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美国NIST

作者:东莞市景源实验科技有限公司   日期:2021-08-29

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前言

 

美国国家标准与技术研究院(NIST),前身为国家标准局,由美国国会于 1901 年成立,负责建立衡量基础以促进美国贸易。 NIST 提供参考材料和参考仪器,用于确保科学、工业和技术的许多不同领域的测量结果的准确性、计量溯源性和可比性。本文档提供并解释了 NIST 使用的词汇表,用于定义和描述 NIST 客户可用的参考材料和参考仪器,并记录开发这些材料时使用的方法。

 

 

范围

 

美国NIST材料测量实验室 (MML) 是美国国家参考实验室,用于化学、生物和材料科学的测量。 MML 活动包括参考材料和参考仪器的开发和传播,以确保测量结果的质量。当其他 NIST 运营单位开发参考材料和参考仪器时,MML 生产大部分 NIST 参考材料,并通过其参考材料办公室支持所有 NIST 参考材料和仪器的生产和传播。本文档中提供的定义和描述适用于 NIST 的认证参考材料 (CRM) 和本文档发布后发布的参考仪器。

 

 

一、美国国家标准与技术研究院 (NIST)简介


美国国家标准与技术研究院(NIST)的使命是通过以增强经济安全和提高生活质量的方式推进测量科学、标准和技术来促进美国的创新和工业竞争力。 NIST 完成这一使命的一种方式是提供参考材料和参考仪器。 NIST 根据国际标准和指南 开发、记录和交付这些参考材料和参考仪器,如 NIST 的测量服务质量管理系统NIST 用于表征测量的技术和方法对材料的化学和物理特性的评估和程序进行严格审查。这些过程中偏差和可变性的潜在来源得到了解决。 NIST 过程的详细信息记录在可公开访问的 NIST 特别出版物或参考科学和技术期刊中。

 

本出版物描述了 NIST 材料测量实验室 (MML) 以参考材料和参考仪器的形式提供的计量工具。图 1 显示了这些工具的计量有效性和可追溯性层次结构;请注意,提供了贯穿全文使用的术语的链接。有关参考资料工具的深入讨论,请参阅第 1.2 节,有关术语的定义,请参阅第 2 节,有关如何将属性值分配给这些工具的说明,请参阅第 3 节。

 


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客户可以购买标准参考仪器 (SRI)、标准参考材料 (SRM) NIST 的参考材料 (RM) 测量工具(红色实心矩形)。研究气体混合物 (RGM) NIST 可追溯参考材料 (NTRM) 工具(红色虚线矩形)是与工业合作伙伴合作生产的,并被他们用来为客户提供服务。 NIST 使用主要标准 (PS)、研究级测试材料 (RGTM) 和其他探索性材料(蓝色椭圆)来支持其自己的测量程序。箭头表示工具与可追溯测量结果之间的联系。计量溯源联系和对指定值计量有效性的信心自下而上提高。虚线箭头表示为 RM 分配的值可能会或可能不会追溯到 SRM 值。与 RMRGTM 和其他探索性材料相关的结果适用于方法间协调、方法内精密度和方法内稳定性评估。此外,与 SRI PS 相关的结果适用于方法校准和验证。从 RGTM 和其他探索性材料中获得的经验旨在为开发更高阶的参考材料做出贡献。



1.1. 美国国家标准与技术研究院 (NIST)标准参考仪器 (SRI)

 

标准参考仪器 (SRI) 是由 NIST 设计和验证然后出售给合格客户的设备。当无法通过参考材料充分建立计量可追溯性时,SRI 会将获得可追溯结果的能力转移给这些客户。一些 SRI 允许客户直接实现国际单位制 (SI) 单位(即通过实验建立与单位的 SI 定义一致的值)。 SRI 以“SRI 6xxx”的形式发布,其中“xxx”是一个独特的三位数系列。

 

如图 1 所示,使用 SRI 产生的测量结果直接与高阶参考系统相关联。这种直接的计量溯源性最大限度地减少了测量结果的不确定性。虽然理想情况下所有测量都可以使用 SRI 进行,但只有在人工参考材料或现有校准服务无法为不太专业的测量设备提供适合用途的校准时,SRI 在实践中才具有经济可行性。大多数 SRI 用于需要极高准确度的物理测量,或用于无法在容器中捕获的被测量。 MML 目前提供以下 SRI

