什么是标准材料？

什么是标准材料？

2024/05/08

例如，在测量某物的长度时，我们使用1米的尺子来测量。同样地，在进行成分分析时，通过与作为各成分的量尺的“已测定浓度的标准物质”进行比较，来测定分析对象成分的浓度。标准物质的浓度经过严格评级，通过国际比较检查世界各地的评估技术，无论在哪个国家使用，都可以正确地进行成分分析。我们就标准物质的问题采访了计量中心标准物质认证管理办公室主任麻美俊明。

什么是标准材料

　公司和研究机构经常调查某些东西的成分。日常生活中，在评估安装在厨房水龙头上的净水器的性能时，您可能会看到一张性能图表，上面写着“安装净水器就可以去除这些杂质。”最近，我们越来越多地看到和听到在河流和其他地方检测到危害健康的有机氟化合物（PFAS）的报道。其他类型的成分分析包括检查血液胆固醇的测试和检测体育运动中禁用药物的兴奋剂测试。 （AIST 杂志“就在奥运会之前！成立“特别任务”小组调查兴奋剂违规行为！」）

　这种成分分析所需要的是标准材料。标准物质是成分分析中的“参考物质”。测量长度时相当于一把尺子，测量质量时相当于一把重量。当你想知道某物的长度时，没有尺子你就无法知道确切的长度。通过拾取物体不可能准确地确定其质量（以千克为单位）。同样，在成分分析中，为了知道该成分的浓度，需要将其与已知的“该成分的该浓度”的标准品进行比较。该标准品就是标准物质。

　校准每个测量设备时使用标准材料。此外，在制造或引进新的分析设备时，使用标准材料来确认设备是否能够正确分析成分的有效性。例如，当第一次设置分析仪时，需要标准物质来确定该信号的大小就是该成分的浓度。^*1此外，即使设备的性能很高，除非操作人员正确操作，否则也无法进行准确的成分分析。标准物质不仅供测量者使用，也供各检测机构用来检查成分分析是否正确进行。

当“测量”某物时，根据光速将长度定义为 1 米，根据称为普朗克常数的物理常数将质量定义为 1 千克。

　就标准物质而言，标准物质生产商（例如 AIST）使用各种方法来确定每种物质的准确浓度。例如，AIST分配的乙醇的质量分数为1000kg/kg±0001kg/kg。还有一些标准物质不是纯物质，而是多种成分的混合物。例如，有一种标准物质可以测量食品羊栖菜中化学成分的浓度。该“羊栖菜粉”含有砷244mg/kg±07mg/kg、镉125mg/kg±004mg/kg、锰226mg/kg±05mg/kg。此外，不仅有固体和液体的标准物质，还有二氧化碳和甲烷等气体的标准物质。

参考材料的可追溯性

　对于用于测量长度的尺子和用于测量质量的重量，有一种称为计量溯源的系统。

　某种“测量仪器”是在“标准仪器”的基础上制成的，而该“标准仪器”又由另一个“标准仪器”进一步校准。将此追溯到国家计量机构拥有的国家标准的能力称为计量可追溯性。日本的国家计量研究所是日本产业技术研究院（AIST）国家计量研究所（NMIJ）。例如，在长度方面，NMIJ的光频梳装置是基于光速的国家标准。质量方面，NMIJ标准体重组1毫克至20公斤为国家标准。

　标准材料也可进行计量追踪。使用目的、有效期、处理方法和储存条件、不确定性^*2描述如何确认不确定性的参考物质证书被特别称为“认证参考物质（CRM）”。 “有证标准物质”是指可以追溯到国家计量标准的物质，如米、公斤等，并带有附加不确定度的物质。

　“认证标准物质”的定价技术也由国家计量机构进行国际比较。例如，一个组织将一种物质制备成一定浓度，并将其分发给各个国家的参与组织来测量浓度。通过比较结果，我们确认了国家计量标准的等效性。通过这样做，我们可以确保在一个国家使用某种分析仪对标准材料定价的结果与在不同国家使用不同分析仪对标准材料定价的结果相同。我们定期将我们的产品与世界各地的国家标准进行比较，以保持国家之间的等效性。

标准物料供应方案

　并非所有符合计量溯源的尺子、砝码都直接依据国家计量院提供的国家标准，但其精度是根据国家标准校准的标准来保证的。这也适用于标准材料，通过专业校准和分析公司的中介，我们创建了一个系统，使需要标准材料的人可以轻松获得它们。金属/非金属离子标准溶液、pH标准溶液、标准气体等频繁或大量使用的标准物质，由基于日本计量追溯系统（JCSS）的校准和分析业务公司提供，方便研究机构和其他需要标准物质的机构获得。

　另一方面，当需求量大但用量少时，或者有特殊标准物质时，NMIJ也会通过经销商供应。还有由 NMIJ 直接处理的委托测试。

标准材料的历史和未来

　产业技术研究院标准物质开发的历史可以追溯到1996年内阁批准的第1次科学技术基本计划。此后，自2001年起每10年制定一次计量标准物质开发计划，在该计划中，到2010年已准备了约250种标准物质，从2020年起，在满足新需求的领域继续开发标准物质。在这里，我们回顾一下标准材料的发展历史。

	维护计划的主题	开发的主要标准材料
2000左右~	·首次开始供应标准材料 ·含有合金、聚合物、有毒金属的材料的开发 ·满足对符合欧盟法规（RoHS指令）的参考材料的需求	·日本第一个标准物质（乙醇/甲苯） ·造成污染问题和健康损害的物质（苯、乙苯等） ·塑料中的重金属
2010年左右~	·食品分析用成分标准物质的供应 ·满足临床测试和生物相关需求的开发	·鳕鱼肉、羊栖菜、白米、糙米、牛奶、大豆等 ·尿素、氨基酸、DNA、RNA等
2020年左右~	·先进材料分析用标准物质等的供应 ·响应能源相关需求 ·医疗领域使用的标准材料的开发	·用于热物理性质和表面分析的高级材料分析的物质 ·纳米粒子、NMR分析用物质 ·LNG等能源相关材料 ·单克隆抗体溶液、β淀粉样蛋白等

这样，就增加了新的标准材料，以适应时代的需要，并且新的标准材料还在不断开发中。成分分析通常在研发、医疗环境、环境调查等中进行，测试值的可靠性归因于标准材料的存在。

　社会上进行了各种各样的分析，并且诸如此处介绍的标准材料目前不能用于所有分析。 AIST作为国家计量机构，一直在开发分析技术，并一直致力于为过去难以分析的目标提供参考资料。未来，我们将继续与海外科研机构、定点校准机构、认证注册企业合作，建立有效的标准品供应体系，为保证分析结果的可靠性做出贡献。

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*1：许多分析仪用来指示测量结果的信号是电流或电压。例如，测量某种物质的浓度时，分析仪的100mA就是该成分的1%。对于 pH 值，-59 mV 表示为 pH 8，依此类推。请注意，标准材料不一定以浓度（例如密度或排列）来表示，因此该信号的大小称为标准材料的“特征值”。[返回来源]
*2：不确定性
与错误几乎具有相同含义的术语。根据日本工业标准（JIS），误差被定义为“从测量值中减去真实值所获得的值”。然而，不存在单一的真实值，并且认为无论在原理上还是在实践中都不可能知道人类测量的是什么。因此，计量溯源校准中使用不确定度一词，而不是“误差”一词，这可能会导致误认为存在真值。[返回来源]