標準物質再討論

標準物質應于化學成份量測量的要求而生，如今已廣泛滲透到化學成分、生物、臨床、物理、工程特性等各個方面，成為質量控制不可或缺的重要一環，更是計量檢定、校準機構保證量值準確可靠、實現量值傳遞的鏈條和依據。


  但是我認為，標準物質的內涵和外延尚不明晰，大家對于標準物質的概念和應用還有分歧。鑒于此，本版塊特開辟此有獎討論活動。希望大家踴躍參與。凡積極響應者，獎勵2金幣；持續參與者再額外獎勵2-5金幣；精彩發言者，獎勵1-2積分。歡迎學術爭鳴，獎勵上不封頂。




活動討論的范圍是（不限于）：標準物質定義的理解、如何區別可重復使用的標準物質和一般的實物標準器、非有證標準物質的使用、標準物質的溯源、標準物質的核查等。


預備知識：


國際標準化組織/標準物質委員會（ISO/REMCO）于2005年年會上通過了關于標準物質的新的定義。
標準物質(RM)：物質，相對于一種或多種已確定并適合于測量過程中的預期用途的特性足夠均勻、穩定。
  注釋1：RM是一個通用術語。
  注釋2：特性可以是定量的或定性的，例如物質或物種的特性。
  注釋3：用途包括測量系統的校準、測量程序的評價、為其它物質賦值和質量控制。
  注釋4：一種標準物質只能用于特定測量中的一個目的。

有證標準物質(CRM)：標準物質，用計量學上有效程序對一種或多種特性定值，附有提供了特性量值、量值不確定度和計量學溯源性描述的證書。
  注釋1：“值”的概念包含定性屬性，如特性或序列，這種屬性的不確定度可以用概率表示。
  注釋2：ISO導則34和35及其它導則中，給出了用于標準物質制備(生產)和認定的計量學有效程序。
  注釋3：ISO導則31給出了關于證書內容的指南。

標準物質的分級
我國將標準物質分為一級與二級,它們都符合有證標準物質的定義。
　一級標準物質的條件
(1) 用絕對測量法或兩種以上不同原理的準確可靠的方法定值。在只有一種定值方法的情況下,用多個實驗室以同種準確可靠的方法定值;
(2) 準確度具有國內最高水平,均勻性在準確度范圍之內;
(3) 穩定性在一年以上,或達到國際上同類標準物質的先進水平;
(4) 包裝形式符合標準物質技術規范的要求。
　二級標準物質的條件
(1) 用一級標準物質的定值方法或與一級標準物質進行比較測量的方法定值;
(2) 準確度和均勻性未達到一級標準物質的水平,但能滿足一般測量的需要;
(3) 穩定性在半年以上,或能滿足實際測量的需要;
(4) 包裝形式符合標準物質技術規范的要求。

參考文獻： 標準物質的現狀及其進展.pdf (43.26 KB, 下載次數: 101)

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拋磚引玉：


我的幾個問題：1、為什么標準濾光片屬于標準物質，而旋光標準石英管不屬于？硬度標準塊、阿貝折射儀標準塊等是否可以歸于標準物質？
              2、一些檢定規程和校準規范需要計量機構自行配制溶液進行儀器檢定、校準，這些溶液是否屬于標準物質？
              3、進而下一個問題是：檢定校準中是否必須使用有證標準物質？經過用戶再處理（稀釋、混合等）的有證標準物質是否仍然算有證標準物質？
              4、倘若BW編號的標準物質屬于工作級（非有證）標準物質，那么許多其他系統如環保、醫藥的所謂對照品、標準品是否屬于有證標準物質（似乎皆有一紙證書）？又屬于哪一級標準物質？一級？二級？工作級？



歡迎大家就自己碰到的各種問題踴躍討論、交流。

[ 本帖最后由 vandyke 于 2008-11-14 13:57 編輯 ]

我想這些問題大家應該經常會遇到，但是都沒有認真的思考過，關鍵是這個標準物質的定義對于很多人來說會很令人費解，我就對注釋2感到很迷惑，不知道這句話在整個定義里起到了什么限制性的作用，由此想到驗光機的標準器模擬眼，是不是因為和標準鏡片一樣的道理而不屬于標準物質呢？

