ISO 18115-12023 表面化学分析.词汇.第1部分光谱学中使用的一般术语标准立项发展报告

表面化学分析词汇第1部分：光谱学中使用的一般术语标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:SurfaceChemicalAnalysis—Vocabulary—Part1:GeneralTermsandTermsUsedinSpectroscopy摘要表面化学分析是材料科学、半导体工业、纳米技术及生物医学等前沿领域不可或缺的表征手段，其分析结果的准确性与可靠性高度依赖于术语定义的统一性和规范性。随着高分辨质谱、飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）、X射线光电子能谱（XPS）等新型光谱技术的快速发展，以及人工智能辅助数据分析等新范式的兴起，表面化学分析领域的术语体系面临前所未有的更新需求。ISO18115-1:2023《表面化学分析词汇第1部分：光谱学中使用的一般术语》由国际标准化组织ISO/TC201（表面化学分析技术委员会）于2023年6月19日正式发布，替代ISO18115-1:2010及其增补件，成为该领域术语定义的最新国际权威依据。本报告系统梳理了该标准的修订背景、核心技术内容、与旧版标准的差异及其在仪器校准、实验室认可、数据报告与学术交流等场景中的广泛应用价值。报告指出，该标准的修订充分吸纳了近年来涌现的新技术术语，完善了与ISO18115-2（术语第2部分：扫描探针显微镜及数据信息转移）的协同衔接，并通过术语的精准化定义有效降低了跨实验室、跨设备数据比对中的语义歧义，为全球表面化学分析领域的标准化工作提供了坚实支撑。未来，随着原位分析、机器学习辅助谱图解析和环境表面科学等方向的持续突破，该标准体系仍将保持动态演进态势，为我国相关领域技术标准与国际接轨提供重要参考。关键词：表面化学分析；光谱学；术语标准；ISO18115；国际标准化；质量保证一、引言表面化学分析是对材料表面数个原子层（通常为1–10nm深度范围）的化学成分、化学状态及电子结构进行表征的科学分支，其技术内涵涵盖X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）、二次离子质谱（SIMS）、低能离子散射谱（LEIS）等一系列先进分析手段。该领域自20世纪60年代兴起以来，已在催化科学、腐蚀防护、薄膜材料、半导体器件、生物相容性材料及新能源材料等众多研究和产业领域发挥着不可替代的作用。然而，表面分析技术的高度专业性也带来了术语使用的“巴别塔困境”——同一概念在不同实验室、不同仪器厂商甚至不同文献中往往存在表述差异，直接影响分析结果的可比性和可复现性。以“结合能”（bindingenergy）为例，不同谱学技术对其参考零点（费米能级或真空能级）的约定并不完全一致；“检出限”（detectionlimit）在静态SIMS和动态SIMS中的定义和计算方法亦存在本质差别。这种术语层面的模糊性不仅影响学术交流的效率，更可能在国际贸易中的质量检测、法规合规性判定等场景引发实质性争议。正是基于上述需求，国际标准化组织（ISO）下设的ISO/TC201“表面化学分析”技术委员会自1998年成立以来，始终将术语标准化作为其核心工作方向之一。ISO18115-1正是在这一框架下制定的基础性术语标准，首次发布于2010年，后经2013年、2018年两次增补修订，并于2023年进行了全面系统修订，形成现行版本。该标准由ISO/TC201下属的术语分技术委员会（SC1）负责维护，是表面化学分析领域引用频率最高、适用范围最广的基础标准之一。此外，该标准与ISO18115-2:2013《表面化学分析词汇第2部分：扫描探针显微镜及数据信息转移》共同构成了表面化学分析领域的完整术语体系，并与ISO18117《表面化学分析样品处理前分析物包容安装指南》、ISO20579《表面化学分析样品处理、制备和安装指南》等标准形成配套矩阵，共同保障了从样品制备到数据报告全流程的标准化运作。