應(yīng)用領(lǐng)域
1. 常見的標(biāo)準(zhǔn)氣體按用途包括：氣體報(bào)警類標(biāo)準(zhǔn)氣體、電力能源類標(biāo)準(zhǔn)氣體、石油化工類標(biāo)準(zhǔn)氣體、環(huán)保監(jiān)測(cè)類標(biāo)準(zhǔn)氣體、醫(yī)療衛(wèi)生類標(biāo)準(zhǔn)氣體、儀器儀表類標(biāo)準(zhǔn)氣體等。
2. 標(biāo)準(zhǔn)氣還可用于環(huán)境監(jiān)測(cè)，有毒的有機(jī)物測(cè)量，汽車排放氣測(cè)試，天然氣BTU測(cè)量， 液化石油氣校正標(biāo)準(zhǔn)， 超臨界流體工藝等。標(biāo)準(zhǔn)氣視氣體 組分?jǐn)?shù)區(qū)分為二元，三元和多元標(biāo)準(zhǔn)氣體；配氣準(zhǔn)度要求以配氣允差和分析允差來表征；比較通用的有SE2MI配氣允差標(biāo)準(zhǔn)，但各公司均有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。組分的最低濃度為10級(jí)，組分?jǐn)?shù)可多達(dá)20余種。配制方法可采用 重量法，然后用色譜分析校核，也可按標(biāo)準(zhǔn)傳遞程序進(jìn)行傳遞。
3. 大型乙烯廠，合成氨廠及其它石化企業(yè)，在裝置開車，停車和正常生產(chǎn)過程中需要幾十種純氣和幾百種多組分標(biāo)準(zhǔn)混合氣，用來校準(zhǔn)，定標(biāo)生產(chǎn)過程中使用的在線分析儀器和分析原料及產(chǎn)品質(zhì)量的儀器。
適用范圍
1、用于氣體產(chǎn)品質(zhì)量控制
2、用于儀器儀表的檢定與校準(zhǔn)
3、用于大氣環(huán)境污染監(jiān)測(cè)
4、用于醫(yī)療衛(wèi)生及臨床化驗(yàn)
5、用于建筑家居環(huán)境監(jiān)測(cè)
6、建立測(cè)量的溯源性
7、保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確一致
8、進(jìn)行量值的傳遞
9、促進(jìn)測(cè)量技術(shù)和質(zhì)量監(jiān)督工作的發(fā)展
制備方法
稱量法
1、適用范圍
2、所需設(shè)備
配氣設(shè)備：真空泵， 真空計(jì)，高、低壓力表，閥門，氣瓶卡具，機(jī)箱。
滲透法
1、適用范圍
滲透法是適用于制備痕量的活潑氣體。是動(dòng)態(tài)配氣方法。
2、所需設(shè)備
分壓法
1、適用范圍
分壓法適用于制備常溫下是氣體，含量在1~60%的標(biāo)準(zhǔn)混合氣體
2、所需設(shè)備
配氣設(shè)備：氣瓶 匯流排，壓力表，閥門，真空泵，管道，氣瓶卡具。
擴(kuò)散法
1、適用范圍
2、所需設(shè)備
容積法
1、適用范圍
2、所需設(shè)備
配氣設(shè)備：氣瓶，氣瓶減壓閥門，定體積管，壓力計(jì)，真空泵。
飽和法
1、適用范圍
2、所需設(shè)備
配氣設(shè)備：氣瓶，氣瓶減壓閥門， 冷凝器，飽和器， 恒溫控制器，壓力計(jì)，循環(huán)風(fēng)機(jī)。
流量法
1、適用范圍
流量比法法是動(dòng)態(tài)配氣方法，是嚴(yán)格控制一定比例的組分氣體和釋稀釋氣體的流量，經(jīng)混合而得到的標(biāo)準(zhǔn)氣體。
2、所需設(shè)備
氣瓶，氣瓶減壓閥門，單向閥，流量控制器，壓力表，管道，機(jī)箱。
稀釋法
1、適用范圍
稀釋法法法是制備低含量標(biāo)準(zhǔn)氣體的方法之一。
2、所需設(shè)備
氣瓶，氣瓶減壓閥門，流量控制器，壓力表，管道。
體積法
1、適用范圍
體積比法是簡(jiǎn)單的配氣方法，是根據(jù)所需氣體的含量，按體積計(jì)算。控制組分氣體和釋 稀釋氣體的體積，經(jīng)混合而得到的標(biāo)準(zhǔn)氣體。
2、所需設(shè)備
注射器，定體積容器。
混勻技術(shù)