 

SRI 6005a 6005b 聚合应力张力计 10,11 聚合应力张力计 (PST) 是一种基于悬臂梁的测量仪器,它将梁偏转力学与电容传感器技术相结合,以测量复合树脂光固化过程中的实时聚合收缩应力。通过 NIST 提供的校准服务,PST 的测量结果可以追溯到 SI

SRI 6008 臭氧标准参考光度计 (SRP)12,13 NIST 标准参考光度计可准确测量空气中臭氧 (O3) 的浓度。测量原理基于 Beer-Lambert 定律,使用国际公认的吸收截面。 SRP 是一种双电池仪器,其中每个电池的充电在样品流和参考样品流之间交替进行。新 SRP 通常与 SRP 2NIST 维护的主 SRP)一致,优于 0.3%SRP 被国际度量衡委员会 (CIPM) 的国际度量衡局 (BIPM) 用作众多国家和国际臭氧监测网络的主要标准。 SRP 0(第二个 NIST SRP)每两年直接与 BIPM SRP 进行比较。然后使用 SRP 0 将比较传输到 SRP 2

 

 

1.2  美国国家标准与技术研究院(NIST) 提供的参考资料

NIST 目前生产六种指定类型的材料,旨在用作测量标准:初级标准 (PS)、标准参考材料 (SRM)、研究气体混合物 (RGM)NIST 可追溯参考材料 (NTRM)、参考材料 (RM)、和研究级测试材料 (RGTM)。这些标准都是 BIPM 国际计量学词汇 (VIM) 定义下的“参考材料”:在一种或多种指定特性方面足够均匀和稳定的材料,这些特性已由 NIST 确定适合其预期用途。 RGTM NIST 在调查新的测量挑战时使用的更广泛的“探索性”材料类别的一个子集。并非所有探索性材料都旨在用作 - 或实际上适合开发成为 - NIST 提供的任何其他类型的参考材料。

 

尽管首字母缩略词RM”通常用于通用概念“参考材料”,但在本文档中,“RM”仅用于 NIST 提供的参考材料的上下文中。扩展的术语

在讨论通用概念时使用“参考资料”。

 

六种 NIST 参考物质的子集(PSSRMRGM NTRM)是 VIM 定义下的认证参考物质 (CRM):参考物质,其特征在于 NIST 认为对一个或多个指定的计量有效方法定量或名义属性,并附有提供指定属性值、相关置信声明和计量溯源性声明的文件。

 

2 总结了 NIST 的参考材料和探索材料之间的关系。

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紫色椭圆中标识的工件标准是NIST提供的参考材料(黄色椭圆表示通用类)。这些材料都适用于某些特定目的,在一种或多种特定属性方面均质且稳定。 NIST 主要标准品 (PS)、标准参考物质 (SRM)、研究气体混合物 (RGM) NIST 可追溯参考物质 (NTRM) 是经过认证的参考物质 (CRM,由绿色椭圆表示)。这些材料提供适用于方法校准或验证的指定值。请注意,某些 SRM PSNIST 的参考材料 (RM) 提供适合用途的值,适用于方法间协调以及方法内精密度和稳定性评估。探索性材料(浅蓝色椭圆)适合探索新的测量挑战;研究级测试材料 (RGTM) 是探索性材料,已被证明是适合用途的均质和稳定的。

 

 

1.2.1. 美国国家标准与技术研究院(NIST)的预期目的

 

大多数 NIST CRM 的预期目的是为打算在内部生产计量溯源性校准品和控制材料的二级标准制造商和客户提供更高水平的校准和验证材料。 14 除了少数例外,NIST 没有资源来满足全球对日常使用的参考材料的需求。

 

虽然不是基本政策的变化,而是重点的变化。 新开发的参考文件随附的文件将比过去的服务更清楚地说明其目的。

 

 

1.2.2.认证值与非认证值

 

NIST 认为 CRM 提供的认证值是:

• 指定(被测量)属性的特性,

• 材料在某个定义的最小样本量(同质性)下的特性,

• 稳定(在适当储存和处理的情况下,在特定时期内),

• 准确(在指定的置信区间内无偏见),

• 计量溯源(到更高阶的参考系统),

• 充分记录,使用户确信认证值适合提供给客户的文件中指定的用途。

 

