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《美国国家标准与技术研究院（NIST）公布房屋中甲烷泄漏的测量方法和不确定性估计》

  • 来源专题：计量基标准与精密测量
  • 编译者： 张宇
  • 发布时间：2024-12-26

  • 近日，美国国家标准与技术研究院（NIST）在对住宅天然气器具甲烷排放的测量中发现，住宅内的排放量不可忽视，这种泄露对室内空气质量甚至室外气候都有影响。因此，住宅建筑的甲烷损失最近被纳入最新的美国国家清单中，排放因子是根据对加利福尼亚州的每一栋房屋进行单独研究来确定的。在这项研究中，我们使用了质量平衡方法，通过同时测量选定房屋室内和室外的甲烷摩尔分数，来确定整栋房屋的甲烷排放量。我们通过改变建造房屋的强制空气通风率、使用六氟化硫和二氧化碳测量空气交换率，并进行甲烷注入，量化了全屋甲烷排放的不确定性。我们发现，建造房屋中全屋静止甲烷排放率平均为0.34克/天，计算排放率的方法学误差约为20%（均方根偏差）。我们还测量了建造房屋在三个月内的静态泄漏，发现两个季节的排放量变化为24%（1-sigma）。我们的发现可以帮助规划未来的研究计划，以使用类似的方法量化住宅建造后的室内甲烷损失。

    该研究的论文已发表在《Atmospheric Measurement Techniques》上（DOI：10.5194/amt-17-7065-2024）。

  • 原文来源：https://www.nist.gov/publications/methodology-and-uncertainty-estimation-measurements-methane-leakage-manufactured-house
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相关报告

