1 引言
參照采用ISO導則6《在國際標準中關于標準樣品的陳述》的國家標準GB/T15000.1《標準樣品工作導則(1) 在技術標準中陳述標準樣品的一般規定》中明確規定:技術標準中規定的各種技術指標以及有關標準試驗分析方法,凡需要標準樣品相配合才能確保這些技術標準應用效果在不同時間、地點的一致性時,都應規定研制和使用相應的標準樣品。眾所周知:從十九世紀七十年代中開始,為了滿足當時西方資本主義向全世界經濟擴張以及物理科學迅猛發展的需要,組織成立了《米制公約組織》,并由其下屬機構國際計量局(BIPM)逐步提出、建立了一個確保國際上物理量檢測結果一致性的SI(國際單位制)框架體系,確立了通過儀器校準溯源到SI基本單位的一個嚴密比較鏈的量值溯源體系(在我國是量值傳遞體系),從而保證了全世界范圍內物理量測量的一致性,解決了測量結果的準確度問題,并為國際經濟交流、技術溝通起到了至關重要的作用。但是,到了上個世紀七十年代,人們發現這個SI框架體系卻不能適應很多新興的科學技術,例如分析化學、分子生物學和工程學技術領域中各種測量(分析)方法在不同時間、空間實施效果一致性的要求;也不能解決采用這類測量(分析)方法測量獲得的結果的準確度問題。因為在這些科學技術領域中,測量結果主要取決于測量(分析)方法,而測量儀器僅僅是測量(分析)方法的一部分,因此采用SI框架體系對測量儀器進行校準這種手段無法確保這些依賴于測量(分析)方法的測量結果一致性,以及相應的準確度問題。為了解決這個問題,在上個世紀七十年代初,國際測量科學技術領域內進行了一次革命性的技術創新:提出了標準樣品理論和測量不確定度理論,并用這兩個新理論來解決依賴于測量(分析)方法的測量結果的一致性和準確度問題(即測量結果的量值溯源性和離散性問題)。
2 測量(分析)方法的準確度(精密度和正確度)
根據這一創新理論,一個測量結果的準確度被定義為:測量結果與可接受的參考值之間一致性程度;而它又由精密度(在規定條件下,相互獨立的測量結果之間一致性程度)和正確度(一組測量結果的平均值和可以接受的參考值之間一致性程度)兩個部分組成。因此,當測量結果的準確度依賴于測量儀器時,可以采取由BIPM建立的SI框架體系通過對測量儀器的逐級校準(或檢定),為測量結果提供量值的溯源性。但是,當測量結果依賴于測量(分析)方法時,由于受到每次測量時的受控測量條件(即輸入量)的限制,這些條件雖然是處于測量(分析)方法規定的要求之內,但是卻又總是不完全相同和不能完全確定的(例如:方法規定的受控溫度是(25±1)℃,所以要保證的是:每一次測量時的溫度在24℃到26℃之間,但是具體的溫度值是不知道的,有時也是無法知道的),所以每一個測量值就必然不完全相同,我們把這種各個測量值之間的不同稱為測量結果準確度,采用離散性表示。由此可以看出,依賴于測量(分析)方法的測量結果出現離散性的原因是定義這些方法受控條件的有限性,通過儀器的校準(檢定)僅僅只能控制測量儀器引入的離散性,卻不能控制測量條件之內引入的離散性,而這種測量條件引入的離散性卻又遠遠大于測量儀器引入的離散性。
從上個世紀七十年代開始提出的標準樣品技術理論和測量不確定度理論就是針對這類依賴于測量(分析)方法的。前者為其測量所獲得的結果提供量值溯源的"源頭",從而提供了判斷一致性的準則;后者為其測量獲得的結果提供合理評定離散性的規則,從而提供了評定每一個特定的測量(分析)方法準確度的科學方法。也就是說,為每一個特定的測量(分析)方法確定一個離散性(一般采用重復性標準偏差和復現性標準偏差表征)。在有關標準樣品的國際導則中,2000年版的ISO導則34(GB/T15000.7-2001等同采用該導則)附錄A《標準樣品特性值的溯源性實例》和1992年版的ISO導則30《標準樣品常用術語及定義》明確規定了創新的溯源理論:
標準樣品溯源性的范圍可以從"通過儀器校準溯源到SI基本單位的一個嚴密的比較鏈"到"應用一個很好確定了的標準方法"。
有證標準樣品的溯源性是:使它的特性值可溯源到準確實現表示這個特性值的測量單位。
2000年版的ISO導則33《有證標準樣品的使用》則規定了采用有證標準樣品評定這類測量(分析)方法的準則。
由此,ISO/REMCO初步建立了與SI框架體系相類似的適合于測量(分析)方法評定、校準,以確保其測量結果一致性(包括溯源性和離散性)的框架體系。在這個體系中相應于SI框架體系的最大允許誤差、約定真值概念的是有證標準樣品提供的實驗室內標準偏差σr、實驗室間標準偏差σL和標準值。也就是說,相應于SI框架體系通過"儀器校準溯源到SI基本單位",新的體系則是通過有證標準樣品溯源到"一個很好確定了的標準方法"。
以下采用一個實例來說明有證標準樣品在評定這類測量(分析)方法準確度時具有的SI框架體系所無法替代的作用。
3 一個實驗室采用CRM評定測量(分析)方法準確度(正確度和精密度)的程序
采用單個實驗室評定、確認分析方法《鐵礦石中鐵含量》的準確度
目的:采用鐵礦石有證標準樣品評定、確認分析方法《鐵礦石中鐵含量》是否具有合適的準確度(精密度和正確度)?
鐵礦石有證標準樣品證書中提供的信息:
標準值: μ = 60.73 % (Fe);
實驗室內標準偏差: σr= 0.09 % (Fe);
實驗室間標準偏差: σL= 0.20 % (Fe)。
分析:重復性測量次數n = 11,分析獲得的11個測量數據如下:
60.7% 60.8% 60.8% 60.9% 60.9%
61.0% 61.0% 61.0% 61.1% 61.2% 61.9%
采用Grubb's檢驗,計算 = 61.018%
sr= 0.325%
統計量G計算如下:
 |
查表獲得在n = 11、顯著性水平為5% 時,G的臨界值為2.355;n = 11、顯著性水平為1% 時,G的臨界值為2.564;因此61.9% 是一個異常值。經調查、分析后予以剔除,將剩下的10個數據進行統計分析(這時候n = 10),計算結果如下:
由于X
2>X2 ,所以該分析方法(測量過程)精密度水平不可靠,應對分析方法(測量過程)進行技術上的研究,改進分析原理或條件。
在對分析方法進行研究改進之后,分析獲得了第二組數據如下:
60.94% 60.99% 61.04% 61.06% 61.06%
61.09% 61.10% 61.14% 61.21% 61.24%
采用Grubb's檢驗發現不存在異常值,所有10個測量數據均列入統計計算范圍之內,計算結果如下:
由于該分析方法(測量過程)的精密度水平和正確度水平均符合要求,所以可以確認該分析方法的準確度水平符合要求。