ISO 61432025 气体分析-测定和检查校准气体混合物成分的比较方法标准立项发展报告

气体分析——测定和检查校准气体混合物成分的比较方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Gasanalysis—Comparisonmethodsfordeterminingandcheckingthecompositionofcalibrationgasmixtures摘要校准气体混合物是气体分析领域量值溯源与质量保证的核心物质，其成分的准确性直接关系到环境监测、工业过程控制、碳排放核算、医疗麻醉及半导体制造等众多关键领域的测量结果可靠性。随着全球对测量数据质量要求的不断提高以及新型应用场景的持续涌现，国际标准化组织（ISO）对气体分析领域的基础性方法标准进行了系统性修订。本报告围绕ISO6143:2025《气体分析——测定和检查校准气体混合物成分的比较方法》的立项背景、技术内容和标准化意义展开论述。该标准于2025年6月12日发布，取代了此前多年的旧版本，确立了利用比较方法对校准气体混合物成分进行测定与核查的完整技术框架。报告详细解析了新标准在适用范围、方法原理、数学模型构建、测量不确定度评定以及与ISO17034等法规的协调性方面的技术变化，并剖析了其主要参与制定单位——国际标准物质与测量研究所等机构在标准研制过程中的技术贡献。本报告旨在为气体分析领域的检测实验室、标准物质研制单位、仪器制造商和相关技术管理人员提供系统的标准解读与应用参考，助力我国气体分析标准化工作与国际体系的深入接轨。关键词：气体分析；校准气体混合物；比较方法；ISO6143；标准物质；测量不确定度；计量溯源Keywords:Gasanalysis;Calibrationgasmixtures;Comparisonmethods;ISO6143;Referencematerials;Measurementuncertainty;Metrologicaltraceability一、引言1.1研究背景气体分析是化学计量学中应用最为广泛的领域之一，从大气环境监测中的温室气体浓度测定，到工业排放烟气中有害组分的连续在线分析，再到高纯电子气体中痕量杂质的精密检测，均高度依赖于校准气体混合物（CalibrationGasMixtures）作为量值传递与溯源的关键载体。校准气体混合物的组分含量是否准确可靠，从根本上决定了气体分析仪器的测量结果是否具有计量学意义上的可信度。为确保校准气体混合物的成分可以追溯到国际单位制（SI），ISO6143作为该领域最基础的方法类国际标准之一，为采用比较方法测定和检验校准气体混合物成分提供了统一的技术准则。自该系列标准首次发布以来，历经多次修订，始终是气体分析实验室和标准物质生产者开展校准气体赋值工作的核心依据。1.2标准修订的必要性近年来，气体分析技术呈现出测量精度更高、应用场景更广、组分数目更多的显著特征。新型光学光谱技术（如CRDS光腔衰荡光谱法、OFCEAS光反馈腔增强吸收光谱法）及质子转移反应质谱（PTR-MS）等技术在气体分析中的广泛应用，对校准气体的动态范围、组分兼容性和不确定度水平提出了更加严苛的要求。与此同时，ISO/IEC17025:2017《检测和校准实验室能力的通用要求》、ISO17034:2016《标准物质生产者能力通用要求》以及ISO19229等系列标准对气体分析活动的计量溯源性和不确定度评定提出了更为规范的要求。在此背景下，ISO/TC158（气体分析技术委员会）启动了针对ISO6143的系统性修订工作，历经多年技术论证与多轮国际研讨，形成了本版ISO6143:2025，并于2025年6月12日正式发布。二、标准概述2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO6143:2025||中文名称|气体分析——测定和检查校准气体混合物成分的比较方法||英文名称|Gasanalysis—Comparisonmethodsfordeterminingandcheckingthecompositionofcalibrationgasmixtures||标准状态|现行||发布机构|国际标准化组织（ISO）||技术归口|ISO/TC158（气体分析技术委员会）||分类号|化学分析||发布日期|2025年6月12日||国别|国际组织||语言|英语|2.2标准定位ISO6143:2025属于ISO6143系列标准中的基础性方法标准，位于气体分析标准体系的顶层，为采用比较方法对校准气体混合物进行赋值和核查提供了统一的技术路径。