标准物质新老定义的理解与比较

2010-04-10于亚东

化学分析计量 2010年4期

于亚东刘媛

(中国计量科学研究院，北京 100013)

导则30：1992和《国际计量学词汇》第2版(VIM2)中给出的“标准物质(RM)”和“有证标准物质(CRM)”的定义是在20世纪80年代基于当时主要RM研制者和使用者群体的需求和经验由包括国际计量局(BIPM)和国际标准化组织(ISO)在内的7个国际组织共同制订的。随着标准物质在时间和空间上保证分析测量结果的可比性和可靠性方面的基础作用日益显现，人们对分析测量科学和质量保证重要性的认识不断提高，研究、制备、管理、经营和应用标准物质的机构和人员数量不断增加，对于这些术语有必要重新进行描述、解释和说明，以避免在重要概念和术语系统方面产生混淆。但是，由于国际组织间的工作协调与沟通上存在着一定的问题，术语的修订工作进程和内容都出现了一些差异。全球的分析测量工作者、标准物质管理者、研制者和使用者现在要面对两套标准物质的定义，这使业内人士对这些术语的使用效果和影响产生了些许担心和忧虑。为帮助业界人士了解国际上在标准物质术语定义方面的变化和差别，笔者对标准物质的新老定义进行了比较。

1 VIM2和ISO指南30：1992中的原定义

1.1 标准物质(RM)(参考物质)

具有一种或多种足够均匀和很好确定了的特性值(原文为property value, JJF 1005-2005的定义中没有“值”,笔者注)，用以校准测量装置、评价测量方法或给材料赋值的一种材料或物质。

注：标准物质可以是纯的或混合的气体、液体或固体。例如校准粘度计用的水、量热法中作为热容量校准物的蓝宝石、化学分析校准用的溶液[1]。

在这个定义中用了两个英文名词来表示RM的属性，材料或物质(material or substance)。在英文中，这两个名词都有物质的含义，因此RM转变为中文时称为“标准物质”。根据此定义，一种标准物质应该具有一种或多种特性(值)，这些特性(值)应该是足够均匀的。需要注意的是，该定义中强调的是特性的均匀性，而非物质的均匀性；另外，该定义明确给出了标准物质有3大用途，即校准测量装置、评价测量方法和给材料赋值。

在定义的注释中，对标准物质可能存在的物理状态及化学组成进行了进一步说明。从注释中可以得到如此信息：(1)标准物质可以普通物质的3种基本状态出现；(2)标准物质的化学成分千变万化，可以是任何元素、分子的组合，实际上标准物质首先是物质，因此就有3种基本状态；(3)标准物质是经过特殊加工处理，可以满足与分析测量特定用途有关要求的物质。

1.2 有证标准物质(CRM)(有证参考物质)

附有证书的标准物质，其一种或多种特性量值用建立了溯源性的程序确定，使之可溯源到准确复现的表示该特性值的测量单位，每一种认定的特性量值都附有给定置信水平的不确定度。

注1： “证书”参见“标准物质证书”的定义。

注2：有证标准物质一般成批制备，其特性量值是通过对代表整批物质的样品进行测量而确定，并具有规定的不确定度。

注3：当物质与特制的器件结合时，例如已知三相点的物质装入三相点瓶、已知光密度的玻璃组装成透射滤光片、尺寸均匀的球状颗粒安放在显微镜载片上，有证标准物质的特性有时可方便、可靠地确定，上述这些器件也可以认为是有证标准物质。

注4：所有有证标准物质均应符合我国计量规范JJF 1001-1998《通用计量术语及定义》中给出的“国家测量标准”的定义。

注5：有些标准物质和有证标准物质，由于不能和已确定的化学结构相关联或出于其它原因，其特性不能按严格规定的物理和化学测量方法确定。这类物质包括某些生物物质，如疫苗，世界卫生组织已经规定了它的国际单位。

