ISO/IEC99:2007《國(guó)際計(jì)量學(xué)基本通用術(shù)語(yǔ)》(VIM)中，第一次列出了“標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的可替換性(commutability)”的定義:標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的特性，該特性通過(guò)由兩個(gè)給定測(cè)量程序得到的、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中某一規(guī)定量的測(cè)量結(jié)果以及對(duì)其他特定物質(zhì)測(cè)量結(jié)果關(guān)系之間的接近程度來(lái)證明。
可替換性又常被譯作可代替性、互換性、互通性，有文獻(xiàn)將其解釋為“平行溯源性(horizontal traceability)”，該概念初用于酶學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，酶學(xué)檢測(cè)中所應(yīng)用到的參考物質(zhì)或?qū)φ掌分兴械拿冈谛再|(zhì)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面可能與實(shí)際樣品不同，因此，采用可替換性來(lái)評(píng)價(jià)這些參考物質(zhì)或?qū)φ掌吩诓煌治龇椒ㄖ信c臨床真實(shí)樣品反應(yīng)的一致性。由上可知，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可替換性的本質(zhì)是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與實(shí)際樣品中被分析物與基質(zhì)方面的差異?；|(zhì)效應(yīng)存在于大量化學(xué)、生物等測(cè)量中，因此，應(yīng)重視標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中可能存在的可替換性問(wèn)題。
一、可能存在可替換性問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)類型分析
大量的化學(xué)或生物測(cè)量都涉及對(duì)樣品進(jìn)行前處理以及校準(zhǔn)測(cè)量。樣品前處理過(guò)程中，被分析物提取和轉(zhuǎn)化的效率可能受基體主成分影響以及被測(cè)物結(jié)合狀態(tài)等的影響。而在測(cè)量過(guò)程中，校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量控制用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與實(shí)際樣品三者間的被分析物濃度、存在形式、基體或干擾成分的差異都可能導(dǎo)致在基體效應(yīng)上的差異，影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠以及運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)開(kāi)展測(cè)量量值溯源與質(zhì)量控制的有效性，如圖1所示。
<CTSM>圖1基體差異對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)質(zhì)量控制有效性的影響</CTSM>
還有一類測(cè)量，測(cè)定體系較為復(fù)雜，對(duì)被測(cè)量的測(cè)量常常不是直接的，而是通過(guò)一定的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)或生物學(xué)測(cè)定原理等進(jìn)行間接測(cè)量，并通過(guò)活性單位、效價(jià)單位等表示被測(cè)量。由于往往涉及臨床、生物等基體比較復(fù)雜的樣品，樣品的基質(zhì)效應(yīng)尤為嚴(yán)重。
針對(duì)以上測(cè)量過(guò)程的特點(diǎn)，可總結(jié)出以下可能存在可替換性問(wèn)題的典型標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)類型:
(1)被分析物與基體結(jié)合狀態(tài)與真實(shí)樣品不一致的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，如通過(guò)基體添加方式制備的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品，被測(cè)物可能以游離態(tài)存在，從而導(dǎo)致樣品的提取效率與真實(shí)樣品不同，進(jìn)而容易使運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)開(kāi)展的質(zhì)量控制失去有效性，甚至造成誤判。
(2)被分析物測(cè)量過(guò)程中較易受基質(zhì)影響的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。如氣相色譜分析中，熱不穩(wěn)定、極性、具有氫鍵結(jié)合能力的有機(jī)磷酸酯、羥基、咪唑、氨基化合物等容易產(chǎn)生基質(zhì)效應(yīng)，導(dǎo)致響應(yīng)值的增強(qiáng)或減弱。對(duì)此類標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可從被分析物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)著手分析。
(3)不能很好代表真實(shí)樣品的模擬、合成樣品，或出于穩(wěn)定性、均勻性等方面的考慮在制備過(guò)程中添加或除去了某些可能引起干擾物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。如果用戶使用的檢測(cè)方法與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值方法在干擾的產(chǎn)生和抑制措施方面不匹配，則可能產(chǎn)生可替換性問(wèn)題。
(4)由于制備方式使其狀態(tài)發(fā)生改變并與實(shí)際樣品產(chǎn)生不一致的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(如凍干或被精細(xì)研磨的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)等)。已有資料證明，一些凍干標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(如血清)在復(fù)溶還原后與新鮮血清相比活性降低，如對(duì)于血清中膽固醇的測(cè)量，冰凍人血清的基質(zhì)效應(yīng)最小，凍干血清則會(huì)產(chǎn)生負(fù)偏差。