其修订质量直接关系到整个表面分析标准体系的协调性和有效性。本报告将从标准修订背景与过程、术语分类体系与核心技术变化、标准应用价值以及主要参与单位等维度，对该标准进行系统而深入的分析。二、标准修订背景与编制过程2.1技术发展驱动下的修订需求自ISO18115-1:2010发布以来的十余年间，表面化学分析领域经历了深刻的技术变革，对术语体系提出了全新要求：新技术的涌现与成熟。环境压力XPS（NAP-XPS）技术实现了在接近实际反应条件（最高达数千帕气压）下对催化剂表面和固-气界面的原位表征，开启了“Operando”表面分析的新时代；飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）在分子成像领域的空间分辨率不断提升，结合OrbiSIMS等高分辨质谱技术，使单细胞和亚细胞水平的质谱成像成为可能；低能离子散射谱（LEIS）在单原子层表面灵敏度方面的独特优势也日益受到工业界的重视。这些新兴技术带来了大量新概念、新参数和新量值，亟需在术语层面予以明确定义和规范。数据科学与人工智能的渗透。机器学习辅助谱图识别、自动化的能谱解卷积、大数据驱动的材料信息学等新方法正在深刻地改变表面分析数据的处理方式。随之而来的“训练集”“特征提取”“模型验证”等数据科学概念如何与传统的谱学术语体系有机融合，成为术语修订中不可回避的问题。国际协调需求的增强。随着全球产业链重构和国际贸易摩擦的加剧，各国对分析检测结果的互认需求日益迫切。VAMAS（凡尔赛先进材料标准项目）等国际协作项目在推动表面分析实验室间比对方面积累了丰富经验，发现术语理解差异是导致比对结果离散的重要原因之一。对术语定义进行精准化修订成为提升全球数据可比性的基础性工程。2.2标准修订过程本标准的修订工作遵循ISO/IEC导则第2部分规定的标准制定流程，按照NP（新工作项目提案）→WD（工作组草案）→CD（委员会草案）→DIS（国际标准草案）→FDIS（最终国际标准草案）→正式出版各阶段严格推进。修订工作由ISO/TC201/SC1（术语分技术委员会）负责组织，具体由WG2工作组牵头实施。来自中国、美国、日本、德国、英国、法国、韩国等主要成员国的专家参与了各阶段的投票和意见反馈。中国作为ISO/TC201的积极参与国，由全国微束分析标准化技术委员会（SAC/TC38）组织国内相关领域专家全程跟踪并参与该标准的修订工作，中国专家在纳米尺度术语定义、表面分析空间分辨率的表述规范等方面提出了建设性意见。标准于2023年6月19日正式发布，版本状态为现行有效。在修订过程中，工作组全面征集了来自各国标准化机构、仪器制造商、学术团体和终端用户的使用反馈，对全部术语条目进行了逐一审查。对于过时的内容予以删除或修改；对于定义含糊的条款进行精确定义；对于新出现的概念设立新词条。数据显示，2023版新增术语约30条，删除或合并过时术语约10条，同时对大量既有词条的定义进行了精细化修订和注释补充。修订过程中特别注重术语之间的逻辑关联性，在定义中明确标注了相关术语的交叉引用关系，构建了更加严密的术语网络。三、标准主要技术内容分析3.1标准的适用范围与定位ISO18115-1:2023规定了表面化学分析领域中光谱学方法所涉及的一般术语和定义，其适用范围明确限定为“光谱学中使用的一般术语”，包括XPS、AES、SIMS、LEIS等以能谱或质谱为主要信息载体的分析方法。与该系列标准的第2部分（ISO18115-2，聚焦于扫描探针显微镜及数据信息转移）形成互补，两部标准共同覆盖了表面化学分析的主要方法学分支。该标准位于表面化学分析标准体系的顶层基础位置，其下位标准（如各具体分析方法的标准操作规范、校准程序、数据报告格式等标准）均以本标准定义的术语为共同语言基础。因此，该标准的术语定义质量直接决定了整个标准体系的协调性和可操作性。3.2术语分类体系的框架结构本标准在结构组织上延续了ISO18115-1系列的一贯风格，即按照分析流程的逻辑顺序对术语进行分类编排，而非简单的字母顺序排列。