邵鴻飛 黃 輝 鄧衛(wèi)華 冀克儉

(中國兵器工業(yè)集團(tuán)第五三研究所，濟(jì)南 250031)

近年來，由于電子、激光、宇宙航行、原子能等尖端科學(xué)的迅猛發(fā)展，對玻璃材料提出了更高的要求，因此國內(nèi)外研制出了多種新型特種玻璃。通過向普通玻璃中添加一定量的稀有元素使其具有一系列獨(dú)特的電、光、磁性能，使這些新型玻璃逐漸成為器件的核心材料。我國自行研制的耐輻射新型特種玻璃已成功應(yīng)用在我國近年來發(fā)射的神舟系列載人飛船上，為飛船的成功發(fā)射做出了貢獻(xiàn)。例如以鋰鋁硅玻璃為基本組成并摻雜稀土元素的耐輻照石英玻璃已經(jīng)用作神舟系列飛船的儀表窗材料、衛(wèi)星姿控系統(tǒng)中太陽敏感器用材料；硼鋁硅微晶玻璃已經(jīng)用作飛船上硅太陽能電池表面的防護(hù)材料等。新型特種玻璃材料已日益成為材料科學(xué)研究的一個新領(lǐng)域，特種玻璃國內(nèi)現(xiàn)已生產(chǎn)的產(chǎn)品有航空玻璃、安全玻璃、熔封玻璃、計(jì)量玻璃以及紅外玻璃、防紫外玻璃、電磁屏蔽玻璃等，共計(jì)200多個品種，除滿足我國航空、電子、汽車、現(xiàn)代建筑、公安部門發(fā)展的需要外，有些產(chǎn)品已經(jīng)出口海外。我國自行設(shè)計(jì)制造的各種飛機(jī)、火車、汽車、船艦用風(fēng)擋玻璃、電加溫玻璃、屏蔽玻璃等都是采用國內(nèi)生產(chǎn)的特種玻璃。我國激光、微電子、航天、國防科技等領(lǐng)域所用的特種玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量有些已達(dá)世界先進(jìn)水平[1-6]。

人們?nèi)粘Ｉ钣玫钠胀úＡ?，如平板玻璃和水晶玻璃等，對微量和痕量成分測定的要求不高，但在新型特種玻璃的生產(chǎn)和研究中，為了提高玻璃的質(zhì)量與性能，越來越關(guān)心玻璃材料中的微量及痕量成分，因?yàn)檫@些成分極大地影響著玻璃材料的使用價值。所以在科研生產(chǎn)中必須對這些成分進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的測試，玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對于保證這些數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性起著非常重要的作用。為了解決玻璃化學(xué)分析中遇到的各種問題，已經(jīng)研發(fā)了一系列不同基體和元素含量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

筆者對國內(nèi)外玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研究現(xiàn)狀作簡要介紹，并分析我國玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究的不足之處及未來的發(fā)展方向。

1 玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)簡介

1.1 國內(nèi)玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

上世紀(jì)80年代以來，中國建筑材料科學(xué)研究院、國家建筑材料測試中心等一些單位先后研制了一批玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，使我國玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的數(shù)量達(dá)到了一定的規(guī)?！，F(xiàn)將我國一級玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的簡要情況列于表1和表2中[7]。

表1 國家一級玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)概況

表2 國家一級玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

1.2 國外玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

近些年來，國外標(biāo)準(zhǔn)化研究機(jī)構(gòu)相繼開展了玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研究，如美國的NIST、德國的BAM、日本標(biāo)準(zhǔn)化委員會等。以下分別作簡要介紹，因國外標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)數(shù)量較多，不能將每種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)一一列出，在此僅列出部分玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

(1)美國NIST玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

國外在玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制方面起步比較早,發(fā)展也非常迅速。其中美國在這方面比較先進(jìn)，美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的簡單情況列于表3和表4[8,9-13]。

表3 NIST玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)概況

表4 部分NIST玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)[8,9,14]

(2)日本的玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

除美國以外，日本在玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研究方面也走在了世界的前列，現(xiàn)將日本近年來的玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)匯總于表5和表6中。

表5 日本玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)概況[14-19]

表6 部分日本玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)[15-20]

(3)歐盟國家玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

歐盟國家玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)見表7。

表7 歐盟國家玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

1.3 國外研制玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的特點(diǎn)

(1)國外標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)主要由國家計(jì)量研究院研制與發(fā)布，如美國的NIST、德國的BAM等，這一特點(diǎn)有利于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)量值的溯源與傳遞。

(2)有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的量值覆蓋范圍寬，能更好地滿足不同測量范圍的要求。

(3)相對于國內(nèi)的玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，國外研制的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)具有更多元素含量特性量的有證值，這一特點(diǎn)更適合于實(shí)際工作中的分析測量。