物質數值穩定才能稱標準物質吧，

基準物質是一種高純度的，其組成與它的化學式高度一致的化學穩定的物質（例如一級品或純度高于一級品的試劑）。這種物質用來直接配制基本標準溶液，但在較多情況下，它常用來校準或標定某未知溶液的濃度。
　　基準物質
　　standard chemicals
　　用以直接配制標準溶液的物質，或用以標定容量分析中的標準溶液的物質。又稱標準物質。標準溶液是一種已知準確濃度的溶液，可在容量分析中作滴定劑，也可在儀器分析中用以制作校正曲線的試樣。基準物質應該符合以下要求：①組成與它的化學式嚴格相符。②純度足夠高。③應該很穩定。④參加反應時，按反應式定量地進行，不發生副反應。⑤最好有較大的式量，在配制標準溶液時可以稱取較多的量，以減少稱量誤差。常用的基準物質有銀、銅、鋅、鋁、鐵等純金屬及氧化物、重鉻酸鉀、碳酸鉀、氯化鈉、鄰苯二甲酸氫鉀、草酸、硼砂等純化合物。20世紀50年代以后，不少人考慮到電量（庫侖數）可以準確測量，建議用庫侖作為一種實用的基準物質，代替一些純的化學試劑。

標準物質必須具備以下幾個條件：
　　1用途非常明確——該物質必須是用于測量過程的。測量過程按ISO10012：2003的定義包括了檢定、校準、比對、實驗、化驗、檢驗、測試、測繪、賦值、稱量……所有的測量活動。不用于測量過程的物質不屬于標準物質比如大米是吃的，只有當其特性被賦值后，用于與同種大米的比對，即用于測量過程了，這些大米就可以劃為標準物質了。這就是“適合于測量過程中的預期用途”的含義。
　　2具有確定了的一種或多種特性——凡是物質都具有自己的一種或多種特性。標準物質與一般其他物質的不同之處在于，其特性必須是“已確定”。特性未被確定就不能叫標準物質。比如我們買的茅臺酒是要喝的，不能叫標準物質，但是如果把這瓶酒的幾種關鍵特性“給予確定”，以后用于與其他酒比對以判定是否真正的茅臺酒，這瓶酒就屬于標準物質了。
　　3特性必須足夠均勻、穩定——標準物質的特性必須是均勻的、穩定的，否則同一種特性就變成了多變的值或多個值了，就不能滿足測量過程的預期用途。
　　4特性可以是定量的或定性的——定量的特性不難理解。定性的特性包括了是與非、優與劣、合格與不合格。例如被標定了顆粒度大小的粉末物質可以通過稱量法用來校準標準網篩的合格與否，可以算標準物質。
　　5一種標準物質只能用于特定測量中的一個目的——不管標準物質有幾種特性，每一種特性只能有一個值，因此只能用于特定測量中的一個目的。同一種特性具有多個值就有多個目的，就是儀器或者標準器組了。成組量塊和砝碼屬于標準器組，鋼卷尺屬于量具，卡尺屬于儀器，單個量規、標準硬度快則既屬于量具也屬于標準物質。

對有證標準物質的理解實際上就是確認標準物質的法律效力
　　既然標準物質是用于測量過程的，它的特性就必須首先得到確定。確定的程序是否合法就是用標準物質實施的測量過程的結果是否能夠獲得承認的問題，例如校準結果和比對結果是否具有法律效力和法律效力高低其中一個關鍵因素就取決于標準物質是否有證及發證單位的權威性。所以：
　?。睒藴饰镔|必須有證書——有證書的標準物質才能稱為“有證標準物質(CRM)”，用有證標準物質出具的測量結果才能具有法律效力。一個人沒有戶口，沒有身份證就不能算法律意義上的公民，許多具有法律責任的事都不能從事，甚至是銀行存款都不行。無證的標準物質同樣不具有法律地位。
　　２給標準物質發證必須按規定程序——這個規定程序就是“計量學上的有效程序”，“ISO導則34和35及其它導則中，給出了用于標準物質制備(生產)和認定的計量學有效程序”。發證的部門自然是有資質的單位，例如國家給標準物質賦值的法定和授權單位。就如同只有公安戶籍管理部門發的戶口和身份證才有效。
　?。硺藴饰镔|證書的信息量應滿足測量過程需求——“ISO導則31給出了關于證書內容的指南”，就是說證書的基本內容至少包括“特性量值、量值不確定度和計量學溯源性描述”，當然標準物質名稱、編號、發證單位、責任人都是不可少的，就像戶口和身份證的基本內容一項都不可少一樣。當標準物質的特性屬于定性屬性時，“如特性或序列，這種屬性的不確定度可以用概率表示”。
　?。从嬃繉W上的特性還包括在溯源鏈的地位等級特性——就像人分為有民事能力、有限民事能力、無民事能力的人一樣，計量器具分為工作計量器具、工作標準器、國家計量基準，標準物質也有類似的溯源鏈的地位高低之分。我們實驗室“自行配制溶液進行儀器檢定、校準”的這些溶液同樣屬于標準物質，只不過是相當于工作計量器具的地位，直接用來測量產品。這種標準物質的量值由從國家標物中心獲得的有證標準物質來傳遞，從而確保測量結果的溯源性。