该定义重点强调了以下几点：

(1)强调了有证标准物质(CRM)是标准物质(RM)中的一个特殊类别，须附有符合一定要求的认定证书。根据以上定义，有证标准物质(CRMs)是标准物质(RMs)的子集，即标准物质可以是有证标准物质，也可以是非有证标准物质。但“标准物质”这个术语常被误用作表示非有证标准物质。

(2)强调了认定证书中给出的认定特性值(certified property value)具有溯源性，因为该值是通过建立了溯源性的严格测量程序测定的，所以保证了认定值溯源到准确复现的表示该值的测量单位。

(3)强调了认定的特性值须附有不确定度，因为没有不确定度的测量结果不是一个完整的结果，所以认定特性值必须都附有给定置信水平下的测量不确定度[2,3]。

由于认定证书是有证标准物质的重要技术证明和使用者的重要信息来源，因此可以认为它是有证标准物质的重要组成部分。为使研制(生产)认定机构与使用者之间的这种信息传递方式更加有效，认定者发布的信息能够满足使用者的要求，国际标准化组织/标准物质委员会(ISO/REMCO)制订了有证标准物质证书的定义和有关标准物质证书的指南(ISO指南31)。上述定义的注释1就是提醒用户在涉及证书时参考证书的定义。

注释2是对有证标准物质的制备(生产)方式、定值测量原理和要求进行了一个简单的陈述，关于这些方面更具体的描述和要求可以参考相关指南[4，5]。

注释3举例说明了一些有证标准物质的特殊形态。特制器件与某些物质结合在一起，参与了对特性值的定值测量和复现特性值的测量，它们的性质直接影响到有证标准物质特性值的测量结果，因此可以把这些器件考虑作为这些有证标准物质的重要组成部分。

英文版中的注释4指出：所有的有证标准物质都应符合国际计量学基本通用术语(VIM)中给出的测量标准或标准器的定义。由于我国的计量技术规范JJF 1001-1998《通用计量学术语及定义》是等同采用VIM，所以在计量技术规范JJF 1005-2005《标准物质常用术语和定义》的有证标准物质定义注释4中要求：所有有证标准物质均应符合我国计量技术规范JJF 1001-1998中给出的“国家测量标准”的定义。

注释5注意到一个事实：现行的SI单位制并不能覆盖所有分析测量。遇到这类测量溯源性问题时，就需要寻求其它解决问题的途径。通常是要看其它国际权威机构是否定义并复现了相应的国际单位，如果没有的话，则要使测量参考至协议的有证标准物质，特定的方法或公议测量标准。为了在全球取得测量结果的溯源性和可比性，国际计量委员会(CIPM)开展的多边互认(MRA)也是按照这一思路进行的。

2 国际标准化组织/标准物质委员会的新定义

国际标准化组织/标准物质委员会(ISO/REMCO)经过长期讨论，终于在2005年年会上批准了下列有关标准物质的新定义。

2.1 标准物质 (RM)(参考物质)

物质，相对于一种或多种已确定并适合于测量过程中的预期用途的特性足够均匀、稳定。

注释 1:标准物质是一个通用术语。

注释 2:特性是定量的或定性的，例如物质或核素(species)的特性。

注释 3:用途包括测量系统的校准、测量程序的评价、为其它物质赋值和质量控制。

注释 4:一种标准物质只能用于特定测量中的一个目的。

新定义在注释1中指出这样一个事实：“标准物质”应被理解为一个“家族名称”。这是考虑到时下在使用者、生产者、标准化和认可机构及它们的评审员中间存在着一些糊涂的概念。他们将“标准物质”(RM)一词即用于所有标准物质(RMs )——包括CRMs，又用于未认定的那部分标准物质(RMs)。由于概念上的混淆，在分析测量、实验室认可及合格评定实践中造成了不必要的麻烦和冲突。ISO/REMCO将来可能会使用另一术语来区别后一类标准物质。但人们应清楚地了解，在上述定义中规定的均匀性和稳定性要求是对于所有标准物质的基本条件，无论是认定的(certified)还是未认定的(non-certified)。