这些标准最好被认为是存在于从“无可争辩地不足”到“无可争辩地足够”的连续过程中,其中“适合目的足够”需要通过善意实施测量和质量过程来做出决策。NIST 仅认证一个值当工作人员认为所有标准都已充分建立时。因此,认证明确表达了 NIST 深思熟虑的信念,即认证值适用于准确校准或验证测量程序,然后可用于获得在计量上可追溯到更高阶参考系统的值。

 

NIST 提供的 CRM 可提供两种通用类型的认证值:独立于方法的和依赖于方法的。与方法无关的值来自测量程序,该程序的被测量定义独立于用于获取该值的程序。所有为 SI 提供计量可追溯性的认证方法都会产生与方法无关的认证值。

 

方法相关值的被测量是由用于获得该值的程序在操作上定义的。正如第 3.5 节中所讨论的,这些操作定义的被测量(至少)有两种子类型:方法是最高阶参考系统的那些(例如,pH 和洛氏硬度标度)和那些测量成分或属性的是更难测量的成分或特性的代表(例如,用于估计总蛋白 15 的凯氏定氮总氮)。

 

NIST 工作人员认为上述前三个标准(被测量、同质性和稳定性)中的一个或多个没有充分建立时,NIST 将不会提供任何价值。 NIST 仅在前三个被认为充分建立时才提供非认证值,但以下三个(准确性、可追溯性和文档)中的一个或多个没有。

 

 

1.2.3.参考、信息和指示值

 

1987 年到本文档出版,如果(不完整的)不确定性估计值与 NIST 非认证值相关联,则称为“NIST 参考值”。没有任何相关不确定性的值称为“NIST 信息值”。来自其他供应商的一些参考材料将非认证信息描述为“指示值”。 NIST 不使用该术语。

 

 

1.2.4.记录认证值

由于 NIST 声称认证值提供了对定义的被测量的真实值的估计,因此提供给客户的文档明确区分了与方法无关的被测量的值与操作定义的被测量的值。当认证值具有与方法无关的被测量时,提供给客户的文档定义了被测量但不需要提供测量程序的详细信息:任何正常工作的有效方法都应返回真实值。当在操作上定义了认证值时,文档定义了被测量,并且至少引用了描述该程序的可公开访问的文献。

 

将任何价值用于其预期目的,要求客户知道如何建立对价值的信心。 对于定量值,置信度表示为一个区间,该区间包含具有指定置信水平(通常为 95%)的真实值。 对于标称值(例如被测量同一性),文档简要描述了用于建立置信度的标准。 只有以“高置信度”确定的标称值才能获得认证。

 

NIST CRM 的一些用户可能需要访问认证的详细信息才能将认证值用于他们自己的目的。 实验细节、数据和数据评估技术在 NIST SP 260 系列特别出版物、同行评审文章、材料随附的文档(例如,分析证书)或其某些组合中公开提供

 

 

1.2.5.记录非认证值

 

具有讽刺意味的是,与认证值相比,非认证值要求提供给客户的文档提供对值及其相关置信度的更完整描述。为了对客户有用,文档包括:

• 所使用的测量程序足够详细,以便知情的客户能够理解它,适用于 NIST 的预期用途。

• 值代表什么;例如,一个单位材料的抽样平均值、多个单位材料的结果的总平均值或实验室间研究 (ILS) 的中位数。

• 相关的不确定性或置信度声明代表什么;例如,从 ILS 估计的技术精度、可重复性和同质性或再现性。

 

文档不得暗示 NIST 断言非认证值代表被测量的真实值。在材料随附的文档中,非认证值与认证值分开。

 

 

1.2.6.其他形式的数据

当用户可能感兴趣的值无法与不确定性的估计或置信度的指示相关联时,这些值可以作为文本描述的一部分包含在 NIST CRM 文档中,或包含在与描述性文本明确关联的项目符号列表中。此类数据的示例包括仪器设置、模型参数、检测限和近似值。除了值之外,一些 NIST CRM 文档还包括被认为对客户有用的图像和绘图等数据。文档中提供了足够的信息来复制这些数据。

 

 

1.2.7.主要标准 (PS)