標準物質和計量器具的根本區別，就在于計量器具可以通過上級對自身的測量或定度來實現某個（組）量值。而標準物質的自身是一次性的，其所代表的量值是由對該物質同批次的另一部分物質進行測量或標定得到的。這里的關鍵是真正出值的那批物質已經不存在了，所使用的確是替代品。規定和程序甚至法律，只能保證該替代品與真正已經消耗了的那批物質其量值盡可能高度的一致。
舉例說：硬度塊不是標準物質，因為他的值是標準機在該硬度塊上直接測量出來的。做碳硫分析的鐵粉就是標準物質，因為它所代表的碳硫含量是通過標定同批次的另一部分物質所得到的。

[ 本帖最后由 風吹石 于 2008-11-13 14:56 編輯 ]

我有點不明白，如果硬度塊不能劃為標準物質，那么1樓樓主問的第一個問題“1、為什么標準濾光片屬于標準物質”就是一個錯誤的問題了，因為濾光片的波長或譜線也是用儀器測量出來的。到底哪個正確呢？還是兩個都正確，我理解錯了呢？

“標準物質和計量器具的根本區別，就在于計量器具可以通過上級對自身的測量或定度來實現某個（組）量值。而標準物質的自身是一次性的，其所代表的量值是由對該物質同批次的另一部分物質進行測量或標定得到的?！边@樣的說法恐難茍同。
首先，標準物質特別是有證標準物質的特性量值是必須經過計量學溯源的，溯源的途徑依然是量值傳遞，溯源的方法根據標準物質等級的不同可以采用不同的方法（具體看上文“預備知識”部分）。
其次，標準物質盡管大部分確實是一次性使用的，但也有不少是可以重復使用的（甚至與一般的計量標準器的使用類似），這個例子我就舉上文提到（檢定分光光度計所用）的標準濾光片。
因此“通過上級對自身的測量或定度來實現某個（組）量值”的未必不是標準物質，“而標準物質的自身是一次性的”也不能成為標準物質區分計量標準器的理由。

我們這里檢定分光光度計的標準濾光片是按照計量器具每年送檢的，它相當于砝碼和量塊一樣，有一個單一的值，我認為不屬于標準物質（無論上級出具了什么證書）。
標準物質證書中賦予該物質的值是從哪里來的？不是通過測量其自身得到的，而是測量了它的“同類”才有的值。這就是標準物質和其他類計量器具的根本的區別。
硬度塊由于其可以重新定度，我一般將它劃為計量器具。但就其本質來說，它還是我所說的標準物質，因為打過硬度的地方已經不能再用了（類似于一次性使用），只是由于它的整體還在，感覺上不是一次性的。
自身是否是一次性的，就是區別標準物質和計量器具的標志或理由。這里突出的就是“自身”二字。
在這里討論的問題，應該和該儀器或物質是否有證沒有關系，否則只要把證書拿出來就行了，無需討論。

[ 本帖最后由 風吹石 于 2008-11-14 12:15 編輯 ]

