标准物质

标准物质(RM)reference material(RM)：是一种已经确定了具有一个或多个足够均匀的特性值的物质或材料，作为分析测量行业中的“量具"，在校准测量仪器和装置、评价测量分析方法、测量物质或材料特性值和考核分析人员的操作技术水平，以及在生产过程中产品的质量控制等领域起着不可或缺的作用。
2022年8月，中国计量科学研究院、复旦大学成功研制中华家系1号（同卵双胞胎家庭）人源B淋巴细胞系全基因组DNA序列和全转录组RNA标准物质。

标准物质定义
标准物质
从定义可以看出标准物质具有三个显著特点：
(1)具有特性量值的准确性、均匀性、稳定性；
(2)量值具有传递性；
(3)实物形式的计量标准。

标准物质特性
准确性、均匀性和稳定性是标准物质量值的特性和基本要求。
(1)准确性
通常标准物质证书中会同时给出标准物质的标准值和计量的不确定度，不确定度的来源包括称量、仪器、均匀性、稳定性、不同实验室之间以及不同方法所产生的不确定度均需计算在内。
(2)均匀性
均匀性是物质的某些特性具有相同组分或相同结构的状态。计量方法的精密度即标准偏差可以用来衡量标准物质的均匀性，精密度受取样量的影响，标准物质的均匀性是对给定的取样量而言的，均匀性检验的最小取样量一般都会在标准物质证书中给出。
(3)稳定性
稳定性是指标准物质在指定的环境条件和时间内，其特性值保持在规定的范围内的能力。

标准物质级别
标准物质的特性值准确度是划分级别的依据，不同级别的标准物质对其均匀性和稳定性以及用途都有不同的要求。通常把标准物质分为一级标准物质和二级标准物质。
一级标准物质主要用于标定比它低一级的标准物质、校准高准确度的计量仪器、研究与评定标准方法；二级标准物质主要用于满足一些一般的检测分析需求，以及社会行业的一般要求，作为工作标准物质直接使用，用于现场方法的研究和评价，用于较低要求的日常分析测量。

标准物质分类
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。标准物质和化学试剂没有必然的联系。标准物质可以是高纯的 [1]  化学试剂（但高纯试剂不一定就是标准物质，还要看是否符合标准物质的特征以及是否有相应的标准证书），也可以是按照一定的比例配制的混合物（例如pH标准溶液），甚至可以是一些天然样品按照一定的方法制备的具有复杂成分的标准样品（比如临床分析中的标准物质、工业上不同品质的样品）。
有证标准物质
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。
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。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和可靠地确定。上述这些器件也可以认为是有证标准物质。
所有有证标准物质均应符合中国计量规范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。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。
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（RM）可以是有证标准物质（CRMs），也可以是非有证标准物质。但是，标准物质（RM）这个术语常被误用作表示非有证标准物质。
认定证书中给出的认定特性值（certifled 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。
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指南31。注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指南。
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，就需要寻求其他解决问题的途径。通常是要看其他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。