该标准可作为气体标准物质生产者开展校准气体混合物定值工作的核心依据，也可供校准实验室和检测实验室实施质量控制和测量不确定度评定时使用。三、标准主要内容3.1适用范围ISO6143:2025规定了采用比较方法测定和检查校准气体混合物组分含量的通用技术准则。该标准适用于二元及多元气体混合物中一种或多种组分含量在几个10⁻⁹（ppb级）至体积分数100%范围内的比较测定。标准明确了比较方法的基本原理，即在使用仪器对未知气体混合物和已知成分的校准气体混合物（标准气体）的响应信号进行比较的基础上，通过函数关系计算未知气体混合物的组分含量。该比较方法既可以用于校准气体混合物的首次定值，也可以用于对已制备校准气体混合物成分的核查检验（即后续验证）。3.2方法原理与分类3.2.1比较方法的基本原理比较方法的核心在于建立测量仪器响应信号与待测组分含量之间的函数关系。在这一过程中，标准规定了对校准气体混合物和未知气体混合物要求在完全相同且稳定的测量条件下进行分析测定。测量过程中需定期用校准气体混合物对仪器进行校准验证，以监测并修正仪器响应的短期漂移，确保比较结果的有效性。根据校准函数的不同特征，新标准将校准策略划分为两种技术路径：1.校正函数法（CalibrationFunctionApproach）：利用不少于两个不同含量的校准气体混合物建立仪器响应信号与含量的函数关系（一般为线性或二次函数），然后依据该函数反推未知样品的含量。该方法适用于组成成分已知且可获得的待测气体。2.比较检验法（ComparisonCheckingApproach）：以待核查气体混合物与成分相近的校准气体混合物直接比较仪器的响应信号，通过插值或比例计算推算待核查气体的组分含量。该方法适用于对已制备校准气体混合物进行定期核查和质量控制。3.2.2校准函数的确定与模型评估标准对校准函数的确定过程作了详细的技术规定。校准函数应基于最小二乘法回归确定，同时需评估回归模型的显著性、残差分布特征及模型适用性。对于非线性响应区域，标准要求采用加权回归或适当提高校准点的密度，以保证校准函数在整个工作范围内的可靠性。3.2.3测量不确定度评定测量不确定度评定是ISO6143:2025的核心内容之一。标准要求测量结果的完整表达必须包含扩展不确定度。不确定度来源的识别应涵盖校准气体混合物自身含量的不确定度、仪器响应的随机波动、校准函数回归引入的不确定度、环境条件漂移的影响以及样品与校准气体在基体组成上的差异等主要因素。新标准进一步规范了不确定度传播计算的方法路径，要求按照GUM（测量不确定度表示指南）框架进行系统评定，并在计算中充分利用包含校准函数参数协方差在内的完整不确定度信息。3.3与相关标准的协调ISO6143:2025与以下标准形成了较好的协调配套关系：-ISO6142（气体分析——校准气体混合物制备——称量法）：规定校准气体混合物的制备方法，ISO6143为利用这些已制备的混合物开展比较测量活动提供了方法依据；-ISO6144（气体分析——校准气体混合物制备——混合法）：覆盖混合法动态配气途径的比较测量应用；-ISO6145（气体分析——校准气体混合物制备——动态体积法）：适用于动态配气系统的校准验证；-ISO6146（气体分析——校准气体混合物制备——测压法）：规定了采用测压法制备的校准气体的比较测定方法；-ISO17034:2016（标准物质生产者能力通用要求）：从质量管理体系层面为校准气体混合物生产者提出了能力要求。上述标准共同构成了气体分析领域从制备、赋值到核查的完整标准化链条。四、修订内容与技术变化4.1主要技术变化概述相较于旧版ISO6143，2025版在以下几个方面做出了显著的技术更新：1.扩展适用范围：对痕量级（ppb级）组分的比较测定提供了更加明确的技术指引，补充了在高稀释比条件下比较方法的特殊处理要求；2.