JJF1001的第8.13條給標準物質的定義是“標準物質　參考物質  standard  material  ：具有一種或多種足夠均勻和很好地確定了的特性，用以校準測量裝置、評價測量方法或給材料賦值的一種材料或物質?！北緲菢侵魈峁┑膰H標準化組織/標準物質委員會（ISO/REMCO）于2005年年會上通過的標準物質新定義是：“標準物質(RM)：物質，相對于一種或多種已確定并適合于測量過程中的預期用途的特性足夠均勻、穩定。”基本意思是一致的，但是都沒有強調“自身是一次性的”這個附加條件。不知道10樓風吹石老師提出的標準物質必須“自身是一次性的”是不是有標準或文件依據，如果有，可否提供？

標準物質通常成批制造。標準物質的證書所反映的特性量值同樣是該批標準物質的說明，而不僅限于你手中這一個標準物質。標準物質的定值、確認要經過嚴格的均勻性穩定性的考核，這樣的考核既在每一個獨立的封裝內進行，也在同一批不同封裝內進行，還在批與批之間進行。因此不能說是“測量了它的‘同類’才有的值”，而應該把整批樣都看作是“自身”（因為在不確定度范圍內它們都是無差異的）。倘若按照你的觀點，那標準物質的“標準性”就大打折扣，豈不變成海森堡的測不準原理一般——永遠不可能獲得你所要制造的“標準物質自身”了？
再者，以是否一次性使用作為標準物質的判斷依據未免偏頗。因為標準物質的特性量值與自身是否一次性無關，而其本身的特別屬性（濃度、粒度、吸光度、折光率等）有關，倘若它失去了它的基本屬性（例如經過了物理變化或者化學變化），就算它仍是一次性使用的，那也不能反映它的特性量值了。我們可以做一個思想試驗：假設一個極端的例子，砝碼的使用方法不是直接放在天平托盤上測量靜態質量，而是通過從一定高度跌落的方法測量某個瞬時的砝碼的沖量，那恐怕砝碼也要變成一次性使用了（由于跌落碰撞導致砝碼發生損傷），這是是不是說砝碼就成了標準物質呢？難道說一個物品是否是標準物質，就看它的使用方式嗎？

因為我們現在討論的問題是限定在計量學領域的問題，因此我認為，針對定義可以把我們的共同點放在一邊，即拋除均勻性、穩定性和用于測量過程的目的不管，那么剩下的就是標準物質與量具、儀器的區別關鍵了。
　　JJF1001給計量器具的定義是：“測量儀器  計量器具　measuring  instrument   ：單獨地或連同輔助設備一起用以進行測量的器具?！边@就是說“具有一種或多種確定了的特性”是標準物質比計量器具多出來的附加條件。
　　因此我還是堅持認為，硬度塊具備了標準物質的全部條件，應該屬于標準物質。但是，冶煉溫度測量用的快速熱電偶，雖然是投入鋼水中測量后就融化了，符合“自身是一次性的”使用這個條件，但是其特性卻無法“已確定”，鋼水的溫度高低必須通過二次儀表把快速熱電偶感應的信息顯示出來，顯示的溫度可能是1200℃，也可能是1300℃，所以快速熱電偶只能是計量器具的一種，而不能劃為標準物質。

順便補充一下，快速熱電偶是成批生產，成批購買的，一次有時要買成千件，檢定也是抽檢的，因為只要檢定了，這個熱電偶也就廢了，其他的快速熱電偶是否合格就看這些抽檢的熱電偶計量特性是否符合計量要求了，似乎具備了標準物質的定義要求，但是卻缺乏標準物質最根本的條件，就是它的特性必須是“已確定”。這種熱電偶就有點類似于鋼卷尺了，可以測量許多量值，所以不是標準物質。

版主所說的只能算是保證標準物質具有足夠一致性的手段，這是不用懷疑的。
所用的標準物質不是測不準，而是根本沒有測。這是兩個概念。
標準物質的特性同它是否一次性使用無關，這我沒有異議。我也只是強調標準物質其量值的來源。舉例中砝碼的值是直接測量這個砝碼“自身”得來的，沖擊以后還可以再次測量它（只不過再測時由于沖擊使得它的值發生了較大的變化），所以它還是計量器具而不是標準物質。

