NISTトレーサブル標準が精度と品質を支える理由

1世紀以上の革新が現役で活躍

以前、国立標準技術研究所（NIST）と、NISTトレーサブル標準が当社のQMS規格の重要な柱であることを少しお話ししました。しかし、NISTトレーサビリティはインチ、グラム、その他の測定標準を定める当社業界の基石であるだけでなく、驚くべきユニークで興味深い形で様々な場面に登場します。

NISTトレーサブルピーナッツバターに高値

事例として、数年前に761ドルのピーナッツバター瓶の写真がインターネットで話題になりました。この黄金のペーストがなぜ特別で、価格が驚異的なのか？ 食品科学ラボの機器校正を支援するために設計されたこの製品は、NISTが作成した1,300以上の標準物質（SRM）の一つです。SRMは世界中の科学者、研究者、規制機関、製造業者によって使用され、NISTトレーサブル校正の基礎および品質管理の参照点として機能します。

NISTトレーサブルSRMのメニューはピーナッツバターに限られません。ベーキングチョコレート、スラリー状のホウレンソウ、「肉ホモジネート」（非常に長期保存可能な馴染み深いが謎めいた製品）など、同様に高価な標準があります。もちろん、NISTトレーサブル標準は食品化学を超え、クジラの脂肪中の有機物、湖底堆積物パウダー、凍結ヒト尿中のニコチン代謝物などのSRMも存在します。実際、NISTはその驚くべき歴史を通じて、現在に至るまで幅広い製品とアプリケーションに影響を与えてきました。

NISTの略史

NISTは1901年、サミュエル・ウェスリー・ストラットン博士の尽力により「国立標準局」として設立されました。彼は初代所長（1923年まで）として、米国議会に国家標準研究所の設立の重要性を説得しました。当時は標準が全く欠如しており、たとえばガロンには少なくとも8種類、フィートには4種類の異なる定義が併用され、検査員はしばしば訓練不足で、不正確または詐欺的な計量器が製品の不統一や消費者の欺瞞を招いていました。

1905年、NISTは第1回全国度量衡会議（NCWM）を招集し、法令制定、統一標準の配布、検査員研修を行いました。最初の公式NISTトレーサブル標準物質（SRM 1）は粘土質石灰岩で、1910年に石灰岩業界向けに微量化学組成測定用として発売されました。NISTトレーサブル標準のコレクションはそこから拡大し、食品製造標準、身体健康指標、環境汚染物質測定ツールなどを包含するようになりました。

現在、NISTトレーサブル証明書は、製品がNIST SRMで試験され、その製品に対する厳格な要件を満たすことを示します。毎年、NISTは約14,500ユニットのSRMを出荷し、CDCやEPAなどの規制機関向けに5〜10の新しいSRMを開発しています。

その他のNISTマイルストーン

NISTはSRMプログラムのNISTトレーサブル標準の維持・開発に加え、魅力的な開発をいくつか担ってきました。たとえば、1904年のセントルイス万国博覧会で、NIST物理学者パーレー・G・ナッティングが、電気的に励起されたガスによって発光する、おそらく世界初のサインを実演しました。ナッティングがNISTで行っていたガス分光法研究から生まれたこのサインは当時は単なる目新しいものでしたが、20年後にネオンサインの登場で大きな商業的インパクトを与えました。タイムズスクエアはそれ以来、二度と元の姿には戻りません。

1916年、NISTの無線方向探知機（RDF）技術改良により、第一次世界大戦で敵陣地の位置特定に使用された米海軍のプロトタイプ新設計が生まれました。無線つながりで言えば、1920年に最初の商業ラジオ局が開局する半年前、NISTは初期ラジオで経験されていた技術的問題を研究するため、音楽と音声の放送実験を行っていました。1923年までにNISTは自局から標準周波数を放送し、商業ラジオ局同士の信号干渉を防ぐのに役立ちました。

多くの業界にとって嬉しいことに、1926年にNIST職員が証明リングを発明しました。これはばね秤のような装置で、加わる力を測定するために用いられます。設計は時代とともに多少進化しましたが、証明リングは今日でも広く使用されており、依然としてNISTトレーサブル標準に従って製造されています。

1928年、NISTはワシントンD.C.で2棟の取り壊し予定建物を意図的に焼却し、おそらく初の本格的な火災試験を行いました。実際の条件を発生時に監視し、当時の理論的な時間-温度曲線と比較することで、建物の耐火性に関するNISTトレーサブル標準の一部となったデータを収集しました。

