标准物质的研制与应用.ppt

1、1,标准物质的研制与应用,韩永志,2,目录,一、标准物质及其作用 二、我国标准物质的管理及其发展 三、国外标准物质的现状 四、标准物质的制备 五、标准物质的均匀性及其检验 六、标准物质的稳定性及其检验 七、标准物质的定值 八、有证标准物质的使用,3,一、标准物质及其作用,标准物质是具有准确量值的测量标准，它在化学测量、生物测量、工程测量与物理测量领域得到了广泛的应用。标准物质具有以下特点：,4,（1）标准物质的量值只与物质的性质有关，与物质的数量和形状无关； （2）标准物质种类多，仅化学成份量标准物质就数以千计，其量限范围跨越12个数量级； （3）标准物质实用性强，可在实际工作条件下应用，即可

2、用于校准检定测量仪器，评价测量方法的准确度，也可用于测量过程的质量评价以及实验室的计量认证与测量仲裁等； （4）标准物质具有良好的复现性，可以批量制备并且在用完后再行复制。,5,标准物质的定义,按照“国际通用计量学基本术语“和“国际标准化组织指南30“，标准物质有如下定义： （1）标准物质（Reference Material）（RM）具有一种或多种足够均匀和很好确定了的特性值，用以校准设备，评价测量方法或给材料赋值的材料或物质。,6,标准物质的定义,（2）有证标准物质（Certified Reference Material）（CRM）附有证书的标准物质，其一种或多种特性值用建立了溯源性的程

3、序确定，使之可溯源到准确复现的用于表示该特性值的计量单位，而且每个标准值都附有给定置信水平的不确定度。,7,标准物质的定义,（3）基准标准物质（Primary Reference Material）（PRM）这是一个比较新的概念。国际计量委员会（CIPM）于1993年建立了物质量咨询委员会（CCQM），在1995年的物质量咨询委员会会议上提出了如下定义：,8,标准物质的定义,基准方法（Primary Method of Measurement）（PMM）具有最高计量品质的测量方法，它的操作可以完全的被描述和理解，其不确定度可以用SI单位表述，测量结果不依赖被测量的测量标准。 基准标准物质：一种

4、具有最高计量品质、用基准方法确定量值的标准物质。,9,标准物质的分类,按标准物质的技术特征分类，通常可以分为三类： （1）化学成份或纯度标准物质 （2）物理化学特性标准物质 （3）工程技术特性标准,10,标准物质的分类,按学科专业分类，国际标准化组织标准物质委员会（ISO/REMCO）将标准物质分为十七类，它们是：1、地质学；2、物理化学；3、核材料、放射性材料；4、环境；5、有色金属；6、黑色金属；7、塑料、橡胶、塑料制品；8、玻璃、陶瓷；9、生物、植物、食品；10、生物医学、药物；11、临床化学；12、纸；13、石油；14、无机化工产品；15、有机化工产品；16、技术和工程；17、物理学和

5、计量学,11,标准物质的分类,按标准物质的用途分类，通常可以分为： （1）用于产品交换，即国内外贸易用的标准物质； （2）用于质量控制，即用于生产流程的监测、产品的检验的标准物质； （3）用于特性测定的标准物质； （4）科学研究用的标准物质。,12,标准物质的分级,一般分为一级标准物质和二级标准物质。一级标准物质主要用来标定比它低一级的标准物质或者用来检定高准确度的计量仪器或用于评定和研究标准方法或在高准确度要求的关键场合下应用。二级标准物质或工作标准物质一般是为了满足本单位的需要和社会一般要求的标准物质，作为工作标准直接使用，作为现场方法的研究和评价，日常实验室内质量保证以及不同实验之间的质

6、量保证，即用来评定日常分析操作的测量不确定度。,13,标准物质的作用,（1）标准物质在质量监控中的作用我国原地矿部于1978年制定了区域化探全国扫面计划，在这项计划中要在我国内地及沿海二百多万平方公里的山区及丘陵地区按若干平方公里采取一个样来进行地球化学扫面以探明矿产资源情况。此项工作由各省地矿局中心实验室组织。为防止过去曾出现的地区之间和省际之间图幅拼接出现台阶产生偏倚，国家组织研制了水系沉积物（12种）、土壤（8种）、岩石（10种）、金（7种）等标准物质，并在化探扫面工作中在全面范围内统一采用密码插入这些标准物质进,14,行质量监控，有效地控制了不同时间、不同方法及不同实验室间的测试偏倚，

