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化学计量的发展趋势
【来源/作者】中国计量报 【更新日期】2015-06-13

一、化学计量及其特点

化学计量是关于化学测量的科学,是实现化学测量量值准确可靠的活动。

随着现代科学技术、贸易的发展及人们对生活品质要求的不断提高,化学计量的重要性日益突显。据统计,目前化学测量在贸易、工业产品质量、环境、食品安全、医疗保健等方面提供重要的数据所占比例为所有测量的50%以上,化学计量已成为保证这些重要数据准确可靠的基础。化学计量并不像物理计量那么直观,它受到测量装置、测量方法和基(标)准物质等多方面因素制约,因而具有以下显著特点:

1.随测量对象的复杂多变而呈现多样性、复杂性

化学学科分类和测量特性指标多,涉及到无机化学、有机化学、生物化学、物理化学特性、工程特性和物质结构等,仅无机化学成分就包括一百多种元素和数以万计的化合物,有机化合物更是数以百万计,随着生物科学的发展,生物特性值也在不断增加。例如,对同一个血液样品进行分析测量,就需同时关心无机成分——血铅、血钙、血氯;有机成分——血糖;生化值——转氨酶、脂肪酸、胆固醇;物化——血液黏度等。测量的样品种类多,包括固、液、气三种状态,以及钢铁、食品、矿物、塑料、橡胶、燃油、生物组织及代谢物等多种性质不同的基体,基体的复杂加大了测量和溯源的难度。

2.随着分析测试技术的飞速发展而呈现多变性

随着科学技术整体的迅猛发展,化学测量技术可以说是日新月异。从定性到定量,从传统的化学分析法到现在的光谱、色谱、质谱甚至芯片分析,测试的量级从常量(百分之几)发展到微量(ppm级)、痕量(ppb级)、超痕量(ppt级),测试的速度从几小时发展到几分钟、几秒钟甚至更快。在一些新的领域,如在线分析、生化分析、表面分析、纳米材料分析的新技术更是层出不穷。

3.随着分析测量应用领域的需求而呈现广泛性

近几十年来,化学测量已经深入到科学技术、国民经济和社会发展的各个领域,特别是在食品安全、环境监测、生命科学和材料能源等领域中,占据着越来越重要的地位。据美国的国家科学与技术研究院(NIST)的统计,美国每天约进行超过2.5亿次化学分析测量,它对国民经济(GNP)的影响达到66%。美国每年花在医疗保健上的钱几乎达到1万亿美元,超过GDP(国内生产总值)的13%,而这些开支中的20%是用于分析测量的。在我国也有大量的化学测量技术资源,仅在质检、环监、卫生、农业等几个行业部门,就分布着数万家实验室和数十万技术人员,每天都在进行着上千万次的检测。

二、我国化学计量取得的可喜成果

1.有关基础性、前瞻性、战略性研究初见成效

在国家科技基础条件平台项目和国家质检总局计量基准体系优化前期研究中,初步形成了《国家标准物质资源平台建设“十五”后两年及“十一五”规划》和《化学计量基标准体系建设规划》。作为新兴学科,化学计量的体系和构架更加清晰,建设思路更加明了。

在化学测量的成分量测量方面,深入开展了化学计量基准、标准及权威方法研究,建立了同位素稀释质谱法、重量法、库仑法、容量法、凝固点下降法等5种国际公认的权威测量方法。

在化学成分量溯源性的研究方面,我国积极参与了相关的研究工作,为化学成分量溯源性的形成做出了实质性贡献。

2.标准物质研制成果

截止到2005年9月,我国已研制出国家一级标准物质1291种、二级标准物质1875种,涉及钢铁、地质、石油、核材料、环境、食品以及临床检验等13个领域,这些标准物质在生产质量控制、维护市场秩序、促进科技进步和社会发展中发挥了良好的作用。其中部分标准物质出口到20多个国家和地区,扩大了国际影响,在维护国家主权的同时也取得了良好的经济效益。

3.国际互认取得可喜成果

近年来,国际计量界普遍认识到,采用计量学的原则,通过国际比对,可以找到解决化学计量特殊问题的方法,即通过有限方法和关键量值的测量,实现测量结果在国际范围内可比以及各个专业领域内的一致。