1936年夏、NISTは米国地理学会と提携し、カザフスタンへ日食観測遠征隊を派遣しました。NISTが設計・製造した特殊な14フィートカメラと9インチレンズを用いて、日食の世界初の自然色写真を撮影しました。

NISTは1949年に世界初の原子時計を製造しました。当時は時間標準として十分な精度ではありませんでしたが、概念を証明し、1955年に英国国立物理研究所で時間標準として十分な精度を持つ最初の原子時計が開発される道を開きました（現在、NISTは世界の公式原子時計を維持しています）。

1953年までに、NISTは米国歯科協会と提携し、パノラマX線装置を発明しました。1回の撮影で口腔全体の画像を得られ、被曝線量の低減に貢献しました。それ以前にも、NISTとADAは高速歯科ドリルの発明に貢献しています。

1960年国勢調査に向け、1954年にNISTと国勢調査局が「コンピュータ入力用フィルム光学検出装置（FOSDIC）」を開発しました。手書き用紙をマイクロフィルムにスキャンし、コンピュータコードに変換する装置で、毎時1,000万回答を読み取る能力を持ち、1990年まで国勢調査データ処理に更新版が使用されました。

デジタル分野では、1957年にNISTで設計・製造された第一世代コンピュータが最初のデジタル画像を生成しました。NISTエンジニアのラッセル・カーシュと同僚たちは、標準東部自動計算機（SEAC）が数字と文字を認識する方法を研究中に、カーシュの生後3か月の息子ウォルデンのスキャン画像を作成しました。カーシュの遺産は今も生きています。ウォルデンはインテルで働くことになり、2003年に『LIFE』誌が「世界を変えた100枚の写真」の一つに選出しました。デジタル写真の発展への影響が評価されたためです。

1967年、臨床応用向け最初のSRMが命を救いました：ヒトコレステロール検査用のNISTトレーサブル標準です。それ以前はコレステロール検査は悪名高いほど信頼性が低く、最大23%の誤差があり、不要な治療や見逃されたリスクで患者を危険にさらすことがよくありました。

1970年代初頭のオイル危機で石油備蓄開発とアラスカ沿岸の環境リスクが懸念された際、米国海洋大気庁（NOAA）がNISTに海洋環境の基礎データ収集を依頼しました。ずっと後、1989年にNISTが収集した700サンプルの堆積物、水、海洋生物が、エクソン・バルディーズ号原油流出事故の影響評価に決定的な役割を果たしました。

NASAとの提携で、NISTトレーサブル標準は宇宙で製造された最初の製品となりました。1983年、スペースシャトル「チャレンジャー」の初飛行中、シャトルの微小重力環境でNIST SRM 1960が作られました。完全な球形で安定したポリスチレンビーズで構成され、医薬品、化粧品、食品、塗料、セメント、汚染物質などに含まれる微小粒子の一貫した測定を支援するよう設計されています。

米国司法省の研究機関の要請により、NISTは1992年に世界初のDNAプロファイリング標準を作成しました。2年をかけて開発されたSRM 2390は、DNAを用いた個人識別の複雑な分析手法の全ステップをテストするよう設計されています。

時代とともに、NISTはより正確な時刻測定の新手法を開発し続けています。1993年にはNISTインターネットタイムサービスが導入され、コンピュータの時計を世界標準である協定世界時（UTC）に合わせられるようになりました。2010年にはNISTの実験的量子論理時計が世界最高精度と考えられ、40億年間で1秒の狂いもないと予測されています。

NISTトレーサブルの未来

NISTの成果が極めて重要かつ広範囲に及ぶことは明らかですが、まだやるべき仕事があります。たとえば、Metal Cutting Corporationでは、NISTトレーサブル校正とその他のQMS規格を活用して、お客様の仕様を満たす高品質な部品を提供しています。しかし、難融金属の表面欠陥（クラックなど）検査に頻繁に使用するECT手法のNISTトレーサブル標準がまだ存在しません（NISTの皆様、お読みですか？）。ECT標準の不在や校正標準に関するその他の問題については、ブログ「校正標準のジレンマ」で詳しく読めます。

NISTトレーサブル標準への準拠、ISO 9001:2015認証、実証済みのQMSは、金属切断パートナーを選ぶ際に見るべき品質のほんの一部です。詳細は無料ガイド「7つの秘訣：新しい契約パートナーを選ぶための技術ガイド - 精密金属加工のアウトソーシング」をダウンロードしてご覧ください。

今週のブロガー、ジョシュア・ジャブロンスはMetal Cutting Corporationの社長です。