7、使得此项工作在完成国土460万平方公里，占全国可工作面积的70%，共测试100多万个样品，取得了4亿多个定量测试数据，保证了这些数据的全国性比对和成图，显著提高了成矿异常的分辩率和找矿效果。据对19791990年12年间根据此项成果发现的大、中型有色金属和金矿床计59处。此地球化学图件不仅在地矿行业而且在农业、环境和卫生领域都发挥了重要作用，它所提供的信息具有巨大的潜力，成为我国地球化学领域的宝贵财富，并为国际地球学界所瞩目，公认为国际地球化学填图的典范，这一卓越成就的实现，标准物质所起的作用是特别巨大的。,15,目前我国钢铁产品已突破1亿吨，原材料和产品均需经过化验，因此冶金生产一天也离不开

8、标准物质。由于我国中小型企业多，生产中仍多采取湿式化学分析，消耗的标准物质量大。据估计每年消耗的标准物质在20000kg以上。随着对产品质量要求的提高，我国冶金标准物质品种发展很快，目前经国家批准的一级、二级标准物质和原冶金部发布的行业标准物质已达2388种，仪器用标准物质137套，单点仪器用标准物质42种。这些标准物质在冶金产品质量保证中起到了良好的作用。,16,自本世纪70年代以来，各国政府相继制定了环境保护法和环境质量标准。在大气质量标准中都规定了总悬浮颗粒物标准，我国的一些大城市如北京市，每天都公布可吸入颗粒物监测数据。我国北方干旱、半干旱地区面积广，植被稀少，风沙大，一旦遇到东亚季风

9、或大风时容易起沙，并把沙土表面的微细颗粒物送入空中，造成我国北方地区大面积的空气混浊，形成严重污染。为了控制和监测污染状况，我国研制的黄沙和模拟黄沙标准物质对大气颗粒物检测的质量管理和仪器校正，对我国北方大气颗粒物来源和组分的分析与研究，对沙漠及土壤的分析测定与研究都产生了重大的作用。标准物质在产品标准制定，验证与实施方面，在产品检验和认证机构的质量控制和评价方面，在实验室的认可方面都起着重要作用。,17,（2）标准物质在计量学中的作用标准物质为某些国际单位制基本单位与导出单位的复现所不可缺少，如用高纯铯133、水、碳12、高纯三氧化二铝来分别复现单位秒、温度“开”、物质的量的单位“摩尔”、热

10、容等。标准物质传递量值的方式也引起了量值传递方式的变革。 （3）标准物质在实现工程特性量约定标定中的作用在辛烷值标度、浊度单位、煤的烧结力以及pH标度等方面标准物质起着复现与传递这些约定标度作用。,18,（4）标准物质在发展分析测试技术中的作用标准物质与分析测试技术是密不可分的，现代分析测试技术已经从经典的、单一的、简单的基体的测试，逐渐演化为现代分析仪器为主的、多组分、痕量、复杂基体测试，分析测试的难度和复杂程度大幅度增加。例如在临床分析中，血清中的胆固醇的测试是采用酶转换法，这种分析测试方法受试剂和基体的影响非常大，不同批次的试剂、血清放置的时间、温度都会使测定结果产生偏差，根据卫生部门1

11、991年的调查，北京、天津、上海三市206所医院实验室间分析测试血清中总胆固醇含量的相对标准偏差达到6.8%-10.8%，个别实验室的偏差超过30%。考虑到血清中胆固醇测量的不确定因素，产生这样的偏差是难免的。卫生部,19,老年医学研究所为此研制了血清中胆固醇标准物质，在使用了标准物质并统一了试剂后，这些实验室间的相对偏差显著下降为3.9%-5.3%。又如，我国开展纳米材料的研究已经比较长的时间，但研究成果一直没能很好地应用推广，主要原因是是纳米材料颗粒测试问题没有解决，产品质量不能保证。由于没有纳米颗粒的标准物质检验测试方法，测试结果无法满足实际要求。随着高纯材料、环境科学、食品卫生、临床分