NIST 主要标准 (PS) 是经过适当表征的材料,其纯度值和相关不确定性适合用途。分配给 PS 的值在计量上可追溯到国际公认的高阶参考系统,通常是 SI。分配给 PS 的值在 NIST 内部文档中进行了描述。大多数用作 PS 的材料都是少量获取、表征的,然后用于校准和提供对其他 NIST 提供的测量工具的测量结果的计量溯源性。大多数 PS 对客户不可用,尽管有些可能与合作测量组织和二级标准生产商共享,以支持国家和国际测量的可比性。一些材料,主要用于临床相关的测量,如葡萄糖 16 和胆固醇 17,被大量购买并表征为用作 PS,可作为 SRM 购买。

 

 

1.2.8.标准参考材料® (SRMs®)

 

标准参考材料 (SRM) 是提供经 NIST 认证的值的 CRM。所有 SRM 都至少提供一项认证资产价值,即:

• 在计量上可追溯到国际公认的高阶参考系统,例如 SI

NIST 认为适合提供无偏校准和/或测量程序验证。

 

SRM 也可能提供未经认证的信息。认证和非认证值在 SRM 文档中的单独部分中进行了描述:物理或工程性能特性的“证书”和特定化学特性的“分析证书”。

 

SRM 发行为“SRM x”,其中“x”通常是从 1 5999 的一系列数字,带有表示重新发行的字母或批号后缀。

 

注意:“标准参考材料”和“SRM”是美国专利商标局向 NIST 注册的商标。

 

 

1.2.9.研究气体混合物 (RGM)

研究气体混合物 (RGM) 是与工业或政府机构合作伙伴合作生产的作为单个单元的特种气体 CRMRGM 使用与批量认证 NIST 气体 SRM 相同的协议进行认证。 RGM 使用气瓶的识别码进行识别。认证值在“可追溯性证书”中进行了描述。

 

 

1.2.10.NIST 可追溯参考材料CM (NTRMsCM)

NIST 可追溯参考材料 (NTRM) 是由 NIST 与二级标准生产商合作认证的 CRM,与现有 SRM PS 具有明确定义的计量可追溯性链接。这种联系是通过 NIST 定义的标准和协议建立的,以满足所服务社区的需求。遵守这些要求的标准物质生产商可以使用“NTRM”认证标志 (CM)。认证值在“可追溯性证书”中进行了描述。已经建立了两个 NTRM 计划:一个正在进行的特种气体计划 18,19 和一个于 2005 年结束的分光光度过滤计划 20

 

 

1.2.11. 参考资料 (RM)

NIST 的参考材料 (RM) 提供适合材料预期用途的既定被测量的属性值,包括方法间协调、方法内精密度评估和过程稳定性评估。 RM 以“RM 8xxx”的形式发行,其中“xxx”是一个独特的三位数序列。这些材料和价值历来在“调查报告”而不是证书或分析证书中描述。对于本文档发布后开发的 RM,这些文档将被称为“参考资料信息表”。

 

 

1.2.12. 研究级测试材料 (RGTM) 和其他探索性材料 NIST 的研究级测试材料 (RGTM) NIST 研究用于研究新测量挑战的“探索性材料”的子集。 RGTM 以“RGTM 1xxxx”的形式发布,其中“xxxx”是唯一的四位数字系列。 RGTM 通常首先用作 NIST 赞助的 ILS 中的测试材料。它们准备好适合用途的均匀和稳定,但通常没有对所有潜在感兴趣的特性进行定量评估。如果有足够的社区兴趣和适当的资金,RGTM 的研究结果可能会导致开发更高阶的参考材料。

 

在研究的早期阶段获得的或用作单个 ILS 样品的其他探索性材料可能有用,但不满足作为参考材料考虑的均匀性和稳定性要求。 RGTM 与其他探索性材料的主要区别在于购买的材料数量和首次使用前所花费的表征工作。

 

 

1.3. 美国国家标准与技术研究院(NIST参考材料项目开发过程中的阶段

3 显示了 RGTMRM SRM 开发中的典型阶段和决策点。

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用于评估和程序开发的材料可能会成为研究级测试材料 (RGTM)。 根据项目的目的、材料评估的结果和资源的可用性,一些 RGTM 可能会成为 NIST 参考材料 (RM) 而不是标准参考材料 (SRM),或者可能用于其他目的,例如互 实验室研究样品。 NIST 参考材料办公室 (ORM) 通过成本回收计划资助大部分 SRM 开发。 服务 发展基金和周转基金提案通常每年评估一次,但偶尔也会根据要求或要求进行评估。 注:此处使用的“部门”是 NIST 指定的管理组织,负责提供所需的测量服务。


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