準樣品的使用》；
3.1.10 JJG 1006－94《一級標準物質技術規范》
3.1.11 YB/T 082 《冶金產品分析用技術規范》
3.1.12 YB/T 083 《冶金標準樣品的包裝、運輸即儲存》
3.1.13 YS/T409－1998《有色金屬產品分析用標準樣品技術規范》
3.2  我國標準物質/標準樣品的研制現狀
通過廣大科技工作者幾十年的共同努力，我國已形成了覆蓋國民經濟各個領域，種類比較齊全的標準物質/標準樣品體系。目前國內有幾十個標準物質/標準樣品研制單位，研制了幾千種標準物質/標準樣品，品種涉及鋼鐵、有色金屬、礦石、爐渣、建材、農藥、臨床化學、氣體、環境、食品、化工產品、工程技術、特性、核工業、物理特性與物理化學特性等各個方面，在各個領域標準物質/標準樣品得到廣泛的應用，尤其近年來在國家實驗室認可、ISO9000認證及我國的國民經濟建設中發揮了重要作用。
由國家質量監督檢驗檢疫總局（國家技術監督局）批準的一標準物質截至2006年7月發布了1334種，有效1316種，二級標準物質截至2006年發布了2315種，有效2275種。
由國家質量監督檢驗檢疫總局（國家技術監督局）批準的國家標準樣品截至2006年7月發布了1990種。還有各個行業部門發布的行業標準樣品，其數量比國家標準樣品更多，如鋼鐵標準樣品就有2833種，有色金屬標準樣品達1242種。
我國標準物質/標準樣品經過半個多世紀幾代研究工作者的努力發展到幾千種標準物質/標準樣品，基本滿足了我國國民經濟建設的需要，但隨著科學技術的發展，新材料、新領域的快速增長，現有的標準物質/標準樣品品種已不能完全滿足需求，在國家“十一五”規劃中尤為突出表現在某些領域需亟待解決，如：食品安全、醫療保健、化纖、物理特性等。即使是數量和品種在國內標準物質/標準樣品最多的冶金行業，在新的材料領域仍缺少滿足需要的標準物質/標準樣品。為此，還需要廣大的標準物質/標準樣品研究工作者繼續努力，滿足我國國民經濟的快速發展。
3.3  冶金標準物質/標準樣品的發展方向
無論國際還是國內標準物質/標準樣品都起源于鋼鐵行業，在我國鋼鐵標準物質/標準樣品的研究數量、品種及水平都與國際處于同步水平。80年代以前化學分析用標準物質/標準樣品的為主要研制方向，隨著分析儀器的迅速發展，過去的爐前化學分析被現代快速準確的火花源原子發射光譜儀代替，儀器分析用標準物質/標準樣品的研制在逐年增加。
3.3.1  光譜分析用標準物質/標準樣品是研制的主流
系列光譜標準物質/標準樣品仍是目前各個研制單位研制的主要內容，其特性量范圍較寬，可覆蓋多種產品牌號的標準物質/標準樣品。其塊狀標準物質/標準樣品不僅用于火花源原子發射光譜儀，還可用于輝光光譜、輝光質譜和X熒光光譜。目前現有的系列標準物質/標準樣品還不能滿足鋼鐵材料的分析測試需要，尤其是特殊鋼鐵材料更是缺少系列標準物質/標準樣品。專用標準物質/標準樣品是按定型產品牌號規定的技術條件研制的標準物質/標準樣品。標準化樣品（校正樣品）是為校正儀器隨時間變化而引起的測量值對工作曲線的偏離而用的樣品，也可稱為高低標。這兩類需求量在迅速增加，是今后冶金標準物質/標準樣品研制的主要方向。
3.3.2  化學分析用標準物質/標準樣品的研制目前仍會穩步發展
化學分析用標準物質/標準樣品主要是屑狀和粉狀，鋼鐵類化學分析用標準物質/標準樣品仍然有一定的需求，對一些研究院所、大學、鋼鐵企業的技術中心，在需要進行技術評定、質量控制、仲裁分析等仍然會選擇使用化學分析用標準物質/標準樣品。人們還需要痕量成分分析的標準物質/標準樣品。礦石、耐火材料、鐵合金等粉狀標準物質/標準樣品仍需研制來滿足化學分析和X熒光光譜分析的需求。此外碳、硫、氮均可以是屑狀，滿足紅外碳、硫儀、熱導法測氮的需求。
3.3.3  氣體標準物質/標準樣品（主要是氧、氮、氫）為市場急需
氣體分析在冶金行業通常是氧、氮、氫，國內現有的氣體標準物質/標準樣品無論是品種還是數量都遠遠不能滿足用戶的要求，由于其研制難度大，成本高僅有幾個單位研制氣體標準物質/標準樣品，目前有些大型企業進口氧、氮、氫標準物質/標準樣品，但價格太高，一般的企業無法承受，但氧、氮、氫儀器分析檢測又是必須使用標準物質/標準樣品，這是急需研制的標準物質/標準樣品。
3.3.4  物理性能標準物質/標準樣品是潛在的研制方向
隨著鋼鐵材料的不斷發展，鋼鐵產品的質量逐年提高，鋼鐵市場的進一步規范，用戶不僅關注材料的化學成分，也關注其物理性能。人們雖然一直非常關注物理性能檢測，但缺乏各種物理性能的標準物質/標準樣品（包括表面質量、粒度、機械性能、力學性能、金相組織等）。科學技術的發展，確保產品，統一物理性能測試的可比性，人們盼望這類標準物質/標準樣品面市，滿足科研生產的需要。目前冶金行業已研制了拉伸和沖擊力學性能標準樣品、高低倍組織樣照。有色行業研制了炭素材料電阻率、硅片電阻率、硅片厚度標準樣品。
3.3.5  標準溶液的研制前景廣闊
近幾年來，原子吸收、原子熒光、等離子體光譜（ICP－AES）、等離子體質譜ICP-MS的普及和應用，標準溶液不受基體的影響，使用方便，研制成本相對低，有很好的發展前景。
3.3.6  鑄鐵類標準物質/標準樣品的研制水平仍需要提高
目前國內鑄鐵類標準物質/標準樣品的研制水平仍與國外有差距，其主要是在內在質量方面，尤其是樣品均勻性仍需要提高研制水平。
3.3.7  新材料、新的檢測領域的標準物質/標準樣品有待研制
新材料、新的檢測領域的標準物質/標準樣品缺少，甚至是空白，如釹鐵硼材料、非金材料，新鋼種以及相分析、夾雜物標準物質/標準樣品等；新的檢測方法，如原位分析儀均無標準物質/標準樣品，這些都有待研制。
4  結束語
自從1906年美國成功地研制第一批冶金標準物質/標準樣品的以來，經過了100年的發展，隨著全球經濟、科學技術、測量技術和社會生活需求的高速發展，需要品種、數量越來越多、質量越來越高的標準物質/標準樣品。在現代的科學技術發展和國民經濟建設中標準物質/標準樣品將會繼續發揮重要作用。

參考文獻
[1] ISO Guide 35:2006 Reference  material –General and statiatical principles for certification
[2]  中國標準化協會全國標準樣品技術委員會編著，標準樣品實用手冊.北京：中國標準出版社.2003年
[3]  韓永志主編，標準物質手冊，第1版，北京：中國計量出版社，1998

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