ISO/REMCO认为:定性测量的数量在许多分析测量实验室发挥着愈来愈大的作用。它们的质量保证(QA)和质量控制(QC)问题已经到了不容忽视的地步。注释2考虑的就是要为对此类测试提供适当的质量保证(QA)/质量控制(QC)工具。例如化合物的鉴别，主要是分子结构的鉴别。这个新定义使此类方法的确认和验证也能得到标准物质的支持。另外，此前的标准物质定义关注的重点是定量测量(quantitative measurement)而没有顾及到定性测量(qualitative measurement )。ISO/REMCO新定义在定量测量向定性测量上的突破也成为新老定义之间的主要区别之一。

注释3是对标准物质的典型用途进行了进一步详细说明。与原定义相比，新定义清楚说明了一种特定的标准物质也许适合于一种或多种用途，但不一定适合于所有其它用途。例如一种标准物质也许适用于质量控制，但不适用于校准。这种考虑进一步支持了术语“RM”的一般属性，因为认定或未认定的标准物质通常有可区别的特征，未认定的标准物质对QA/QC来说有更严格的适用性。

注释4应理解为是对一些实验室和分析测试行业错误作法的一种警示。一种标准物质不能在同一测量中同时用于两种不同的目的，如既作为校准物质又作为质量控制物质；而另一方面，一种标准物质在一种测量程序制订和确认过程中可用于评价它的可靠性；这种标准物质也可用于该确认过的测量程序进行测量时的质量控制。显然，这条基于积累的标准物质应用经验而产生的注释，对在分析测量过程中正确使用标准物质具有很强的指导意义。

2.2 有证标准物质 (CRM)(有证参考物质)

根据对上述新定义注释1的解释，“有证标准物质”(CRM)是标准物质(RM)中的一个特殊类别，它们具有其它一些特性，这个类别目前被REMCO定义如下。

标准物质，用计量学上有效程序对一种或多种特性定值，附有提供了特性值、值的不确定度和计量学溯源性描述的证书。

注释 1:“值”的概念包含定性属性(qualitative attribute)，如同一性(identity)或序列。这种属性的不确定度可以用概率表示。

注释 2: ISO指南34和35及其它指南中，给出了用于标准物质生产和认定的计量学上有效程序。

注释 3: ISO指南31给出了关于证书内容的指导。

有证标准物质的这个新定义考虑到了当前“溯源性”一词被用于识别产品的来源和监管链，例如，食品的追溯链。因此使用了形容词“计量学的”(metrological)来限定这个定义。新版VIM(VIM3)中也采用了同样的方式限定“溯源性”这个词所涉及的内容。

注释1再次关注到了定性分析日益增长的重要性。适当的CRMs必需服务于这种分析测量的质量保证(AQA)需求。但在多数情况下，对于定性分析结果的不确定度评估问题还需进一步研究解决。显然，现行的“测量不确定度表达指南”(GUM)并没有覆盖这个方面，真正解决问题还需新概念、新理论与实践的发展。REMCO已成立了一个工作组专门研究定性分析用标准物质相关技术问题。

注释2和注释3指出了应该参照的相关ISO指南。但这两个注释未做详尽说明。标准物质研制(生产)和认定有关的其它一些描述和特殊指南应该与上述定义的标准物质(RMs)要求完全一致。

3 VIM3中标准物质的定义

3.1 标准物质(RM)(参考物质)

