标准物质新老定义的理解与比较
TheUnderstandings&ComparasonsamongtheOld&NewDefinationsofRMs
中国计量科学研究院于亚东刘媛
1引言
ISO导则30：1992和国际计量学词汇第二版（VIM2）中给出的“标准物质（RM）”和“有证标准物质（CRM）”的定义是在上世纪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）在内的七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（AQA）重要性认识不断提高，研究、制备、管理、经营和应用标准物质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、研制者和使用者也许要面对两套标准物质的定义，这使我们对这些术语的使用效果和影响产生了些许的担心和忧虑。为帮助业界人士了解国际上在术语定义方面的变化和差别，本文作者试图根据自己的理解在标准物质新老定义之间作一比较。
2VIM2和ISO导则30：1992中的原定义
标准物质（RM）referencematerial(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。
*原文为propertyvalue,计量技术规范JJF1005-2005《标准物质常用术语和定义》的定义中没有值。（作者注）
在这个定义中用了两个英文名词来表示了RM的属性，材料或物质（materialorsubstance）。在英文中，这两个名词都有物质的含义，因此，RM转变成为中文时称为“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三大用途，既校准测量装置，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的说明。从注释中人们可以得到如此信息：一是标准物质可以普通物质的三种基本状态出现。二是其化学成分千变万化，可以是任何元素、分子的组合。实际上，标准物质首先是物质，因此就会有物质的三种基本状态；其次才是标准物质，是经过特殊加工处理，可以满足一定与测量有关用途要求的物质。
有证标准物质（CRM）certifiedreferencematerial(CRM)
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、己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和可靠地确定。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JJF1001-1998《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他原因，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：
一是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。
二是强调了认定证书中给出的认定特性值（certifiedpropertyvalue）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。
三是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。
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导则31）。上述定义的注释1就是提请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，关于这些方面的更具体的描述和要求可以参考相关导则。
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JJF1001-1998《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JJF1005-2005《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JJF1001-1998中给出的“国家测量标准”的定义。
定义的注释5注意到一个存在的事实：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。
3ISO/REMCO的新定义
国际标准化组织/标准物质委员会（ISO/REMCO）经过长期的讨论，终于在2005年年会上批准了下列有关标准物质的新定义：
标准物质ReferenceMaterial(RM)
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:RM是一个通用术语。
注释2:特性可以是定量的或定性的，例如物质或物种的特性。
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一些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。但人们应该清楚地了解，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）。
据悉：定性测量的数量在分析测量中已经占据了半壁江山，它们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。第二个注释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，确实是许多分析测量的目的。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提供了依据。另外，此前的标准物质定义关注的重点是定量测量（quantitivemeasurement）而没有顾及到定性测量(qualitative,measurement),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应被理解为是对一些实验室和分析测试行业通行错误作法的一种清晰的警示。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。但在另一方面，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。之后，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。显而易见，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。
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。这个类别现在被定义为：
有证标准物质CertifiedReferenceMaterial(CRM)
标准物质，用计量学上有效程序对一种或多种特性定值，附有提供了特性量值、量值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（qualitativeattribute），如特性(identity)或序列。这种属性的不确定度可以用概率表示。
注释2:ISO导则34和35及其它导则中，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导则31给出了关于证书内容的指南。
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。因此，使用了形容词“计量学的”（metrological）来限定这个定义。仍在讨论的VIM修改稿中也采用了同样的方式来限定涉及的内容。
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。但是，在许多情况下，对于定性分析结果的不确定度评估问题还须进一步研究解决。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的概念，新的理论与实践的发展。
注释2和3指出了应该参照的相关ISO导则。但是，这两个注释并未试图做出详尽的说明。标准物质研制（生产）和认定有关的其它一些描述和特殊导则应该与上述定义的标准物质（RM）要求完全一致。
4VIM3修订版中的新定义
标准物质referencematerial，RM
参考物质
物质，相对于一种或多种特性足够均匀和稳定，用于校准、对其他物质赋值或质量保证。
注：