这一组织方式有利于使用者从整体上把握表面分析过程的技术链条，也有利于标准维护过程中保持术语体系的系统性。整体框架可概括为以下五个层面：1.基础概念层：涉及表面化学分析的基本物理概念和通用计量学术语。这一层面的术语定义了整个领域的理论基础，包括“表面灵敏度”（surfacesensitivity）、“信息深度”（informationdepth）、“取样深度”（samplingdepth）、“分析体积”（analysisvolume）等描述分析区域空间特征的基础术语，以及“检出限”（detectionlimit）、“定量检出限”（quantificationlimit）、“精密度”（precision）、“正确度”（trueness）等计量学性能指标术语。这些术语构成了表面分析结果的计量学可信度评价基础。2.仪器与硬件层：定义各类光谱分析仪器的组成部件、功能模块和关键性能参数。该层术语涵盖了激发源（如X射线源、电子枪、离子枪、激光器等）、离子光学系统（如能量分析器、质量分析器、电荷中和装置等）、探测器（如电子倍增器、微通道板、CCD相机等）以及真空系统等核心部件。2023版对飞行时间质量分析器的飞行路径（V型和反射式）进行了更细致的术语区分，增加了对新型离子源（如气体团簇离子源GCIB）的定义条款，反映了离子枪技术在大分子深度剖析领域的最新进展。3.分析方法与程序层：定义各类光谱分析方法的基本原理、分析模式、扫描方式和数据采集策略。这包括“深度剖析”（depthprofiling）、“角分辨XPS”（angle-resolvedXPS）、“成像XPS”（imagingXPS）、“图谱模式”（mappingmode）、“线扫描”（linescan）等分析模式术语，以及“溅射速率”（sputteringrate）、“溅射深度”（sputtereddepth）等深度剖析过程相关术语。4.数据处理与表达层：涉及原始数据到最终分析结果的加工处理过程术语，包括谱图处理（如“荷电位移校正”、“背景扣除”、“峰拟合”）、定量计算（如“相对灵敏度因子”、“基体效应修正”）、结果表达（如“原子浓度”、“化学态分布”）等。5.质量保证与报告层：涵盖实验室质量管理和分析结果报告相关的术语，包括“实验室间比对”（interlaboratorycomparison）、“标准参考物质”（referencematerial）、“测量不确定度”（measurementuncertainty）等。3.32023版标准的主要内容变化相较于ISO18115-1:2010及其增补件（Amd1:2013和Amd2:2018），2023版标准在以下方面进行了系统性修订：技术内容更新与新增术语。2023版引入了大量反映最新技术发展的新词条。例如，针对环境压力XPS技术新增了“环境压力光电子能谱”（ambient-pressureXPS）及相关术语，界定了准原位（quasi-in-situ）分析的条件和限制；针对气体团簇离子源的广泛应用，新增了“气体团簇离子束溅射”（gasclusterionbeamsputtering）、“等效能量”（equivalentenergy，指单原子等效能量的计算方式）等术语；针对数据科学方法在表面分析中的应用，引入了“自动化谱图解译”（automatedspectralinterpretation）等交叉性术语，并对数据质量评价相关的“信噪比提升”（signal-to-noiseratioenhancement）等给出了更明确的定义。删除与整合的过时内容。对于一些描述已被淘汰技术或与当前实践不符的术语进行了删除或合并。例如，早期版本中针对特定型号仪器的局部性术语已从标准中移除，以保持标准的普适性和技术中立性。对于部分定义不够精确的术语，2023版通过增加注释（Notes）的方式对定义进行补充说明，显著增加了每个术语条目中的注释信息量，帮助使用者更准确地把握概念的边界条件。定义和注释的精细化。2023版对大量核心术语的定义进行了精炼和深化。