臨床以及生物領(lǐng)域是最易產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可替換性問(wèn)題的領(lǐng)域，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可替換的概念也正是起源于臨床領(lǐng)域。但是，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的可替換性絕不僅僅存在于該領(lǐng)域，如近年來(lái)，在農(nóng)藥、獸藥殘留測(cè)定的基質(zhì)效應(yīng)以及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可替換性方面的認(rèn)識(shí)逐步加深。只要存在基質(zhì)效應(yīng)，就應(yīng)對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)目疾煅芯?。即便是?jiǎn)單基體的校準(zhǔn)用溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，也可能會(huì)由于基體差異導(dǎo)致一定的可替換性問(wèn)題，如標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶劑尤其是有機(jī)溶劑基體可能會(huì)影響稀釋過(guò)程，而樣品與校準(zhǔn)溶液間溶劑基體的差異可能會(huì)顯著影響儀器響應(yīng)的靈敏度，從而對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性造成不容忽視的影響，尤其是對(duì)于氣相色譜等樣品檢測(cè)前有氣化、分流等過(guò)程的檢測(cè)方法。
二、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可替換性的評(píng)估
美國(guó)臨床實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)給出了臨床實(shí)驗(yàn)室關(guān)于基質(zhì)效應(yīng)評(píng)估的指南，可以參考該指南，評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的可替換性。評(píng)估中，使用兩種測(cè)量方法:一種為日常檢測(cè)方法；一種為對(duì)照方法，可以是參考方法、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值方法或其他具有比較穩(wěn)定性能的方法。并按照如圖2所示的基本模式開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。
<CTSM>圖2標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可替換性的評(píng)估方法</CTSM>
存在多個(gè)評(píng)估對(duì)象時(shí)，可以用回歸和作圖的方法來(lái)判斷比值1與比值2之間的一致性。如果存在顯著不一致，說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)有一定的可替換性問(wèn)題。在開(kāi)展上述研究的時(shí)候，筆者認(rèn)為需要注意以下兩個(gè)方面的問(wèn)題:
(1)對(duì)方法有足夠的控制和執(zhí)行能力是開(kāi)展可替換性研究的前提，應(yīng)確保對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和實(shí)際樣品進(jìn)行測(cè)量時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件的重復(fù)性，并使誤差隨機(jī)化，必要時(shí)運(yùn)用隨機(jī)化原則安排實(shí)驗(yàn)。
(2)在研究標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的可替換性的同時(shí)，應(yīng)對(duì)比值1給予重視。在比值1與1.0之間存在顯著差異的情況下，很可能說(shuō)明，日常檢測(cè)方法或?qū)φ辗椒ǖ乃菰葱源嬖趩?wèn)題，或已溯源至不同標(biāo)尺或由特定方法規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)程序上，此時(shí)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與實(shí)際樣品的可替換性考慮轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與實(shí)際檢測(cè)方法或過(guò)程的適用性考慮，應(yīng)考慮對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的用途進(jìn)行限定。
上述評(píng)估方法也在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可替換性的定義中得到了明確。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制者，在研究標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的可替換性以及對(duì)實(shí)際檢測(cè)方法或過(guò)程的適用性問(wèn)題時(shí)，可能同時(shí)會(huì)涉及對(duì)多種候選物以及多種檢測(cè)方法的研究，如研制一種用于檢測(cè)動(dòng)物中抗生素殘留的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，可能涉及多種檢材(如雞肉、牛肉、豬肉等)；對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)或國(guó)內(nèi)檢測(cè)，可能選取血液或肝臟進(jìn)行檢測(cè)；針對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品，則只能對(duì)肌肉組織樣品進(jìn)行檢測(cè)；此外，樣品前處理與檢測(cè)方法多種多樣，提供的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的形式多種多樣(如凍干和冷凍)。此時(shí)，為了提高研究效率，可運(yùn)用適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，如應(yīng)用Minitab統(tǒng)計(jì)軟件的“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)功能”，可以很方便地完成對(duì)影響標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可替換性或適用性因素的識(shí)別，選取最具廣泛代表性的候選物開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制；此時(shí)，所考慮的不僅是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)實(shí)際樣品的可替換性，也包括標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)之間的可替換性，以確保以最少的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)品種覆蓋最廣泛的應(yīng)用范圍。
三、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可替換性的思考