计量作用
在分析化学中，标准物质是溯源链的主要组成单元。因此，它们的计量学特征，特别是所提供特性量值的不确定度和在溯源层级中所处的位置，是分析测量质量保证关心的焦点问题。
标准物质所提供特性量值的不确定度必须已知且满足测量需求。因此，标准物质可以按不确定度等级（越小越好，但评定必须合理）和依据不确定度报告的可靠性和验证结果进行分级分类。
国际标准化组织（ISO）标准物质委员会编制的ISO导则33——“有证标准物质的使用”中提出的有证标准物质在计量学中的作用包括：
贮存和传递特性量值信息
根据定义，一种标准物质具有一个或多个准确测量的特性量值。一种有证标准物质中的特性量值一旦被确定，在有效期内它们就被贮存在这种有证标准物质中。当这种有证标准物质从一地发送到另一地使用时，它所携带的量值也就得到了传递。在规定的不确定度范围内，有证标准物质的特性量值可以用作实验室间比对的标准值或用于量值传递目的。因此，有证标准物质帮助量值在时间和空间上的实现传递，类似于测量仪器和材料标度的传递。
保证测量溯源性
实验室应该控制并且校准或检定一定数量的仪器以确保所开展的测量的溯源性。但在所有具体必要的环节中做到这一点是非常困难的。此项工作通过使用已建立了溯源性的有证标准物质可被大大地简化。标准物质（基体）要求必须尽可能地近似于被测的实际样品，以便对冲基体效应，以此来囊括测量时可能引起误差的所有问题。当然，使用者应当对标准物质和未知样品的测量采用相同的分析测量程序。因此，标准物质的作用与用于其他产业计量实验室的传递标准的作用相同，它允许在一个规定的不确定度范围内开展比较测量工作。有证标准物质也为确定分析测量或工艺测试测量的不确定度提供一种可行的方式。
复现国际单位
SI基本单位的复现依赖于物质和材料。当今世界的主要测量都是在国际单位制框架下进行的。2013年为止，SI确认了7个基本单位。这些基本单位的定义涉及一些物质，如：铂一铱合金，用于制造公斤原器；铯-133，用于定义秒；水，用于定义开尔文等等。这些物质在基础计量学中的使用与标准物质在其他类型计量中的使用是相同的。
这些材料作为SI单位所依据的定义物质具有特殊状态。这种状态严格应用来定义特定单位，因为这种单位的复现也许还涉及其他物质/材料。这种情况当涉及摩尔和千克的复现时特别符合实际。在标准物质的帮助下复现SI导出单位。
分析化学与国际单位制相联系，纯化学物质，纯度的测量，或常称为物质的化学组成，是在分析化学范畴。除了sI对化学物质的依赖外，分析化学对SI的依赖也值得考察。2013年为止，大多数分析化学l丁作者在测量中采用SI单位（除cande-la以外的所有基本单位和许多导出单位）。但是，组份分析取决于另外一个概念，即纯化合物相对于参照的其他物质和材料的化学组成存在（采用化学反应定律和化学计量法有两层意思：一是SI单位的复现是依赖于标准物质，而成分分析又是使用sI单位；二是测量成分量时，以纯物质作为标准，被测物的成分量以此为参照）。
从一种或多种考虑作为基准测量标准的纯化合物出发，像物理测量一样来为分析化学构架测量溯源层级是可行的。这样测量标准的例子有：
①电子，其他化合物可通过电化学分析与其相联；
②碳-12，原则上其他化合物可通过质谱、Raoult’s定律测量或低密度气体体积测量等方法与其相联；
③高纯元素或化合物，其他化合物可通过电化学法、重量法、滴定法、光谱法等与其相联。
在上例中提及的其他化合物在许多情况下可以用作标准物质。许多物质可在基准和工作（分析）标准之间充当中间体的角色。如同应用于计量学其他分支一样，溯源性的概念也普遍应用于分析化学中。如果测量结果的溯源性在仪器、材料量度和所用标准物质等方面都能描述得很清楚的话，化学分析测量结果的质量将会大大提高。在大多数情况下，溯源性也取决于计算时使用的相对原子质量值（以前称“原子重量”，即原子量）；分析测量工作者应记录所用原子量的出处或来源。
定义和复现约定标度
如今，国际单位制并不能涵盖所有的工程特性量，有些工程特性量的单位需要特别约定。为了方便地实现实际测量，一般通过标准物质建立其约定标度，并在国际建议或者标准文件上说明给定的值。全球认可的用于复现约定标度固定点的标准物质在国际上具有广泛的一致性。这种约定标度的复现与传递主要依赖于复现标度固定点的标准物质和测量方法或测量过程的技术规范。在工程量的测量中，标准物质的作用不仅是复现约定的标度，而且还可以用于测量仪器校准或者用作实际样品测量时的工作标准。约定标度的实例很多，在此仅举几例说明标准物质的特殊作用。
①浊度单位：在国际标准化组织制定的标准（ISO7027）中定义了浊度的单位。单位的复现依赖于。formazine标准溶液。该标准溶液的浊度是400FAU或FNU，通过稀释这一标准溶液获得一系列的标度固定点，以满足不同浊度样品的测定要求。如果所用仪器测量的是衰减光，所复现的则是formazine衰减浊度单位（FAU）；若测量的是漫射光，复现的则是formazine散射浊度单位（FNU）。
②pH标度：由于单个离子的活度无法通过试验测量得到，pH值并非一个确切的物理量。为了使测得的pH值有意义，人们通常采用一种约定的pH标度。这种标度是由被赋予准确pH值的标准溶液所定义的。通过测定消除了液接电势的、由氢电极和银/氯化银电极组成的电池电动势，并按照约定的方法计算就可以得到pH值。
各国的国家标准规范规定了制备和赋予标准溶液pH值的方法。这些标准溶液验证过的值的不确定度在千分之几pH单位范围内。
③辛烷值标度：辛烷值是燃料油的重要技术指标。美国材料试验协会（ASTM）用标准燃料油和标准测试方法定义与复现辛烷值的标度，得到了业内专业人士的认同，进而在全球范围内被采纳。按照以上标准测试方法的要求，在特定的实验条件下，比较燃料油与已知辛烷值的AsTM标准燃料油的混合物的发爆声，以此来确定燃料油的辛烷值。ASTM标准燃料油的辛烷值溯源到美国标准技术研究院（NIsT）的正庚烷有证标准物质（SRM 1815）和异辛烷有证标准物质（SRM 1816）。
④煤的烧结力：煤的烧结力是硬煤分级的重要技术指标，Roga测试法已在世界范围内得到各国广泛地采用。Roga测试方法是基于一个有确定的物理性质和化学成分的无烟煤标准物质。用规定的测试设备与程序将被测样品与无烟煤标准物质混合、烧结，由烧结的剩余物来计算Roga指数，从而实现煤的烧结力的量度。国际实用温标和国际实用盐标也是类似的约定标度。