完善了校准函数模型：引入了更严谨的模型适用性检验程序，对函数形式选择、模型阶数确定和异常数据判别等技术环节给出了详细规定；3.细化了不确定度来源分解：明确要求对各类不确定度分量进行系统性分类和量化，增加了测量系统漂移校正引入的不确定度分量评估方法；4.强化了与ISO17034的协调性：在标准物质生产者的溯源性要求、均匀性检验和稳定性评估等方面更加贴合ISO17034的框架要求；5.更新了数据处理的案例：增加了多组分气体混合物比较测定的典型应用示例，强化了标准的可操作性。4.2技术内容更新亮点新标准在比较方法的数据处理和计算流程方面提供了更高精度的数学工具，特别是在校准函数参数估计中采用了协方差矩阵传播的方法，使得最终不确定度的评定结果更为科学可靠。标准附录中新增了采用加权最小二乘法的数据处理示例，并给出了关键步骤的计算程序流程图，便于实验室理解和实践应用。五、主要参与制定单位介绍5.1国际标准化组织ISO/TC158ISO/TC158是国际标准化组织负责气体分析领域标准制定的专业技术委员会，其秘书处长期由德国标准化协会（DIN）承担。TC158的工作范围涵盖气体分析的全部技术环节，包括气体混合物制备、成分测定、取样技术、校准方法、分析仪器性能评价及相关的术语定义等。该委员会的成员包括各成员国的标准化技术专家、权威计量机构代表、仪器制造企业技术负责人以及终端用户代表等多元利益相关方。作为ISO6143历次版本修订的核心技术平台，ISO/TC158下设多个工作组（WorkingGroups），分别承担不同方向的标准制修订任务。ISO6143:2025的修订工作主要由WG1（校准气体混合物——制备方法）和WG3（校准气体混合物——分析方法）联合推进，其技术讨论涵盖了从方法学基础到工程实践的多层面议题。5.2标准研制的主要贡献单位在ISO6143:2025的修订过程中，以下机构发挥了重要的技术支撑作用：德国联邦物理技术研究院（PTB）：作为国家级计量院（NMI），PTB在气体分析计量领域具有深厚的技术积累和国际权威性。其气体分析实验室承担了ISO6143系列标准的核心技术研究和试验验证工作，特别是在比较方法不确定度评定模型的建立和实验验证方面提供了关键的计量学支撑。英国国家物理实验室（NPL）：NPL在气体标准物质制备技术及高精度光学分析方法方面为标准的修订提供了坚实的技术基础，其提出的基于光谱分析技术的比较方法应用案例被纳入标准技术附录。中国计量科学研究院（NIM）：作为中国在ISO/TC158中的对口技术机构，NIM在气体分析计量基标准研究和国际比对中持续发挥着积极作用，参与了新标准中量值溯源框架和不确定度评定方法的讨论与验证工作。法国国家计量测试实验室（LNE）：LNE在空气质量监测用校准气体的研制和溯源技术方面经验丰富，为标准中痕量组分比较测定方法的补充完善做出了重要贡献。上述机构在标准研制过程中通过开展国际比对实验、技术验证测试和广泛的意见征集，保障了标准技术内容的科学性、普适性和可操作性。六、标准应用价值与影响分析6.1对校准气体生产行业的影响ISO6143:2025为校准气体混合物的生产者和供应商提供了一套与国际计量规范要求一致的定值技术框架。该标准的发布有助于统一全球范围内校准气体产品的定值方法和不确定度表达方式，进一步推进校准气体混合物的国际互认进程，为消除技术性贸易壁垒提供了标准层面的支撑。6.2对检测和校准实验室的影响对于依据ISO/IEC17025建立管理体系的检测和校准实验室，ISO6143:2025为其建立和验证校准气体混合物的测量溯源链提供了关键的技术依据。实验室在实施仪器校准、方法验证和测量不确定度评定时，均可依据该标准开展系统化的工作。新标准对不确定度来源要求更加细化的规定，将推动实验室进一步提升测量结果的质量水平。6.3对下游应用领域的影响七、结论与展望ISO6143:2025《气体分析——测定和检查校准气体混合物成分的比较方法》的正式发布，是国际气体分析标准化进程中的一个重要里程碑。该标准在继承原有方法框架的基础上，充分吸收了近年来气体分析计量技术的最新成果，在适用范围扩展、数学模型精细化、不确定度评定规范化和标准体系协调性等方面实现了全面的技术升级。从全球视野来看，校准气体混合物的量值准确性与国际一致性是气体分析数据可信度的基