12、析与资源的深度开发，痕量分析技术也有很大的发展，而痕量分析技术的发展又依赖于痕量组分标准物质。由于分析实验室采用痕量组分标准物质，大大提高了分析结果的可靠性。,20,目前大量国外临床检验用分析仪器进入我国，由于缺乏相应的标准物质，许多检验数据都缺乏可比性。如同一肝炎患者在两家不同医院化验转氨酶，往往得到相差甚远的结果，这是由于没有统一的量值准确可靠转氨酶，各家医院的转氨酶活力量值的不一致所造成的。因此研制一系列蛋白质标准物质和非蛋白氮、葡萄糖等标准物质在临床生化领域就显得十分必要。,21,二、我国标准物质的管理及其发展,我国按照“计量法”和“标准物质管理办法”的规定，将标准物质作为计量器具施行

13、法制管理。 1 我国标准物质的分类、分级和管理 （1） 标准物质的分类我国将标准物质分为13类，分类情况参见表2-1。 （2） 标准物质的分级我国将标准物质分为一级与二级，它们都符合有证标准物质的定义。,22,一级标准物质符合如下条件： A用绝对测量法或两种以上不同原理的准确可靠的方法定值。在只有一种定值方法的情况下，用多个实验室以同种准确可靠的方法定值； B准确度具有国内最高水平，均匀性在准确度范围之内； C稳定性在一年以上，或达到国际上同类标准物质的先进水平； D包装形式符合标准物质技术规范的要求。,23,二级标准物质符合如下条件：A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

14、法定值。B准确度和均匀性未达到一级标准物质的水平，但能满足一般测量的需要；C稳定性在半年以上，或能满足实际测量的需要；D包装形式符合标准物质技术规范的要求。,24,（3） 标准物质的编号 一级标准物质的编号是以标准物质代号“GBW”冠于编号前部，编号的前两位数是标准物质的大类号，第三位数是标准物质的小类号，最后二位是顺序号。生产批号用英文小写字母表示，排于标准物质编号的最后一位。二级标准物质的编号是以二级标准物质代号“GBW（E）”冠于编号前部，编号的前两位数是标准物质的大类号，后四位数为顺序号，生产批号用英文小写字母表示，排于编号的最后一位。,25,（4） 标准物质的管理国家质量技术监督局对

15、标准物质的申报、技术审查、定级、批准发布都作出了明确的、严格的规定。经批准的标准物质都核发制造计量器具许可证和标准物质定级证书。目前被批准的国家一级标准物质有1334种（其中含基准物质108种），二级标准物质2346种。这些标准物质分布情况见表2-1,26,表2-1国家质量技术监督局批准、发布的国家一级、二级标准物质分布一览表,27,2标准物质的溯源体系 标准物质的量值传递系统见图2-1。,28,由国际标准化组织标准物质委员会给出的标准物质溯源体系见图2-2。,图2-2 ISO/REMCO绘制的溯源体系图,29,3标准物质定值的组织系统 标准物质定值的组织系统见图2-3,30,31,4标准物质

16、的信息交流 为了快速、准确的查询世界范围内最新、最全的标准物质信息，促进标准物质在世界范围的应用与推广，实现高质量的信息服务和进行国际间合作与交流，由中国国家标准物质研究中心、法国国家测试所、美国国家标准技术研究院、英国政府化学家研究所、德国国家材料研究所、日本国际贸易和工业检验所、前苏联全苏标准物质计量研究所等七个国家的实验室，于1990年共同创立了国际标准物质信息库，简称COMAR信息库。该信息库按照钢铁、有色金属、无机、有机、物理和技术特性、生物和临床、生活质量、工业等八大应用领域七十多类标准物质，对每一种标准物质的应用领域、CRM名称、用途、包装、,32,CRM形状、元素成份、分子成分