從嚴格定義上講，贊成把硬度塊看成標準物質（前面已經說過），我所強調的是要測量其“自身”而不能用“替代”，不是強調“一次性”。所說的熱電偶如果在使用前對其做了標定，那它就是計量器具，這和今后怎么使用無關；如果標定的是它的“同類”（由于數量大而用抽檢的方法不是我們討論的范圍），那它就是標準物質。

[ 本帖最后由 風吹石 于 2008-11-14 15:27 編輯 ]

從計量器具和標準物質的定義上看，“具有一種或多種確定了的特性”是標準物質比計量器具多出來的最主要的區別，因此我覺得還是要從這個區別入手來確定某一樣東西是標準物質還是其他計量器具。因此如何正確理解“具有一種或多種確定了的特性”這句話的含義成為關鍵，或者再簡單點，就是如何正確理解“具有確定了的特性”這句話的真實含義。我的理解是：
　?。奔热皇恰按_定了的”，那么它的特性不管是定量的特性還是定性地特性，就不能是變化的，換句話說也就是每一種特性就只能有一個值。硬度塊只有一個值，是符合的?？焖贌犭娕急M管是通過檢定它的同類來決定它是否合格，但是因為其測量的溫度值不是唯一的，所以不屬于標準物質。
　　２“具有確定了的特性”本身并沒有說用什么方法確定，不管是測量其“自身”還是通過測量其“替身”來確定，只要是“具有確定了的特性”就應該算滿足定義的規定。我認為，硬度塊和標準濾光片是測量其自身，標準鐵粉是測量其替身，都不影響他們屬于標準物質的結論。
　?。扯x并沒有說“確定了的特性”在使用后是否一定被破壞，就應該包括兩種情況。有的標準物質使用后“確定了的特性”被破壞，不能再使用，例如標準鐵粉。有的標準物質使用后“確定了的特性”仍然保持，可以繼續使用，例如標準濾光片。否則，建議標準定義以注的形式加以說明，例如“注：標準物質或其部分在用于測量過程后，將不能被用于另一個同樣的測量過程”。從而排除砝碼、量規、濾光片等。

回答第1條：是否把實物量具和計量器具的概念混淆了？實物量具也屬于計量器具的；
回答第2條：正是由于“具有了確定了的特性”，它才成為了標準物質，但計量器具也是具有確定了的特性的，所以這不能作為區別是計量器具還是標準物質的依據；
回答第3條：一次性使用也不是依據（前面已經說過）。
看來我的說明中關于“自身”的表述還不是很清楚，不好意思。

是的，實物量具也屬于計量器具的一種。現在討論的焦點就是標準物質與實物量具的差異，因為非實物量具與標準物質差異太明顯了。
　　計量器具也好、量具也好、實物量具也好，它們的定義與標準物質的定義相比，所缺少的正是這個“具有確定了的特性”。所以我認為，既然量具的定義不強調“具有確定了的特性”，它們的一種或多種特性就“可以是確定的，也可以是未確定的”。
　　比如鋼卷尺，經過檢定后我們確定了它的測量范圍和示值誤差就可以了，而對于它的某個刻度值到底是多長并不需要確定，可能這個刻度長一點，那個刻度短一點，其特性是不確定的。因此鋼卷尺只能是實物量具，不能是標準物質。快速熱電偶的溫度特性到底是幾度也不能確定，我們檢定后只能確定示值誤差，所以也只能是量具。
　　老兄如何理解標準物質的定義為什么要加“具有確定了的特性”這個條件呢，作為術語的定義都是嚴密和嚴謹的，而且是最簡明的啊，我想是不會輕易加這幾個字的吧。