1．“标准物质”包括含有量以及标称特性的物质。
包含量的标准物质举例：
a)声称了纯度的水，其动态粘度用以校准粘度计；
b)没有对内在胆固醇浓度赋量值的人血清仅用作测量精密度控制物质；
c)含有声称了二噁英质量分数的鱼组织，用作校准物质。
包含特性的参考物质举例：
d)指明一种或多种特定颜色的比色图表
e)含有一种特定核酸序列的DNA化合物
f)含雄(甾)烯二酮的尿（含某物质的量）
2．按此定义，“值”包括量值和“标称特性值”。
3．赋予量值或未赋予量值的标准物质都可用于精密度控制，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。
4．有些标准物质具有计量学上溯源到单位制外测量单位的量。这样的物质包括疫苗，其国际单位(IU)已经由世界卫生组织做了规定。
5．标准物质的规格（技术规范）应该包括物质的追溯性，指明其来源和加工过程。
6．在给定的测量中，标准物质只能用于校准或质量保证。
7．标准物质有时与特制的装置合为一体。
例：
a)装在三相点单元中已知三相点的物质
b)置于透射滤光器支架上已知光学密度的玻璃
c)安放在显微镜载玻片上颗粒尺寸均匀的小球
d)约瑟夫森结阵列
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的新定义是相似的。VIM修订版的新定义还清楚地给出了标准物质几种典型的预期用途，既校准、对其它物质赋值和测量的质量保证，而REMCO的定义则是在注释中补充说明了标准物质的用途。也许是理解上的差异，两个定义在标准物质的用途描述上略有不同。REMCO定义中用的是质量控制(qualitycontrol)，VIM定义中用的是质量保证(qualityassurance)；REMCO定义中有测量程序的评价，而VIM定义中没有。
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来进一步的说明正文中的含义。注释1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（nominalproperty）的物质。在定义正文中，标准物质要相对于一种或多种特性(property)足够均匀和稳定,据此“特性”可以理解为包括量和标称特性。因而，在注释2中就进一步将定义中的“值(value)”解释为“量值(quantityvalue)”或“标称特性值(nominalpropertyvalue)”。这条注释的内容与ISO/REMCO有证标准物质新定义注释1中的内容看起来是相似的，但英文版中用词（qualitativeattribute与nominalpropertyvalue）不同，其中的差异还需进一步的探讨。
第三条注释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（measurementtrueness）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。这样的界定的根本上也是来自于预期用途的要求。
注释4指出：标准物质也可以是那些含有用其它国际公认单位表征的量的物质，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中的内容是一致的，但在REMCO的新定义中并没有相似的表述。
注释5中提出标准物质的规范（specifications）应该有物质的追溯性，这是一个新的，但是十分合理的要求。但是，目前的相关技术导则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（certificationreport）还是在证书（certificate）中仍需进一步讨论并最终有一个明确的要求。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。
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做校准又做质量控制。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。
看到注释7中的内容就会有一点似曾相识的感觉。在VIM和ISO/REMCO原有证标准物质定义的注释3中有相似的内容，大部分所用的例子也是相同的。但是，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标准物质。
有证标准物质certifiedreferencematerial，CRM
有证参考物质
标准物质，附有由权威机构(authoritativebody)发布的文件，并参照有效的程序获得具有不确定度和溯源性的特性值。
例：对胆固醇浓度赋有量值并在所附证书中说明的相关测量不确定度的人血清，用作校准物质或测量正确度控制物质。
注：
1．“文件”是以“证书”的形式给出，参见ISO导则30:1992。
2．有证标准物质制备和认定的有效程序在ISO导则34和35给出。
3．此定义中，“不确定度”包含了“测量不确定度”和“标称特性值的不确定度”两个含义，如对同一性(identity)和序列(sequence)，表示为概率。“溯源性”既包含了量值的“计量学溯源性”也包含“标称特性值溯源性”。
4．“有证标准物质”是“标准物质”名下的特定概念。
5．有证标准物质中的特定量值要求具有相关测量不确定度的计量学溯源性。
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）”，并进一步地对证书应提供的有关量值、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导则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导则30中定义的要求，既陈述标准物质一种或多种特性量值及其不确定度，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，而VIM3定义则要求证书发布的主体应该是“权威机构（authoritativebody）”，但什么样的机构能称为“权威机构”？是技术权威机构，还是行政权威机构？定义中没有进一步的信息。
与原定义不同表述重要一处是：两个新定义的正文中都提到采用“有效程序（validprocedure）”获得（obtain）特性值或给特性定值（certify）,并分别在各自的注释2中提及：在ISO导则34和ISO导则35给出了制备（生产）和认定标准物质的有效程序。既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人们对两个定义到底有何不同的疑问。
VIM3中的标准物质定义认为：特性包含有“量”和“标称特性”；值包含有“量值”和“标称特性值”。因此，对应着特性值的双重含义，不确定度也包含有给量定值时的“测量不确定度”和给标称特性赋值时的不确定度。“溯源性”也包含有量值的（计量学）溯源性和“标称特性值溯源性”。后者是否可称为“计量学”溯源性还需要更多的讨论和研究。人们也会注意到，VIM3定义的注释5中规定有证标准物质的特定量值要具有相关测量不确定度的计量学溯源性。如果根据这个规定推论的话，“标称特性值溯源性”恐怕还不能称之为计量学意义上的溯源性。
VIM3的定义也注意到标准物质一词理解上存在的误区。像在ISO新定义注释1一样，VIM3定义在注释4中也进一步解释了有证标准物质（CRM）在标准物质（RM）家族中的位置界定。
5结束语
通过以上的分析比较，希望读者对标准物质相关知识有了多一点了解，在结束这篇文章之前，作者提出以下观点与分析测量界的同行们分享。
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新定义是分析测量质量保证（QA）和质量控制（QC）需求不断提高的结果；
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两新定义所指的（有证）标准物质是参照相同技术文件所描述的有效程序制备认定的，本质上没有多大的区别；
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由于语言上的差异和知识上的不足，对于新定义之间和新老定义之间的差别还需在今后的实践中不断讨论和研究。
参考文献
《标准物质常用术语和定义》，JJF1005-2005，国家计量技术规范
H.Emons,A.Fajgelj,A.vanderVeen,R.Watters,Newdefinitionsonreferencematerials,AccredQualAssur(2006)10:576-578