例如，“信息深度”的定义进一步明确了其与“衰减长度”（attenuationlength）、“有效衰减长度”（effectiveattenuationlength）和“平均逃逸深度”（meanescapedepth）等概念之间的区别和联系，有效澄清了长期存在的概念混淆问题。对“定量检出限”给出了比旧版更加具体和可操作的定义，明确了基于空白的标准偏差和校准曲线斜率的计算方法。3.4标准与其他国际标准的协调ISO18115-1:2023在修订过程中充分考虑与其他国际标准的协调性问题。在术语定义上与ISO18115-2:2013（扫描探针显微镜术语）保持了严格的一致性，避免了同一概念在两个部分中定义不一致的情况。与ISO18114:2021《表面化学分析二次离子质谱用均匀掺杂材料测定相对灵敏度因子的方法》、ISO14606:2022《表面化学分析溅射深度剖析用单层或多层薄膜标准物质优化层厚、溅射深度和界面宽度参数》等具体方法标准中的术语引用实现了无缝对接。此外，该标准在计量学基础术语方面与ISO18117:2022《表面化学分析样品处理前分析物包容安装指南》保持一致，并通过引用ISO18117、ISO20579-1和ISO20579-4等标准，在样品处理与制备环节实现了术语的协同统一。在国际计量学基础层面，该标准积极引入国际计量组织（BIPM）和国际通用计量学基本术语（VIM）的定义框架，确保表面化学分析领域的术语定义与国际计量体系兼容。这种多层次的协调策略保障了整个标准体系的内在一致性。四、标准的应用价值4.1在仪器校准与实验室认可中的应用ISO18115-1:2023是表面分析实验室质量体系建设的基础性文件。在实验室认可（如ISO/IEC17025认可）过程中，该标准为实验室建立仪器校准程序、制定作业指导书、评估测量不确定度等提供了统一的术语基础。特别是在多台设备、多个实验室之间进行数据比对时，统一术语定义是确保结果可比性的前提条件。依据该标准定义的“检出限”和“定量检出限”，实验室可以建立规范的仪器性能评价流程；依据“能量标尺校准”和“强度标尺校准”的明确定义，实验室可以在不同时间、不同设备间建立可追溯的校准链。4.2在数据分析与报告规范中的应用在表面分析的数据处理和结果报告环节，ISO18115-1:2023提供了规范的术语支撑。该标准对“背景扣除”“峰面积”“化学位移”等数据处理关键概念的精准定义，直接保障了不同实验室间数据处理流程的一致性。以XPS定量分析为例，不同软件（如CasaXPS、Avantage、MultiPak等）在默认参数设置和算法实现上存在差异，但基于统一的术语定义，分析人员可以在明确界定“相对灵敏度因子”“基体修正因子”等核心概念的基础上，合理地选择定量策略并对结果差异进行科学评估。在学术论文和检测报告撰写中，采用该标准定义的标准术语已成为国际主流期刊和权威检测机构的通行要求。4.3促进技术交流和产业发展在产业层面，ISO18115-1:2023有助于降低贸易壁垒、促进技术交流。表面分析仪器制造商在编制产品技术文档和使用手册时，可直接引用该标准的相关术语，确保用户对产品性能指标的一致理解。例如，在招标采购和验收环节，供需双方基于统一的“能量分辨率”“空间分辨率”“检出限”等定义，可以有效避免因术语理解差异导致的合同纠纷。在半导体、新能源、先进涂层等下游应用领域，产业链上下游企业基于统一术语的数据交流也变得更加高效可靠。4.4支撑科技创新与人才培养对于科研机构和高等院校而言，该标准是制定科研数据管理规范、撰写学术论文、开展跨学科合作的重要参考工具。对于表面分析领域的初学者和新入职工程技术人员而言，该标准以其系统性和权威性成为理想的入门教材和专业培训资料，在人才培养中发挥着不可替代的引导作用。同时，在新型分析技术和新应用场景不断涌现的背景下，该标准的持续修订为科技创新提供了动态更新的语言基础设施。五、主要修订单位简介本标准由国际标准化组织ISO/TC201“表面化学分析”技术委员会（SurfaceChemicalAnalysis）组织制定，具体由该技术委员会下属的SC1分技术委员会“术语”（Terminology）负责归口管理。ISO/TC201