科普下化学是什么 化学基本概念有哪些(初中化学概念)

一.化学计量及其与参考物质的关系

目前，由于硅的基本量摩尔(mol)的定义和再现，在实际应用中仍有很大困难。大部分化学量只能根据物质的物理化学性质，通过测量质量、相对原子质量等其他物理量来实现。根据测量的特性，化学计量可以分为物理化学计量和分析化学计量。

物理化学计量侧重于与物质的物理性质和物理化学性质有关的特征量的测量。包括酸度、电导率和湿度等主要物理特性的测量。分析化学计量学主要研究与物质组成有关的化学成分的测量；例如，商业天然气的成分分析是一个典型的分析化学计量问题。

化学分析方法可分为化学分析和仪器分析。化学分析是以化学反应为基础的分析方法，主要包括重量分析和滴定分析。仪器分析是利用光电仪器测量样品溶液的光学性质(如吸光度或谱线强度)、电学性质(如电流、电势、电导)等物理或物理化学性质，以获得待测组分含量的一种方法。仪器分析方法大致可分为电化学法、光谱分析法、气相色谱法、光谱分析法、质谱法等。例如，目前商业天然气成分分析最常用的方法是气相色谱法(见图1)。

标准参考物质(RM):指已被确定具有一个或多个足够一致的特征值的物质或材料，在分析和测量行业中用作“测量工具”。，在校准测量仪器和装置、评价测量和分析方法、测量物质或材料的特征值、考核分析人员的操作技术水平以及生产过程中的产品质量控制等领域发挥着不可或缺的作用。

从定义中可以看出，标准物质有三个显著的特点:

(1)特征值的准确性、均匀性和稳定性；

(2)值是可传递的；

(3)物理形态的测量标准。

在分析化学计量学中，标准物质是溯源链的主要组成部分。因此，它们的计量特性，尤其是所提供的特性值的不确定性及其在溯源级别中的位置，是分析和测量质量保证的重点。

标准物质提供的特征值的不确定度必须已知，并满足测量要求。因此，可以根据不确定度水平和不确定度报告的可靠性和验证结果对标准物质进行分类。国际标准化组织天然气技术委员会ISO/TC193是世界上第一个提出关于分析化学计量溯源的标准化文件的国际组织。1997年，发布了ISO 14111。

二。天然气分析的溯源链

从计量的角度来看，精度和一致性是相对的概念，其水平与科技发展程度有关。只有追根溯源，才能保证准确性和一致性。因此，测量结果的溯源性可以看作是对其准确性和一致性的技术回归。

天然气的分析属于计量学中的分析化学计量学范畴，与几何计量学、力学计量学等物理计量学有很大区别。其溯源性的对应关系见表1。从表中可以看出，天然气分析(主要用于气相色谱分析)溯源的技术特点如下。

(1)一般选用SI系的基本单位摩尔(mol)作为计量单位，实际中计量结果多以摩尔比的形式表示。

(2)在目前的技术条件下，仍然难以直接溯源到SI制的基本单位摩尔。另一种方法是追根溯源到SI制的另一个基本单位——质量(kg)，然后利用被测组分的相对摩尔质量与其质量的关系进行换算。

(3)天然气是一种复杂的混合物，如果在量值溯源或量值传递过程中采用分级传递，不仅繁琐而且难以实现。因此，通常使用标准混合气体(RGM)来追踪来源。

(4)根据ISO/TC193，天然气分析的溯源链及其对应的标准混合气体(RGM)传输系统如图2所示。

三。天然气分析用RGM

从图2可以看出，为了满足天然气分析的溯源性要求，RGM天然气分析的制备和量值传递系统具有以下特点。

(1)由于天然气的成分相当复杂，商用天然气中通常至少有10种左右的常见成分，所以需要的RGM种类很多，目前已经形成了比较大的体系。

(2)天然气中各组分的含量千差万别，要求使用的RGM成分尽可能接近被测样品，因此同一组分的RGM也应形成不同含量的系列。

(3)RGM是在使用过程中消耗的，各种RGM都是在有效期内规定的，需要不断补充。因此，开发时必须考虑运输、储存和使用的方便性。

(4)在制备具有良好精密度和准确度的RGM时，应采用国际公认的绝对法——称重法。

根据RGM ISO 14111的说法，对天然气的分析分为三个层次。第一级称为参考标准气体混合物(PSM)，相当于表1所示的参考标准。是追溯某一成分分析结果的最终基准，必须保证最佳的准确度和稳定性。但PSM的具体技术指标取决于天然气中这种成分的含量和自身特性。