  • 《美国国家标准与技术研究院（NIST）采用新方法精确测量微量样本的放射性》
    • 来源专题：计量基标准与精密测量
    • 编译者：张宇
    • 发布时间：2025-07-10
    • 近日，美国国家标准与技术研究院（NIST）研发的一种新技术能够实现在识别发生衰变的原子类型的同时检测单个原子的放射性衰变事件。这一技术进步将有助于改善癌症的治疗方案，用于先进反应堆的核燃料再处理以及其他领域。一旦全面投入使用，该技术有望在短短几天内完成传统上需要数月才能完成的任务。 NIST的研究人员展示了一种新的、更快的方法来检测和测量微量放射性物质的辐射值。这项被称为低温衰变能谱法（DES）的创新技术可能会产生深远的影响，其影响范围可能涉及从改善癌症治疗到确保核废料的安全清理以及其他多个领域。 这项新技术的关键是过渡边缘传感器（TES），这是一种被广泛应用于辐射特征测量的专用设备。TES提供了一种革命性的功能来记录单个放射性衰变事件，同时监测其中不稳定的原子释放一个或多个粒子的过程。通过从许多次单独衰变事件中积累的数据，研究人员可以识别出哪些不稳定的原子（即放射性核素）会产生这些事件。 “TES比熟悉的盖革计数器或其他当今使用的探测器要先进得多，”NIST物理学家Ryan Fitzgerald说。“它不是简单地发出咔嗒声来表示有辐射，也不是模糊地指示衰变能量的高低，而是为我们提供了放射性物质存在的详细指纹信息。” TES设备在接近绝对零度的极低温度下运行。当样品中的物质发生放射性衰变时，释放的能量被TES吸收。这种吸收的能量会导致TES的电阻发生微小的变化。研究人员精确测量了电阻的这种变化，从而获得了整个衰减过程的高分辨率“能量特征”。通过分析来自多个衰变事件能谱变化的详细数据，研究人员便可以识别出正在衰变的特定放射性原子。这是完全可能的，因为不同的放射性原子在衰变时会释放出独特的能量特征。 采用早期的方法，在同一时间，只能进行放射性剂量的测量或者识别出具体存在哪些放射性原子——而不是同时完成这两项工作。全面表征一个样品曾经需要使用多种技术。相比之下，DES法在识别放射性元素的类型的同时，又能完成量化其放射性水平的工作。 当研究人员接收到装满放射性液体的桶时，他们需要识别这种神秘物质的类型并测量其放射性核素的含量，以便安全地处理它们。通常，这个过程可能需要几个月的时间，但过渡边缘传感器（TES）可以显著缩短这一过程所需的时间。 “我们现在可以在短短几天内就从一个微量的样本中获得完整的放射性特征数据，而不再需要等待数月才能获得结果，”Fitzgerald说。 传统上，测量放射性需要多种方法和复杂的程序，使用称为示踪剂或校准剂的附加材料。然而，新方法提供了一种简化的途径，即使在没有这些附加材料的情况下，也能准确测量出微量样本的放射性。这使科学家们能够更好地监测、使用和保护影响公众健康和安全的放射性物质。 在他们的方法中，研究人员使用一种特殊的喷墨装置小心地将微量（不到一克的百万分之一）放射性溶液均匀的分布到薄金箔上。这些金箔的表面布满了大小仅为十亿分之一米的微小孔洞。这些纳米孔有助于吸收放射性溶液的微小液滴。 通过精确测量使用喷墨装置分配的溶液的质量，然后测量金箔上干燥后的样品的放射性，研究人员就可以计算出样品每单位质量的放射性，即“比活度”。 这种喷墨方法使他们能够在处理极少量放射性物质的同时，仍能准确测量其放射性。 这种技术的潜在应用场景非常广泛。在医学领域，这项技术可有确保用于癌症治疗的放射性药物的纯度和效力的准确性。在核能领域，它可以快速的识别乏燃料后处理过程中的放射性成分，从而加速新型先进反应堆的开发。 新报告的研究是更大规模努力的第一步，这一努力被称为True Becquerel（TrueBq）项目，旨在改变我们监测和表征放射性的方式。用于计量物质放射性衰变的单位是该项目名称的由来，以纪念发现放射性现象的法国物理学家亨利·贝克勒尔（Henri Becquerel）。 更广泛的TrueBq项目旨在开发一种更全面的测量系统，凭借这种全新的系统将可以处理包括复杂的混合物在内的各种放射性物质。它将把高精度天平系统与TES设备结合起来，以前所未有的精度测量放射性物质的比活度。 这种新方法对传统工作流程进行了重大改进，传统工作流程通常涉及多种方法、化学处理以及化学示踪剂和标准品的使用。通过简化测量过程，TrueBq项目有望在减少分析所需时间的同时提高测量的准确性。 通过TrueBq项目所开发的创新型技术可以有效提高NIST服务各领域客户的能力。NIST目前提供多种以客户为中心的测量服务，包括校准、标准参考物质（SRMs）和能力验证。所有这些服务未来都将受益于TrueBq项目所开发的新技术，服务的流程将会更加简化、服务内容将会更加多样化、同时服务质量的不确定性也会进一步减少。 虽然TrueBq项目目前的重点是改进NIST内部的测量工作，但研究人员对这项技术有着长远的计划。未来，他们希望开发出更便携、更人性化的系统版本，这些版本可以部署在NIST之外的实际应用场景中，以便在医学、环境治理和核废料管理等领域中发挥关键作用。 NIST的研究团队已于2025年7月8日在《Metrologia》期刊上发表了其研究成果。（DOI：10.1088/1681-7575/adecaa）