17、、物理技术特性、工程特性、 CRM研制者及研制国家等信息进行详细的记录。目前COMAR信息库存储10766种标准物质信息，提供信息的国家也由创始的七个国家发展到十九个国家。COMAR信息库为世界范围内标准物质的研制和发展提供宝贵的、最新、最权威的信息。,33,三、国外标准物质的现状,国际组织标准物质的现状 许多国际组织在标准物质领域都开展了大量的研究与应用工作。例如，国际法制计量组织（OIML）的第27秘书处“法制计量中标准物质使用一般原理“就在标准物质术语、分类、计量特性及标准化、定值原理、使用原则、证书内容、比对方法及标准物质信息等方面起草了许多国际建议；国际原子能机构（IAEA）在岩石、

18、土壤、生物及食品等方面研制了近百种放射性及材料标准物质；,34,国际理论与应用化学联合会（IUPAC）在物理化学特性标准物质研制中做了大量工作；欧洲经济共同体（EEC）的标准物质管理局（BCR）为统一共同体内部各国的量值，研制了近400种与生产、环境及人体健康有关的标准物质；世界卫生组织（WHO）及国际临床化学联合会（IFCC）也都在医学与卫生领域研制了大量的标准品。国际标准化组织（ISO）标准物质委员会（REMCO）是目前各国际组织中标准物质合作方面最有影响的国际组织。其主要任务是：,35,（1）制定有关标准物质研制、生产、鉴定和使用的技术文件，目前已制定的文件有ISO指南6，在国际标准中关

19、于标准物质的陈述；ISO指南30，标准物质常用术语及定义；ISO指南31，标准物质证书内容；ISO指南32，分析化学中的校准与标准物质的使用；ISO指南33，有证标准物质的应用；ISO指南34，标准物质研制的质量系统；ISO指南35，标准物质定值的一般原则和统计学原理；以及“在分析化学中在达到质量要求过程中标准物质的作用“小册子。,36,REMCO对ISO理事会能起到技术咨询作用，对ISO下设各技术委员会（TC）能起到提供标准物质的指南，为制定国际标准提供指导的作用。所有这些文件也同时提供世界范围内的标准物质研制者和用户使用，促进国际间的标准物质的交流和合作。 （2）收集和出版关于标准物质的情

20、报。例如编辑出版国际标准物质目录，调查正在生产和计划生产的标准物质，确定对新的标准物质的需要，建立标准物质数据库和编码情报索引等。,37,（3）和其它国际组织协调标准物质工作，加强国际组织间的合作。REMCO下设六个工作组，其任务如下： 第1工作组（体系任务组） A把ISO指南30的进一步修订与国际通用计量学词汇的修订相协调以便两个文件互相配合。 B研究标准物质定义、种类、水平及分类，推荐一个文件供REMCO审议。 CCRM的互相比较。 D对ISO技术委员会（TC）制订的有关标准物质文件施加影响。,38,第2工作组（校准任务组） A研究使用标准物质进行校准的数学模式，包括统计学模式，起草适当的

21、指南给CRM用户。 B当定值数据是由多种方法、多个实验室相关方法分析或其组织时，研究其数学模式，帮助CRM研制者确定定值水平。 C收集并传播现有的和在制造中的（包括计划中的）标准物质的数据库； D收集并提供关于用标准物质校准仪器和方法的文件。,39,第3工作组（宣传任务组） A为ISO和IEC（国际电工委员会）、各国际组织、各国研究所、标准物质代理机构的联系创造条件，并对CRM的用户确定他们对CRM的需求以及把这些信息传递给标准物质研制者。 B把现有的CRM通报给各技术委员会，鼓励在标准中适当的表达CRM。 C帮助组织研讨班，研讨会和示范活动，并和DEVCO（发展中国家委员会）合作，训练潜在用户。 D帮助REMCO研究对CRM的进一步需求，并准备有关的建议提供给委员会。,40,第4工作组（鉴定任务组） A评估对CRM研制的鉴定要求。 B收集、评价并分析有关RM研制的鉴定的观点及文件。 C就RM研制鉴定要求提供适当的国家和国际组织的联系。 D制定对RM研制的鉴定的ISO指南草案。第5工作组（取样任务组） A对颗粒状物质类型的标准物质的制备和使用中取样的作用信息的收集。 B对ISO指南35准备一个附件草案，有关样品均匀性和稳定性的评价。 C准备一份关于颗粒物质取样的文献目录。,