四。不同水平RGM的不确定性

根据化学成分测量溯源链的要求，国家计量标准是溯源的源头，是溯源链顶层的关键要素。对于天然气成分的分析，溯源链的最上层是SI构成的基本单位质量(kg)。由于化学成分测量标准的特征值存储在RGM，其溯源链中的测量基准(标准)就是相应的RGM。因此，天然气组分分析结果的溯源性本质上归结为RGM的溯源性。同时，由于测量不确定度是一个合理表示测量值分散性的参数，并与测量结果相关，溯源链中每一级的RMG都有规定的不确定度。例如，在VAMGAS项目中，荷兰国家计量院(NMi)开发的两种PSM RGM包括八个分量(见表2)，其中甲烷分量的相对不确定度达到0.001%，甚至不确定度水平最差的戊烷分量也达到0.025%。

根据图3所示的技术模型，通过标准方法将具有规定不确定度的所有RGM等级联系起来，这构成了化学成分测量的溯源链。对于天然气成分分析的溯源链，溯源链具有以下特征。

(1)溯源链的顶层(0级)是由SI制成的基本单位质量(kg ),通过称重法制备的RGM作为基准方法再现。

(2)顶级SI体系的基本单位质量(kg)通过PSM→CRM→WRM等三个溯源级别，通过不同精度的比对方法连接。

(3)目前，溯源等级间比对的测量方法是测量要求不同的气相色谱法，按国家标准GB/T13610执行。

(4)目前国际多组分RGM对各等级天然气分析要求的不确定度水平大致为:PSM等级优于0.1%；CRM水平优于0.5%；WRM品位在2.5%~3.0%之间。

5.制定天然气分析溯源国家标准刻不容缓。

天然气分析溯源链中第二级使用的标准物质称为有证标准气体混合物(CRM)，也称为有证标准气体混合物。根据国际组织指南30中标准物质通用术语和定义的规定，有证标准物质是指有证书的标准物质。通过可追溯性程序确定有证参考材料的一个或多个特征值，以便可以追溯到用于代表特征值的准确再现的测量单位，并且每个标准值都附有给定包含因子和包含概率的(扩展)不确定度。同时，CRM一般是批量生产的，其特征值是通过测量代表整批物质的样品来确定的，具有规定的不确定度。

根据我国1987年7月发布的《标准物质管理办法》，属于计量分法，是指导各类标准物质研制和应用的法律法规文件。管理办法将CRM分为一级和二级两个层次。一级标准物质应符合以下要求:

(1)使用绝对测量方法或具有两种或两种以上不同原理的准确可靠的方法来确定数值；在只有一种设定方法的情况下，多个实验室使用同一种准确可靠的方法设定数值；

(2)精度国内最高，均匀性在精度范围内；

(3)稳定性1年以上，或达到国际同类标准物质的先进水平；

(4)包装形式符合标准物质技术规范的要求。

二级标准物质应符合以下要求:

(1)使用与一级标准物质比较测量的方法或设置一级标准物质的方法；

(2)准确度和均匀度未达到一级标准物质的水平，但能满足一般计量的要求；

(3)稳定性在半年以上，或能满足实际测量的需要；

(4)包装形式符合标准物质技术规范的要求。

虽然文件提出了对一级标准物质和二级标准物质的总体要求，但这里的“一级”和“二级”仅指各类有证标准物质(CRM)的分类原则，并未规定CRM的定值、准确度和具体应用要求。因此，管理办法不能代替天然气分析(专用)溯源标准国家标准。

在国家物理实验室(NPL)发布的气体标准物质溯源链中，第二级(标准气体混合物第二级)分为两个等级(见表3)。用于天然气分析的多组分RGM属于该级别的第一级，命名为参考气体混合物(PRGM)，总不确定度为0.3%~0.5%。

从表3也可以看出，CRM作为一个代号，在不同的场合有不同的含义。它可以代表广义上的“有证标准物质”；它也可以代表图2所示的第二级标准气体混合物，或第三级工作标准气体混合物(见表3)。这些命名方式也需要在相关国家标准中规定。

2008年发布的中国(国家标准)标准样品工作导则(三)规定，所有经过认证的RGM必须采用计量有效(测量)程序来确定一个或多个规定的特性，并在其随附的证书中提供规定的特性值、其不确定度和计量溯源声明。因此，作为天然气分析(专用)溯源准则的国家标准，需要对测量范围、要求的不确定度、选用的测量方法、溯源链的结构等关键技术要求做出相应的规定。，根据ISO14111的原则和我国有关技术规范和分析方法标准的规定对天然气进行计量。

由于我国尚未颁布《天然气分析溯源准则(专用)》，RGM溯源体系中各级标准气体的命名容易混淆。目前，在许多天然气成分分析报告中，认证号为GBW 06306~GBW 06308的三种RGM(用于天然气分析)被命名为一类标准气体(见表4)；原因是按照标准物质管理方法，它们的准确度在国家认证时达到了国内最高水平(1%)。但根据ISO14111的说法，PSM(基准RGM)指的是“能够为特定构图提供最准确的水平值再现的RGM”；然而，就其不确定度水平而言，这三种RGM只是第三级的工作标准气体混合物(WRM)。