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化学计量的发展历史

发布时间:2015-07-14 00:00 作者:中国计量网 阅读量:814

综合许多计量发展史的资料可见,古代计量史实际上就是物理计量发展史,近代计量学的发展史也主要是物理计量的发展史,化学计量只有一些基本的雏形。化学计量得到实际的发展主要是从现代计量学阶段开始的,即到了1971年10月第十四次国际计量大会(CGPM)将物质的量的单位摩尔,增列为第7个SI基本单位。化学计量是在现代科学技术的基础上发展起来的,尤其是在大量新型的分析技术出现后,各类分析仪器得到广泛应用,化学分析无论从速度、准确度还是测量的范围均迅速扩大和提高,由此对化学计量产生了更广、更高的需求。另外,物理计量的发展也为化学计量的发展提供了很多可以借鉴的丰富经验。我们可以试着把化学计量的发展分为起步阶段、奠基阶段和快速发展阶段。

起步阶段

从20世纪初到20世纪60年代,化学计量的发展与标准物质的发展密切相关,可以说没有标准物质,化学计量就无从谈起。因而,早期化学计量的发展历史可以认为主要是标准物质的发展历史。

20世纪初是化学计量的起步阶段,化学计量的主要表现形式是研究标准物质。世界上最早的标准物质是美国国家标准局(NBS,现为美国国家标准技术研究院,简称NIST)于1906年正式制备和颁布的钢铁标准物质(4种铁和1种钢),到了1911年美国又发布了铜、铜矿石等标准物质,品种扩大到25种。之后世界各国逐步开始研制标准物质。1951年我国发布了第一个弹簧钢化学成分标准物质,比利时于1976年生产了第一个国家级标准物质。随着标准物质研究工作的深入、品种的增加,化学计量也得到了相应的发展。

但是1971年之前,化学计量(尤其是成分量)甚至没有一个SI基本单位,一直处于沿用克分子、克原子的混乱概念阶段,更无法实现溯源。

奠基阶段

20世纪70年代至80年代是化学计量发展的奠基时期。1971年10月,第十四次国际计量大会(CGPM)将摩尔增列为第7个SI基本单位制,简称摩。这是唯一一个专门针对化学量的SI基本单位。随着摩尔概念的推广应用,如何实现化学测量的溯源性逐渐得到国际化学计量界的关注。

1973年,NBS与国际法制计量组织(OIML)联合召开了有关标准物质的特别国际会议,会议建议成立一个独立的国际标准物质委员会,并请求国际标准化组织(ISO)负责组建该委员会的秘书处。ISO理事会为此于1975年批准成立了一个有关标准物质的特别工作组(REMPA)。1975年9月,ISO理事会正式批准将该工作组转换为直属于ISO中央秘书处的标准物质委员会(ISO/REMCO),该委员会是目前国际组织中标准物质合作方面最有影响的国际组织。该委员会制修订了系列标准物质技术指南,其工作极大地促进了标准物质的研究与技术发展。

20世纪70年代后期,我国的改革开放促进了工农业生产、科学技术的快速全面发展,一切工作逐步步入正轨。1986年7月1日《计量法》的实施,为计量事业的发展提供了法律上的保障。这个时期,相继制定了一系列有关标准物质和计量检定的法规和规章,如《标准物质管理办法》(1987)、《计量监督员管理办法》(1987)、《计量检定印、证管理办法》(1987)、《计量授权管理办法》(1989)等,为化学计量工作奠定了基础。1981年中国计量学会成立了第一届标准物质专业委员会,委员会负责组织有关标准物质的学术交流活动和国家一级标准物质的技术审查,极大地促进了我国标准物质的发展和规范管理,从事标准物质研究的行业和单位迅速扩大,标准物质的研究工作得到全面发展,品种逐渐增加,覆盖了涉及钢铁、环境等领域的十三大类,使标准物质的技术管理工作逐步步入正轨。

新型分析技术和分析仪器的应用,使得其对仪器的校准和检定需求增加。因此,有关分析仪器的计量检定规程制定工作得到了重视,各类分析仪器的检定规程逐渐增多,而且很多检定规程覆盖了当时比较先进的仪器设备(如原子吸收分光光度计、气相色谱仪等)。并在某些行业开始了分析仪器的检定工作。在此期间,建立了6项国家化学计量基准和一定数量的计量标准,在一定程度上保证了相关量值的溯源要求。

总之,这个时期的化学计量工作,主要还是以研究标准物质为主,通过标准物质的应用实现部分量值的溯源,通过分析仪器计量检定规程的制定实施,为某些行业分析仪器的性能提供了可靠的评价。

快速发展阶段

此阶段指20世纪90年代以后的发展时期。早在20世纪末,国际计量界就曾预言,21世纪将是化学计量最活跃的时期,是化学计量快速发展的世纪。反观20多年化学计量的发展历史,事实证明确是如此。

快速发展的第一个里程碑式标志是物质量咨询委员会(Consultative Committee on Amount of Substance,CCQM)的成立。国际计量委员会(International Committee of Weights and Measures,CIPM)考虑到化学测量结果对环境保护、国际贸易、医疗卫生和公共安全等领域的重要性,为了推进建立国际化学测量溯源体系,实现各国化学测量结果的等效一致,于1993年成立了物质量咨询委员会(CCQM)。CCQM的目的和主要任务是通过溯源到SI(若不可行,则溯源到其他国际一致的参考标准),在全世界范围内建立化学测量结果的可比性。CCQM通过组织各种活动来实现这个目标,如通过定义和确认基准方法,开展基准方法的研究实现溯源性,在各化学测量分支领域组织关键国际比对实现测量结果的可比性,如通过CCQM的关键比对和区域计量组织所组织的关键比对,将各个国家的化学测量量值关联起来进行比较,实现了各国化学测量结果的可比性。这些活动极大地促进了化学计量的快速发展。

第二个里程碑式标志是《国家计量基(标)准互认和国家计量院签发的校准与测量证书互认协议》(CIPM MRA)的签署以及国家校准和测量能力(CMC)的申报。互认协议的目的是:建立各国家计量院保持的国家测量标准的等效度;提供由各国计量院签署的校准和测量证书的互认;由此为政府提供与国际贸易、商业和法规有关的稳固的技术基础。遵照CIPM MRA意味着各国家计量院的校准和测量证书,在确证的准确度内,被全世界范围内的签署国所承认。关键比对和补充比对以及双边比对的结果,以及各国家的测量标准通过溯源到SI共同支持CMC,而CMC支持了互认协议。只有在CIPM MRA的附录C中列出的CMC才能作为CIPM MRA的内容。因此,CCQM以及相关国际或区域组织的关键比对数量迅速增加,涉及面快速扩展。这些国际活动是化学计量快速发展的内在动力源泉。

在我国化学计量的工作也得到相当的重视,国家的投入迅速增加,标准物质研究、国际比对、国家化学测量能力的申报、各级化学计量标准的建立、各类分析仪器的检定等工作全面展开,对化学测量结果准确可靠和溯源性的认识水平逐步提高,化学计量在各国国民经济、社会发展等领域的作用逐步显现。

总之,21世纪,随着贸易的全球一体化,人们对食品安全、大众健康、公共安全、环境保护等的重视,化学计量将得到持续快速的发展。

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