Ainemäärä - mooli (mol)

​Määritelmä: Mooli on sellaisen systeemin ainemäärä, joka sisältää yhtä monta perusosasta kuin 0,012 kilogrammassa hiili 12:ta on atomeja. Moolia käytettäessä perusosaset on yksilöitävä, ja ne voivat olla atomeja, molekyylejä, ioneja, elektroneja, muita hiukkasia tai sellaisten hiukkasten määriteltyjä ryhmiä. (14. CGPM 1971). Määritelmä kiinnittää hiiliatomin massan.

Toteutus:

Primaarimenetelmät

CIPM:n ainemäärää käsittelevä komitea CCQM on määritellyt kemian metrologian primaarimenetelmät (primary method, primary direct method ja primary ratio method) ja primaarivertailumateriaalit (primary reference material) sekä järjestää niihin liittyviä kansainvälisiä vertailumittauksia. Primaarimenetelmät jaotellaan edelleen suoraksi (primary direct method) ja suhteelliseksi (primary ratio method) primaarimenetelmäksi. Suoralla primaarimenetelmällä mitataan suureen arvoa vertaamatta sitä saman suureen mittanormaaliin. Näitä menetelmiä ovat esim. kulometria ja gravimetria. Suhteellisessa primaarimenetelmässä mitataan suureen arvon ja sen mittanormaalin arvon välinen suhde; sen toiminta täytyy olla täysin määritetty mittausta kuvaavan yhtälön avulla. Tällainen menetelmä on esim. isotooppilaimennus massaspektrometria (Isotope Dilution Mass Spectrometry, IDMS). Eri primaarimenetelmiä voidaan käyttää myös yhdessä.

Primaarimenetelmiä ovat:

  • isotooppilaimennus massaspektrometria (IDMS)
  • gravimetriatitrimetria
  • kulometria
  • jäätymispisteen alenema.

Näistä menetelmistä on IDMS-menetelmällä eniten käytännön merkitystä suhteellisena primaarimenetelmänä, koska sitä voidaan käyttää myös kompleksisissa matriiseissa (esim. kliinisessä kemiassa) tuottamaan SI-jäljitettäviä mittaustuloksia. Primaarimenetelmiä käytetään ensisijaisesti kemiallisten primaarinormaalien valmistamiseen. Periaatteessa niitä voidaan käyttää kaikilla tasoilla, esim. myös rutiinilaboratorioissa. Korkeat käyttökustannukset rajaavat kuitenkin niiden käytön lähinnä kansallisille mittanormaalilaboratorioille ja tutkimuslaitoksille. (Lähde: Kemian metrologian opas, MIKES-metrologian julkaisu J6/2005).

Vertailumateriaalit

Kansainvälinen standardisointijärjestö ISO luokittelee vertailumateriaalit varmennettuihin vertailumateriaaleihin (certified reference materials, CRM) ja vertailumateriaaleihin (reference materials, RM). Varmennettujen vertailumateriaalien tulee määritelmän mukaan olla jäljitettäviä sen mittayksikön tarkkaan toteutukseen, jonka suhteen ominaisarvo on ilmaistu ja jossa kullekin varmennetulle arvolle annetaan tiettyä luottamustasoa vastaava mittausepävarmuus. Vertailumateriaalin mukana seuraavassa todistuksessa eli sertifikaatissa tulee olla osoitus jäljitettävyydestä sekä mittausepävarmuusarvio. Kaupallisten vertailumateriaalien jäljitettävyys ja mittausepävarmuuden määrittäminen ovat verraten uusia asioita, eikä varsinkaan kaikissa varmennettuinakaan myytävissä vertailumateriaaleissa ole riittävää jäljitettävyyttä tai nykyisten vaatimusten mukaista epävarmuuslaskelmaa (GUM, EURACHEM/CITAC epävarmuusohje).

Varmentamattomien vertailumateriaalien yhden tai useamman luontaisen ominaisarvon tulee olla riittävän homogeeninen ja vakaa ja tunnettu, jotta vertailumateriaaleja voidaan käyttää mittauslaitteen kalibrointiin, mittausmenetelmän arviointiin tai materiaalien määrittämiseen. Jäljitettävyyden ja mittausepävarmuuden perusteella vertailumateriaalit voidaan jakaa seuraavaan kolmeen luokkaan, joista primaarivertailumateriaaleilla on pienin mittausepävarmuus: primaarivertailumateriaalit sekundaarivertailumateriaalit laboratorion sisäiset tai käyttövertailumateriaalit. Primaarivertailuaineet ovat erittäin puhtaita ja stabiileja kiinteitä tai kaasumaisia aineita. Esimerkiksi UV-absorbanssimittauksia varten on saatavissa varmennettu primaarivertailumateriaali kaliumdikromaatti, K2Cr2O7, jonka moolimassa = 294,19 g/mol. Sen puhtaus määritetään primaarimenetelmällä kulometrisesti. Tästä primaarivertailumateriaalista voidaan valmistaa jäljitettävällä punnituksella sekundaarivertailumateriaali ja määrittää sille mittausepävarmuus joko itse laboratoriossa tai ostaa valmis varmennettu sekundaarivertailumateriaali, jonka sertifikaatista ilmenee jäljitettävyys ko. primaarivertailumateriaaliin (Lähde: Kemian metrologian opas, MIKES-metrologian julkaisu J6/2005).

Kemian metrologian kansalliset laboratoriot Suomessa

Mittatekniikan keskus on tehnyt sopimuksen Ilmatieteen laitoksen kanssa sen toimimisesta tiettyjen kaasuseosten kansainvälisesti jäljitettävien referenssiaineiden ja niihin perustuvien kalibrointien sopimuslaboratoriona. Suomen ympäristökeskuksen kanssa sen laboratorioiden toimimisesta tiettyjen vesiympäristön kemiallisten analyysien sopimuslaboratoriona.

Taustaa: Moolin määritelmä otettiin SI-mittayksikköjärjestelmään v. 1971 yksitoista vuotta koko kansainvälisen SI-mittayksikköjärjestelmän käyttöönotosta. Vasta vuonna 1990 monet kemiallisten mittaustulosten vertailtavuudesta ja jäljitettävyydestä huolta kantaneet järjestöt esittivät kemian metrologian aseman vakiinnuttamista. Kemian metrologia pääsi todelliseen alkuunsa vuonna 1993, kun ns. metrisopimukseen perustuva kansainvälinen paino- ja mittakomitea (CIPM) perusti ainemäärää käsittelevän asiantuntijakomitean (Comité Consultatif pour la Quantité de Matiére, CCQM). Sitä ennen oli jo perustettu kemiallisten mittausten jäljitettävyyttä edistämään v. 1989 eurooppalaisten analyyttisten laboratorioiden järjestö EURACHEM ja v.1993 kansainvälinen järjestö CITAC. (Lähde: Kemian metrologian opas, MIKES-metrologian julkaisu J6/2005).