1.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的可替換性與溯源性
標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)存在一定的可替換性問(wèn)題并不是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的量值準(zhǔn)確性與溯源性存在問(wèn)題，而是由于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)實(shí)際樣品的代表性導(dǎo)致運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)開(kāi)展檢測(cè)方法確認(rèn)與質(zhì)量控制時(shí)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性不能真實(shí)反映運(yùn)用該方法，在相同操作和實(shí)驗(yàn)操作條件下進(jìn)行實(shí)際樣品檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)開(kāi)展可替換性研究是為了確保標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在量值溯源過(guò)程中的重要作用得以充分發(fā)揮。換句話說(shuō)，在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)量值結(jié)果的溯源性得到很好保障的條件下，仍然要考察標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的可替換性，以確保用戶運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)開(kāi)展方法確認(rèn)與質(zhì)量控制的有效性。
2.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的可替換性與適用性
標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的可替換性是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)適用性的體現(xiàn)。而標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的適用性還包括對(duì)量值及不確定度水平、最小取樣量以及溯源性等其他方面的考慮，是一個(gè)復(fù)雜的話題。日常有很多標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法由于受當(dāng)前技術(shù)水平的限制等，雖看似有溯源至SI單位的清晰溯源鏈，實(shí)際上由于基質(zhì)效應(yīng)等的存在，其溯源性還受限于特定的樣品提取、分離、測(cè)定程序等，如對(duì)于沉積物、淤泥等樣品中多環(huán)芳烴(PAHs)的測(cè)量，樣品基體組成會(huì)對(duì)提取效率和測(cè)量的回收率造成較大影響，同時(shí)，不同的樣品提取程序也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果間產(chǎn)生較大差異。應(yīng)對(duì)此有充分了解，除了要考慮標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的可替換性，還要考慮標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值方法與實(shí)際檢測(cè)方法在溯源性方面的差異等，不可簡(jiǎn)單地將“標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確”歸結(jié)于“標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的量值不準(zhǔn)確”。
3.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的可替換性應(yīng)同時(shí)引起研制者與使用者的關(guān)注
標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制者應(yīng)盡量在研制前期，即標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)候選原料的選擇、加工與制備階段，就充分考慮標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可替換性的問(wèn)題。同時(shí)，不僅要研究定值方法，還要研究日常檢測(cè)方法，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑u(píng)估，以避免研制不適用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，造成成本浪費(fèi)。在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(shū)中，應(yīng)對(duì)原料制備過(guò)程、添加物質(zhì)、基體、定值方法(包括必要的樣品前處理方法)等給予必要的說(shuō)明，供用戶參考。以含有PAHs、PCBs、農(nóng)藥、二惡英、呋喃等多種特性值的美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)SRM1944紐約/新澤西排水溝沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為例，由于樣品的粒徑分布、表面積、有機(jī)碳含量等會(huì)影響提取效率，因此給出了這些方面的參考值。如果標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)很可能存在一定的可替換性問(wèn)題但缺乏評(píng)估，最好也向用戶說(shuō)明，如IRMM/IFCC456人胰腺組織中α-淀粉酶標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(shū)中就聲明:沒(méi)有做針對(duì)實(shí)際樣品的可替代性實(shí)驗(yàn)，應(yīng)由用戶自行評(píng)估。
標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)用戶則應(yīng)重視由研制者提供的以上信息，注意選擇基體、被分析物存在形式與濃度水平與真實(shí)樣品盡量一致的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。同時(shí)，應(yīng)對(duì)日常檢測(cè)方法中的基體效應(yīng)和干擾情況等有充分了解。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的可替換性廣泛存在，日常檢測(cè)樣品的多樣化決定了不可能由研制者對(duì)每一種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)做全面的可替換性研究。因此，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的可替換性應(yīng)引起使用者的足夠重視。