物质，相对于为适合在测量或标称特性检查中使用而确定的某些特性足够均匀和稳定。

注释1：标称特性检查提供标称特性值和相关不确定度，该不确定度不是测量不确定度。

注释2：赋予量值或未赋予量值的标准物质都可用于测量精密度控制，但只有赋予量值的标准物质才能用于校准或测量正确度控制。

注释3：“标准物质”包括含有量以及标称特性的物质。含有量的标准物质举例如下：

(1)规定纯度的水，其动态粘度用以校准粘度计；

(2)没有对固有胆固醇物质的量浓度赋予量值的人血清只可用作测量精密度控制物质；

(3)含有设定二噁英质量分数的鱼组织，用作校准物质(器)(calibrator)。

含有标称特性的标准物质举例如下：

(1)指明一种或多种特定颜色的比色图；

(2)含有某种特定核苷酸序列的DNA化合物；

(3)含雄(甾)烯二酮(19-androstenedione)的尿。

注释4：标准物质有时与特制的装置组装成一体。

例1：在三相点单元中已知三相点的物质。

例2：置于透射滤光器支架上已知光学密度的玻璃。

例3：安放在显微镜载玻片上尺寸均匀的微球。

注释5：有些标准物质具有计量学上溯源到单位制以外的测量单位。这样的物质包括疫苗，其国际单位(IU)已经由世界卫生组织(WHO)赋值。

注释6：在某个特定测量中，给定标准物质只能用于校准或质量保证。

注释7：标准物质的规格应包括物质的追溯性，指明其来源和加工过程(Accred. Qual. Assur.:2006)。

注释8：国际标准化组织/标准物质委员会(ISO/REMCO)有类似的定义，但使用术语“测量过程”来意指‘检查’(examination)(ISO 15189：2007，3.4)，它包含了量的测量和标称特性的检查[6]。

VIM修订版中的新定义强调了标准物质的一个基本品质要求，就是要相对于一种或多种所关心的特性足够均匀和稳定，这一点与ISO/REMCO的新定义是相同的。与原定义相比，两个新定义都强调的是物质(材料)相对于相关特性的均匀性和稳定性，而不是特性的均匀性和稳定性问题。VIM与REMCO都注意到分析测量发展的新需求，但由于关注的角度不同，所以认识与表述也出现了较大的差异。

VIM的定义中认为物质中包含的某些特性不是“量”(量是“可用一个数和一个参照对象表示大小的现象、物体或物质的属性。”笔者注)，而是“标准特性”(不以大小区分的现象、物体或物质的特性。笔者注)，前者的表征过程是一个测量过程，而后者的表征过程则是对标称特性的检查过程。正如注释8中指出的，在REMCO的标准物质定义中将这两个过程统称为“测量过程”，包括“定量测量”和“定性测量”，这与计量学中的一些基础概念产生了冲突。正因为两个定义上存在着概念差异，为了帮助定义的使用者能够更好地理解，VIM新定义采用了较多的注释和举例进一步说明正文中的含义。

注释1中进一步说明了标称特性表征结果的性质，从中可以看到，“标称特性值”不是“量值”，其相关不确定度也不是“测量不确定度”，这就为有证标准物质(CRM)的定义打下了基础。

注释2对含有量的标准物质的使用进一步进行了界定。含有量的标准物质，无论是否已经赋值，都可以用于精密度(现在倾向于用重复性来代替)的控制，但是只有已被赋予了量值的标准物质才能用于校准或测量正确度(measurement trueness)的控制。含有标称特性的标准物质是不能用于精密度控制的。这样的界定从根本上也是来自于预期用途的要求。

注释3举例说明哪些物质可称为标准物质，其一是那些含有量(quantity)的物质，其二就是那些含有标称特性(nominal property)的物质。从举例中来看，VIM所指“标称特性检查”的内容包含了REMCO“定性测量”的所有内容。

注释4与VIM和ISO/REMCO原有标准物质定义的注释3中有相似的内容，所用的大部分例子是相同的。但新定义的注释强调的是与特种装置结合在一起的“物质”本身，而不像原定义的注释3那样，把特种装置与物质一起考虑成为(有证)标准物质。

与原定义中遵循的溯源性政策一致，注释5指出：标准物质含有的那些量也可以用其它国际公认单位表征，当然，这只是在现行单位制不能满足测量需要时才可能出现的情况。这条注释表述的意思与原定义注释5中的内容十分接近，但在REMCO的新定义中没有相似的表述。

