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化學計量:精準感知世界 助力質量強國

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發布時間:2019-05-21 10:21 來源:
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測量是人類探索世界的鑰匙,而計量則是實現單位統一、保證量值準確可靠的基礎。計量伴隨著科技進步不斷發展,已經成為檢驗科學發現、支撐產業發展、保障貿易公平、維護社會治理的重要基石。
  中國計量科學研究院(以下簡稱中國計量院)作為我國的國家計量院,代表著我國物理、化學、生物等領域多個學科的最高計量能力,是我國計量科學研究和量值溯源體系的源頭與核心。本期特別刊發中國計量院化學計量與分析科學研究所所長李紅梅、長度計量科學與精密機械測量技術研究所副所長高思田撰寫的文章,以期廣大讀者從中感受到計量在科技創新、質量提升中的重要作用。

化學測量與化學計量
  化學測量無處不在,與經濟、科技和社會發展息息相關。無論是臨床醫學檢驗,還是食品藥品成分分析,再或大氣、土壤、水質監測等,都離不開化學測量,都需要通過化學測量分析物質的結構、含量組成和特性。在全球測量活動中,化學測量已經占60%以上?;Р飭可婕拔鎦實奈⒐勱峁?、組成和性質,測量過程復雜,影響因素眾多,測量方法、測量設備、校準標準、樣品處理與試劑、操作者、環境等都可能對測量產生影響,不同醫院檢驗結果不一致,導致檢驗報告不通用,就是最常見的表現之一。因此,保證測量結果的準確性、可比性成為化學測量的巨大挑戰。
  “測不準”問題存在于各個領域,近十年來引起了全球各國廣泛重視。據統計,在臨床醫學領域,醫生的診斷結論80%依賴于臨床檢驗,臨床檢驗結果偏差越大,導致的重復測量和醫療資源的浪費就越大。根據美國國家計量院(NIST)的評估報告,在20世紀80年代,美國每年花在醫療方面的費用約為1萬億美元,超過GDP的13%,其中20%以上用于測量。這些測量的三分之一以上是為防止誤測和確認測量結果等進行的重復測量,由此導致的費用約為660億美元,占美國年醫療費用的6.6%。我國2014年衛生總費用為3.5萬億元人民幣,若按上述比例估算,花在重復測量的費用約為2300億元。
  因此,加強化學測量過程及結果的控制和評價,確?;Р飭拷峁淖既沸?、溯源性和有效性就顯得至關重要,這也是化學計量的根本任務?;Ъ屏渴茄芯炕Р飭考捌溆τ玫囊幻叛Э?,是為了保證化學測量結果的準確可靠有效而進行的活動。
  化學計量主要由標準裝置、標準物質和標準方法三個核心要素構成?;Ъ屏吭賜返幕曜甲爸?、基標準方法和基標準物質三位一體,保證化學測量的溯源性,使實際測量量值能夠通過不間斷的溯源鏈,溯源至化學計量源頭,進而溯源至國際基本單位,保持全球量值一致性和準確度。其中標準物質是量值溯源和傳遞的主要載體,處于核心關鍵位置,也被稱為“化學測量的砝碼”,主要用于校準、質量控制、測量方法與結果評價、確定特性量值等。因此,化學計量的很多工作,是圍繞著標準物質的研發和應用相關技術展開的。