自国际计量委员会/物质量咨询委员会(CIPM/CCQM)成立以来,由国家标准物质研究中心代表中国积极参与了国际化学计量相关的关键量测量比对活动,其中关键比对26项、研究比对36项,绝大部分比对结果取得了等效度,因而,保证了相关项目的检测结果与国际的准确一致性,实现了我国最高测量能力的国际互认,作为发展中国家,我国已跻身于国际化学计量先进行列。

三、社会发展对化学计量产生的需求

1.一个国家的化学计量水平对工业生产和大宗贸易产品的竞争力有着重要影响

随着世界经济的发展,迫切需要提高以技术创新为核心的工业竞争力,加快用高新技术改造和提升传统产业。这必将对作为技术创新基础的化学计量检测技术产生巨大的需求。同时,在当今全球经济一体化的趋势下,各国尤其是发达国家,为了保护己方利益,在国际贸易中都利用技术壁垒协议(TBT),制定复杂、苛刻的技术标准,并对进口商品的各项指标提出严格要求,以保护本国利益。目前,一些发达国家极力将自己的强项列入关键量比对以设置非关税的技术性贸易壁垒。所以建立和完善我国化学计量体系,可以有效地保护国家的主权、尊严和经济利益,为国民经济发展和国际公平贸易保驾护航。

2.化学计量是环境保护和人类健康的技术保障

保护我们赖以生存的环境,是国家可持续发展战略重点之一,环境保护需要随时对可能受到污染的大气、土壤、水质、生物体等进行全面的监测,掌握第一手资料,确定其是否受到污染,受到何种物质的污染、污染的程度并确定污染源。化学计量基标准在其中发挥着保证量值统一、准确可靠的作用。

3.化学计量是国防工业发展的需要

在一些国防科技的重点领域,如航天工程中,无水肼广泛应用于导弹弹头和卫星控制系统,作为火箭的单元推进剂,其中的痕量杂质元素、氯化物、二氧化碳含量直接影响到发动机推力室的正常工作,是必须准确测量并严格控制的指标,如果没有了化学计量的支持,我们的许多航天计划将无法实施。

4.化学计量体系自身完善发展的需要

发达国家的科技经济发展过程充分证明了化学计量基标准体系的建立和应用的巨大促进作用,在测量技术的发展和统一、科学测量仪器的标准校正、化学测量结果的比对和认可等方面都起到了积极的推动作用,化学计量标准体系已经成为制药、临床医学、食品卫生、环境科学、化学工业等领域生产技术和产品质量提高的基础技术平台。我国化学计量领域的基准分布极不平衡,与发达国家最高测量能力相比,我们还有很多化学计量基标准需开发研究。主要表现在:对基准方法的前期研究不足;许多国际比对所涉及的化学量的基标准尚未建立,不具备必要的测量能力和溯源能力,能够参加比对的项目只占总量的40%。主要原因是:与欧美等发达国家相比较,我国化学计量基础十分薄弱;化学计量溯源体系建设思路仅仅承袭物理计量的传统方式,缺少创新;在化学计量研究的人力、财力、物力等方面投入与日益膨胀的需求存在较大反差。

四、近期发展目标

1.指导思想

整合优质资源、集中优势力量、明确应用领域、关注重点急需、落实阶段目标、实现国际互认,本着有所为、有所不为的原则,针对化学计量飞速发展的特点,在化学计量基标准的理论体系上有所创新,分阶段、分步骤地建立和完善我国化学计量基标准体系。

2.总体目标

针对食品安全、环境保护、大众健康、高新技术等热点领域,整合国内化学分析测量的优质资源,在无机化学分析测量、有机化学分析测量、气体分析测量、表面分析与结构测量、物理化学分析测量和生物化学分析测量等方面建立和完善我国的化学计量基标准体系,到2010年,在上述6个方面基本形成具有国际先进水平的国家最高化学测量能力,其中绝大部分取得国际等效一致的测量结果,在社会、经济与科技等重点领域实现化学测量结果的国际互认。旨在加强工业生产能力和产品竞争力、保障公平贸易,并为评价和改善大众健康、安全和环境中的化学测量提供质量保证。


【关键词】化学计量,标准物质,发展趋势,国家标准物质网,北京世纪奥科 

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