注释6的内容与ISO/REMCO新定义中的注释4相似，要求使用者不要在同一个测量程序中采用同一个标准物质既作校准又作质量控制。显然，在同一测量程序中，将一种标准物质用于多个目的也许是当前许多实验室中存在的误用标准物质的一个典型案例。

注释7中提出标准物质应该有物质的追溯性。这是一个新的而十分合理的要求。但目前的相关技术指南中还没有这样一个规范的描述。物质追溯性的描述应包括在认定报告(certification report)还是在证书(certificate)中仍需进一步讨论并最终要有一个明确的要求。REMCO的定义中没有关于物质追溯性的要求，也许VIM3的修订团队要比REMCO的团队更严谨、严格一些。

3.2 有证标准物质 (CRM)(有证参考物质)

标准物质，附有由权威机构发布的文件，提供使用有效程序获得的具有相关不确定度和溯源性的一个或多个特性值。

例：赋有胆固醇浓度量值并在所附证书中说明相关测量不确定度的人血清，用作校准物质(器)或测量正确度控制物质。

注释1：“文件”是以“证书”的形式给出(参见ISO指南31:2000)。

注释2：有证标准物质的制备和认定程序在ISO指南34和35中给出。

注释3：本定义中，“不确定度”既包含了“测量不确定度”也包含了“标称特性(例如同一性和序列)值的相关不确定度”。“溯源性”既包含了量值的“计量学溯源性”也包含了“标称特性值溯源性”。

注释4：有证标准物质中的特性量值要求具有相关测量不确定度的计量学溯源性(认可与质量保证：2006)。

注释5:国际标准化组织/标准物质委员会(ISO/REMCO)有类似的定义(认可与质量保证：2006)，但在提及量和标称特性处使用了修饰词“计量学的”(metrological)和“计量学地”(metrologically)。

与原定义相比，无论是ISO/REMCO的新定义还是VIM3的新定义都相对简练得多。两个新定义都包含附有一个“文件(documentation)”的要求，在ISO/REMCO定义中直接称之为“证书(certificate)”，并进一步对证书应提供的有关值、值的不确定度及溯源性等重要信息做了规定，同时在注释3中提请人们参考有关证书内容的指南，ISO指南31。在VIM3的定义中则是在注释1中将“文件”解释为“证书”。这个证书应符合ISO指南30中定义的要求，即陈述标准物质一种或多种特性值及其不确定度，证明已执行保证其有效性和溯源性的必要程序的有证标准物质的文件。两个定义对于证书中应有的内容没有大的差别，最大区别就在于对证书发布的主体规定上。原定义和REMCO新定义以及ISO的相关导则对证书发布主体没有提出什么特别的要求，在VIM3定义则要求证书发布的主体应该是“权威机构(authoritative body)”。这个“权威机构”应该是技术权威机构，应该在分析测量和标准物质研制领域享有一定声誉，已经证明具有较强分析测量能力和研制能力的权威机构。

与原定义表述的重要不同之处是：两个新定义的正文中都提到采用“有效程序(valid procedure)”获得(obtain)特性值或给认定(certify)特性,并分别在各自的注释2中提及：在ISO指南34和ISO指南35给出了制备(生产)和认定标准物质的有效程序。既然都是参照相同的“有效程序”来开展制备(生产)和认定，那么两个定义中所指的有证标准物质本质上就不会有多大的区别。这样就很好地回答了“两个定义到底有何不同”的疑问。

VIM3中的标准物质定义认为：特性包含“量”和“标称特性”；值包含“量值”和“标称特性值”。因此，对应着特性值的双重含义，不确定度也包含给量定值时的“测量不确定度”和给标称特性赋值时的不确定度。“溯源性”也包含量值的(计量学)溯源性和“标称特性值溯源性”。人们注意到，VIM3定义的注释4中规定有证标准物质的特性量值要具有相关测量不确定度的计量学溯源性。“标称特性”的表征是否能建立计量学意义上的“溯源性”还需要更多的讨论和研究。