2 玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的作用

(1)統(tǒng)一量值，保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性

不同實(shí)驗(yàn)室不同分析人員在玻璃成分分析中采用多種分析手段和分析方法測試，由于受多種客觀因素的影響，測試數(shù)據(jù)可能會有較大偏差。而標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)具有在時間上保持特性量值的功能，故在日常分析中經(jīng)常使用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，使測試結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。

(2)用于電子探針、X射線熒光光譜儀等分析儀器的校準(zhǔn)

很多分析方法基于相對測量原理，例如等離子體發(fā)射光譜、電子探針、X射線熒光光譜等多用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)制作工作曲線。使用玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)省去了煩瑣的標(biāo)準(zhǔn)溶液配制，消除了基體效應(yīng)的影響，保證該類儀器測定玻璃成分的準(zhǔn)確、可靠。

(3)用于新的測試檢驗(yàn)方法的制訂，檢驗(yàn)新方法的可靠性和準(zhǔn)確性

隨著新型玻璃的不斷出現(xiàn)，需要研制新的分析方法或者對原分析方法進(jìn)行改進(jìn)來確定玻璃的化學(xué)組成。在新方法投入使用之前，需要先對其進(jìn)行驗(yàn)證并作出評價，而應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行新分析方法的評定是一種重要的方法，方便、可靠且最有說服力。

3 我國玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)存在的問題及建議

雖然近些年來我國玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制與應(yīng)用取得了一些進(jìn)展，但與國外相比仍有很大差距，主要有以下幾點(diǎn)：

(1)目前國內(nèi)各個玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究單位的研究規(guī)模較小，每年研制的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)數(shù)量相對較少，難以滿足目前的分析測量需求。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)量值覆蓋范圍窄，我國現(xiàn)有的玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)都是各個研究單位研制的某些特定組分含量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，沒有形成組分含量梯度分布的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)系列。

(2)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)種類有限，不利于滿足使用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)應(yīng)盡可能與被分析材料具有相似性這一基本要求。

(3)在玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)應(yīng)用方面，一些沒有經(jīng)過認(rèn)證，無標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書的玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)仍在使用。

(4)玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究發(fā)展不平衡，用于檢測玻璃中痕量組分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究較少。

當(dāng)前，工業(yè)競爭力日益受到各國重視，而計(jì)量測試能力的高低體現(xiàn)了競爭力的強(qiáng)弱，這一切必須有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為技術(shù)保證，特別是我國加入WTO以后，為發(fā)展我國的經(jīng)濟(jì)和科技，勢必大力提高檢測技術(shù)的研究水平，加快標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研究步伐。我國玻璃工業(yè)經(jīng)過改革開放以來的跨越式發(fā)展，目前已成為世界上規(guī)模最大的平板玻璃生產(chǎn)國，而加工玻璃也發(fā)展迅速，玻璃產(chǎn)業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展及提高人民生活水平不可或缺的重要材料工業(yè)。但玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究的落后嚴(yán)重地阻礙了玻璃工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，需要從事這方面研究工作的科研人員進(jìn)一步提高對研制玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)重要性的認(rèn)識。提高測試方法的準(zhǔn)確度和精密度，提高標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值水平。在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的基礎(chǔ)上，不但要研制常見組分和微量組分，更重要的是研制檢測玻璃中痕量成分的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，解決研制標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)過程中的具體問題，加強(qiáng)計(jì)劃性，逐步形成規(guī)范良好的玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)體系。

[1] 姜中宏.硅酸鹽通報(bào)，1995，14(4)：46-49.

[2] 劉承鈞.電子標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，1995(5):33-34.

[3] 郭宏偉.玻璃與搪瓷,2009,37(2):37-41.

[4] 徐更生,等.材料導(dǎo)報(bào)，2004,18(10):25-27.

[5] 汪斌, 等.中國計(jì)量,2009(9):71-72.

[6] 胡曉燕.山東冶金,2006,28(4):1-4.

[7] 韓永志.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)手冊[M].北京:中國計(jì)量出版社,2007.

[8] 全浩.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003.

[9] ISO Guide 35 Certification of reference materials-General and statistical principles 2006[S].

[10] Cuadagnino E, et al. Society of Glass Technol， 2001,42(6):148-152.

[11] International Organization for Standardization. Guide to the expression of uncertainty in measurement(1995).

[12] K Vercoutere, et al.Analyst， 1998,123:965-969.

[13] Nicholas J G， et al. Journal of Geostandards and Geoanalysis, 1996,21(1):115-144.

[14] Steven L Goldstein, et al. Chemical Geology, 2003,202(1-2):1-4.

[15] William H Peck, et al. Geochemica et Cosmochimica, 2001,65(22):4 215-4 229.

[16] Hans Jurgen Forester. The Canadian Mineralogist, 2000,38:67-79.

[17] Stephan Klemme, et al. Geochemica et Cosmochimica Acta, 2002,66(17):3 109-3 123.

[18] Hans Jurgen Forester, et al. The Canadian Mineralogist,2000,38:675-684.

[19] Maria Balcerzak. Analytical Sciences, 2003,19(7):979-989.