化學計量發展及應用
  世界第一個標準物質因20世紀初工業文明對質量的需求而誕生于美國,推動了美國鋼鐵產業標準化。隨著化學測量結果的溯源性與有效性被逐漸引起關注,1971年“摩爾”正式成為第七個國際基本(SI)單位,標志著化學計量正式啟航。1993年國際物質量咨詢委員會的成立,化學計量國際化大家庭正式組建,第一個國際化學計量比對隨即展開。時至今日,科技、經濟、社會都對化學計量提出了更為廣泛而迫切的需求,化學計量成為國際上最活躍的計量研究領域。我國隨著化學計量與標準物質被列入《國家中長期發展規劃(2006至2020年)》和《計量發展規劃(2013-2020年)》,化學計量進入了飛速發展時期,國家標準物質作為國家科技資源的重要組成部分之一,從2003年起,納入了國家科技基礎條件平臺建設中。
  經過努力,目前中國計量院化學計量綜合實力已邁入國際第一梯隊。在基本單位復現和原子量測量等基礎研究中,10個元素原子量測量結果被國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)采納并列入國際元素周期表,達到國際領先水平。中國計量院在國際計量委員會(CIPM)/物質量咨詢委員會(CCQM)框架下的國家校準與測量標準(以標準物質為主體)能力互認(CMC)數量名列全球第一。其中,在高純物質、食品安全計量等領域實現了領跑,在大眾健康、環境等領域,正努力實現并跑。中國計量院化學計量實驗室在食品藥品、臨床檢驗、法庭科學、環境?;さ攘煊虻幕Ъ屏考捌溆τ眉際躚芯糠矯嬡〉昧絲上渤杉?,共研制6項計量基準、58項計量標準和1600余種標準物質。
  在食品安全方面,化學計量有效保障了民生安全和社會發展需要?;諳盜寫慷裙一嘉鎦始際蹩?,研制了農藥、獸藥及違禁藥物純度基標準物質200余項,應用于全球近4500家用戶。
  高準確度測量方法開發、國際互認與面向食品安全檢測實驗室開展的標準物質、測量質量控制和評價服務等同步進行,實現了對原國家食藥總局、質檢總局、衛計委、農業部等部門工作的有效支撐和保障。中國計量院化學計量試驗室先后為“三聚氰胺”事件處置,2008年奧運會、田聯世錦賽運動員食品安全保障等提供技術支撐和保障服務。以“三聚氰胺”事件為例,在較短時間內研發了“快速、準確、經濟、便捷”的檢測方法和標準物質,滿足了國家急需,并被亞太區域計量組織評為支撐國民經濟發展的十大典型事例之一。在2015年北京田徑世錦賽中,中國計量院化學計量試驗室與北京市食品安全監控和風險評估中心聯合開展質控技術研究以及檢驗實驗室能力評價,提升了專供運動員食品的興奮劑檢測質量,為避免因食用肉類食品造成的尿檢陽性問題,提供有力技術支撐(要求瘦肉精含量比國家標準限量值低兩個數量級)。
  在環境監測領域,化學計量為確?;肪臣嗖饈蕕淖既房煽刻峁┝吮匾募際醣U?。中國計量院化學計量實驗室與生態環境部中國環境監測總站、環保標樣所、原國土資源部國家地質實驗測試中心、工信部等部門有關單位,聯合開展標準物質和化學計量技術研究,為排放水、電子電氣產品中重金屬檢測等國家標準的實施提供了全面支撐。有效保障了我國水質監測和國土資源調查數據的可靠性,支持全國范圍水質監測及260萬平方公里國土酸雨測報,并使得投入20億元的《多目標地球化學調查評價計劃》中相關檢測數據的優良率由46%提高85%。
  在臨床診斷領域,化學計量呵護著人類的健康和生活質量。以膽固醇和腫瘤標志物兩個臨床檢驗項目測量為例,若分別減少偏差3%和10%,相應的漏診率將減小9%~20%和10%~50%。再如,血清中C肽測量準確性問題一直困擾著糖尿病的準確診斷和治療。為了滿足世界衛生組織等國際相關機構對C肽診斷標志物準確測量的要求,中國計量院化學計量實驗室與國際計量局化學部聯合主導并參與了C肽純度國際計量比對,比對結果取得了等效一致。隨著糖尿病等重大疾病診斷標志物的計量技術和標準物質的深入研究,將不斷促進國際間測量標準的統一,對大大提高臨床診斷的準確性、有效性,實現對同一病人在不同地點和不同時間的檢驗結果互認具有十分重要的作用。
  在法庭科學領域,化學計量的引入為準確量刑、司法公正提供了更加科學的依據和手段。例如,國際互認的高準確度毒品標準物質應用于涉毒案件中毒品凈含量的檢測和計算,降低了檢測不確定度,減少了量刑不準的概率,彰顯了司法公正。

化學計量未來機遇與挑戰
  “十三五”期間,化學計量將繼續迎接新的更大機遇與挑戰。
  在基礎計量研究方面,基本單位制變革,摩爾的重新定義,引領了化學計量研究的學科方向。以溯源至SI的化學計量技術和標準物質為主線,開展物質含量組成、活性、空間結構等技術研究、標準數據庫以及計量學模型的構建,將在生命科學、交叉科學領域科學研究發展中,發揮重要支撐作用。
  在食品安全計量方面,為進一步支撐政府決策和監管,保障食品安全質量,提升食品安全檢測體系有效性,中國計量院化學計量實驗室將重點圍繞溯源至SI單位的標準物質、標準方法評價、數據庫建立和檢測能力評價四個方面開展食品安全計量研究?;煊搖耙淮宦貳背?,與國際計量局(BIPM)、“一帶一路”沿線國家或機構開展持續深入合作,建立完善真菌毒素國際計量溯源體系;建立完善農、獸藥殘留檢測計量溯源體系;環境污染物及非法添加物檢測計量溯源體系、重金屬及形態檢測計量溯源體系;著力提升國家食品安全計量能力,保障食品安全。
  在臨床檢驗與藥物計量方面,不斷加大體外診斷試劑和生物藥物的計量研究,努力為重大疾病診斷標志物建立國家計量溯源源頭基準物質,實現國際等效互認,并加強臨床診斷標志物標準物質技術推廣;在生物藥物的結構表征、標準數據庫建立等方面積極探索,為落實中國計量院與美國NIST之間的計量標準合作內容,為生物醫藥產業質量提升,作出積極貢獻。
  在環境監測計量方面,面對環境?;ば綠粽?,溫室氣體、POPs、重金屬水體和土壤等高準確度標準物質將是該領域的研究重點。而對扁平化量傳服務模式的探索,將促使化學計量成果更好地服務一線檢測實驗室,為我國《環保法》和大氣、水、土壤污染防治行動計劃的實施提供技術支撐。□中國計量院化學計量與分析科學研究所所長 李紅梅

(責任編輯:系統管理員)

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