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  • 《美国国家标准与技术研究院（NIST）等机构研究人员强调了基因治疗中标准化测量方法的必要性》
    • 来源专题：计量基标准与精密测量
    • 编译者：李晓萌
    • 发布时间：2025-01-12
    • 近日，研究人员评估了基因治疗中常用的几种测量技术，这一发现对最有前景的尖端医学治疗之一具有重要意义。该研究确定，最流行的技术之一是“有问题的”，需要进一步开发和标准化。 在基因治疗中，一个人的错误基因要么被替换，要么被修改，以治疗或预防疾病。市场上有大约20多种产品，数百项临床试验正在进行或计划进行，这种治疗被誉为一种革命性的方法，可以针对镰状细胞到癌症等疾病的根本遗传原因。 一些基因治疗使用修饰的腺相关病毒（AAV）将治疗性遗传物质递送到患者的细胞中。这些AAV被设计成靶向特定的细胞类型。然后，他们的感染性遗传物质被治疗性遗传物质所取代，并被给予患者。 正确测量AAV载体对其安全性和有效性至关重要。 在最近发布的一项研究中，美国国家标准与技术研究院（NIST）、国家生物制药制造创新研究所（NIIMBL）和美国药典（USP）的研究人员招募了美国和欧洲的六个行业实验室来测量样本AAV载体。 实验室被要求量化载体中遗传物质和病毒颗粒的浓度。他们使用了四种测量技术，并将结果报告给了研究的作者。 在部署的四种测量方法中，聚合酶链式反应-酶联免疫吸附试验（PCR-ELISA）的准确度和精密度最低。研究人员所说的准确性是指测量值与正确值的接近程度。精度是指该方法是否产生一致的相似结果。 PCR-ELISA的不精确性导致该研究的作者得出结论，该方法“再现性差”。其结果在同一实验室和不同实验室都无法可靠地复制。 他们补充说，如果没有进一步的方法开发和协调，该方法“不应用于定量[AAV载体的测量]”。 PCR-ELISA实际上是两个独立的工具结合在一起。PCR用于量化遗传物质，ELISA测量构成病毒外壳的蛋白质。这两种测试已经存在了几十年，目前市场上每种测试都有几十个版本。 因此，NIST化学工程师Wyatt N.Vreeland表示，PCR-ELISA的制造和使用方式存在微妙但重要的差异。他表示，每个人在进行PCR-ELISA检测时都可能认为自己在做同样的事情，但事实往往并非如此。 “这就像是同一块巧克力蛋糕的食谱，”该研究的首席研究员Vreeland表示。“你可以给别人同样的配料，但当你使用不同的设备制作它们或在不同的烤箱里烘烤它们时，蛋糕的结果就不一样了。” 以下是该研究对其他三种方法的发现： ·SEC-MALS（多角度光散射和串联UV/Vis和/或折射率的尺寸排阻色谱）是测试方法中最准确和精确的方法。 ·使用UV/Vis和/或瑞利干涉光学的SV-AUC（沉降速度分析超速离心）不如SEC-MALS准确和精确，这让研究人员感到惊讶，因为SV-AUC被认为是AAV载体测量的“金标准”。然而，SV-AUC在创建AAV载体中遗传和病毒颗粒分布的详细“图谱”方面优于SEC-MALS。该研究表明，“SEC-MALS可以作为一种通用方法实施，必要时可以使用[SV-AUC]进行更完整的分析。” ·A260/A280双波长紫外分光光度法测量样品对紫外光的吸收，与其他方法相比具有明显的局限性。它无法区分部分填充或过度填充的AAV载体。此外，AAV蛋白颗粒太大，设备无法处理而不产生错误。分光光度法的这些问题都有很好的记录，而且该技术通常不依赖于高精度的测量。 该研究没有对过去、正在进行或未来依赖这些方法测量AAV载体的基因治疗研究得出结论。它也没有提出任何政策或监管建议。 在未来的工作中，NIST、USP和NIIMBL的研究人员计划为SV-AUC制定标准操作程序（SOP）。NIIMBL是NIST支持的公私合作项目，旨在支持生物制药制造。SOP是针对特定技术或方法的详细书面说明。科学家们相信，广泛接受SV-AUC的SOP将使其再现性性能提高到与已经有SOP的SEC-MALS相同的水平。 “我们测试的所有不同方法都有其局限性和不确定性，”Vreeland表示。“重要的是，你要了解你的测量技术能告诉你什么，不能告诉你什么。” 相关研究成果已于2024年12月26日发表在《Human Gene Therapy》期刊中。（DOI: 10.1089/hum.2024.124）
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