一些檢定規程和校準規范需要計量機構自行配制溶液進行儀器檢定、校準，這些溶液是否屬于標準物質？
              3、進而下一個問題是：檢定校準中是否必須使用有證標準物質？經過用戶再處理（稀釋、混合等）的有證標準物質是否仍然算有證標準物質？
              4、倘若BW編號的標準物質屬于工作級（非有證）標準物質，那么許多其他系統如環保、醫藥的所謂對照品、標準品是否屬于有證標準物質（似乎皆有一紙證書）？又屬于哪一級標準物質？一級？二級？工作級？
就本人的工作談一下對以上一些問題的看法:
1、關于檢定規程中要求自行配制的溶液是否屬于標準物質的問題：目前的檢定規程中如果涉及到示值誤差等量值評價的指標時，必須使用有證標準物質，這樣才能保證量值的可追溯性，即溯源性。因此，計量單位自行配制的溶液進行檢定的項目通常是對沒有溯源性要求的性能指標進行評價時使用的，例如離子色譜儀線性檢定標準溶液。對于這類標準溶液不具有溯源性。因此，檢定校準中要根據實際檢測指標確定是否需要使用有證標準物質。
2、目前標準物質中醫療行業存在的質控品在許可證審批過程中也涉及到對溯源性的評價，但是，由于醫療行業的特殊性，諸多項目無法溯源，因此無法申請有證標準物質，但是該類物質在穩定性、均勻性也是經過考核，符合使用要求的，所以可以暫且把它們歸為工作級標準物質。

如果不具有確定了的特性，也就成不了標準物質，對定義中的這點沒有懷疑。
我所要表達的是：這個確定了的特性是如何得來的。這才是實物量具跟標準物質的區別所在。

所謂標準物質（Reference Material），首先必須是物質（material）或者翻譯成材料、原料、素材，而不是廣義的物質（matter）。由于這個詞匯是舶來品，國內的翻譯不盡相同：標準物質/參考物質……但終歸屬于一種材料（單一的或者復合的）。
        其次，我們要注意到“特性”這個詞。因為凡是標準物質，無論復現何種量值，都必須通過它本身的“特性”來反映。這種特性，無非是它的物理特性、化學特性、生物活性等，是一種“與生俱來”的內稟屬性，不是人為加工、改變而獲得，也不是可以用其他材料通過人為改造而可以替代的屬性，是這種材料（material）本質的反映。
        我認為只要抓住這兩點，就能夠區分標準物質和實物標準器。

        舉幾個例子（僅套用上述兩點判據，其他暫不論）。
1、砝碼不屬于標準物質。理由：砝碼雖然屬于某種材料（合金）制成，符合判據一，但它所復現的量值——質量，卻不是這種材料的特性，質量的大小可以通過人為調整。我們可以用銅、用鋼、用鉑、用銥，甚至可以你高興用木頭、用巖石都可以制造成相同質量的“砝碼”。這就是說質量的大小不依賴于你所選擇的材料（material）。所以它不是標準物質。
2、鈥玻璃（吸收型波長標準濾光片）屬于標準物質。理由：它是一種玻璃材料，摻入了一定量的稀土氧化物（氧化鈥）制成的。符合判據一。它所復現的特性量值是光譜吸收的特征波長，這種特征波長是“氧化鈥”這種化合物本身固有的性質，與它的濃度無關（不能通過人為增減氧化鈥的濃度而改變它的特征波長）。你不可能用其它元素或者化合物來替代氧化鈥而形成同樣的特征波長。符合判據二。所以鈥玻璃屬于標準物質。
3、氮氣中一氧化碳氣體屬于標準物質。理由：氮氣和一氧化碳氣體都屬于材料（material）。符合判據一。一氧化碳的濃度是這種混合氣體所復現的特性量值。但這種特性量值其實包含兩層意思：1是它具有一定的濃度（可以人為改變）；2是它的濃度反映的只能是一氧化碳這一種物質，而不是其他物質（如二氧化碳），在這一方面是不可以人為改變的，也不可以用其它物質替代的，是它的本質屬性。（在這方面混合氣體與化學中的標準溶液類似）符合判據二。所以氮氣中一氧化碳氣體屬于標準物質。

標準物質必須具備以下特征：1、材質均勻；2、性能穩定；3、定值準確；4、附有證書；5、能夠大批量生產；6、具有與待測物質相近的組成和特性。
我國對標準物質的定義為：經很好確定其一種或幾種特性、用于校準某一裝置、評價測量方法和確定材料特性量值的物質或材料。

2、一些檢定規程和校準規范需要計量機構自行配制溶液進行儀器檢定、校準，這些溶液是否屬于標準物質？

這些溶液應該屬于標準溶液，是按GB/T601制備的。

是否可以用：以可溯源到（SI）單位的是計量器，無法溯源到（SI）的單位的是標準物質。