均勻性是考察標(biāo)準(zhǔn)氣體性能的一個(gè)重要指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)氣體的特性應(yīng)該是均勻的即在規(guī)定的范圍內(nèi)其量值保證不變。不論采用哪種方法制備的標(biāo)準(zhǔn)氣體，都需要進(jìn)行混勻處理。標(biāo)準(zhǔn)氣體的混勻方法有：熱處理法、鋼瓶滾動(dòng)法、特殊充填法、自然擴(kuò)散法、其他混勻方法等，幾種混勻操作方法如下： [1]
熱處理法
一般將制備好的標(biāo)準(zhǔn)氣體的容器置于40℃以下的溫水浴中加熱，使氣體組分較快的混合均勻。
鋼瓶旋轉(zhuǎn)滾動(dòng)法
將鋼瓶水平放在混勻半置的滾動(dòng)軸上，使它繞軸心旋轉(zhuǎn)民。該法混勻所需時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單。
特殊充填法
在充填某些氣體時(shí)，可將 鋼瓶倒立并保持45℃的傾斜，從下端充氣，促使氣體 絕熱膨脹，產(chǎn)生放熱效應(yīng)，氣體可以在充填的同時(shí)混合均勻。
自然擴(kuò)散法
將充入標(biāo)準(zhǔn)氣體的 鋼瓶倒立在合適的位置，靜止不動(dòng)，靠氣體本身的自然擴(kuò)散來達(dá)到混合均勻，但此法所需時(shí)間較長(zhǎng)。
其他混勻方法
采用靜態(tài)混合容器或使用特殊構(gòu)造的容器閥門，可以在很短時(shí)間內(nèi)使標(biāo)準(zhǔn)氣體混合均勻。
不管采用哪種方法進(jìn)行混勻處理，必須用另一種高精度的分析方法進(jìn)行檢驗(yàn)。在標(biāo)準(zhǔn)氣體研究階段，要考察所研究的標(biāo)準(zhǔn)氣體的均勻性，一般采用氣相色譜法在相同的操作條件下，進(jìn)行測(cè)定，以考察標(biāo)準(zhǔn)氣體的均勻性，通常用平均值的一致性檢驗(yàn)方法來判斷。由于均勻性是考察同一瓶標(biāo)準(zhǔn)氣體在制備完以后，多長(zhǎng)時(shí)間量值達(dá)到穩(wěn)定，由有限次測(cè)定得到的平均值，在方法的不確定范圍內(nèi)應(yīng)該是不顯著的。如果差異是顯著的，這個(gè)因素就是標(biāo)準(zhǔn)氣體的不均勻性造成的。
穩(wěn)定性
前言
標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是指:“具有足夠均勻并已經(jīng)很好地確定某一種或多種特性的物質(zhì)或材料, 用于 校準(zhǔn)儀器、評(píng)價(jià)測(cè)量方法或確定物質(zhì)的量值�！睒�(biāo)準(zhǔn)氣體是氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì), 由于標(biāo)準(zhǔn)氣體具有一定的有效期, 因此,標(biāo)準(zhǔn)氣體的穩(wěn)定性是配制和使用過程中的關(guān)鍵問題。
眾所周知, 裝入高壓容器(鋼瓶) 中的標(biāo)準(zhǔn)氣體的一個(gè)重要條件是在保存和使用過程中其量值不應(yīng)發(fā)生變化。實(shí)際上,標(biāo)準(zhǔn)氣體中成分氣體或不純物與容器內(nèi)壁接觸時(shí)往往引起吸附、 解吸、化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象, 而使其量值隨時(shí)間發(fā)生變化, 在含量越低, 組成成分越復(fù)雜時(shí), 這種變化就越大。
標(biāo)準(zhǔn)氣體穩(wěn)定性研究如下：
穩(wěn)定性影響因素
標(biāo)準(zhǔn)氣體穩(wěn)定性在很大程度上與容器的材料特性、容器內(nèi)壁的預(yù)處理、氣體本身的化學(xué)特性和使用條件有著密切關(guān)系。
容器選擇
盛裝標(biāo)準(zhǔn)氣體的容器應(yīng)由耐腐蝕、抗壓、吸附少、不生銹、化學(xué)特性穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高的材料制成, 通常使用的高壓容器是鋁合金瓶, 而碳鋼瓶因其內(nèi)壁不光滑、吸附大而被逐步淘汰。
預(yù)處理
盛裝標(biāo)準(zhǔn)氣體的鋼瓶使用前應(yīng)進(jìn)行表面清潔、涂漆處理, 然后, 將鋼瓶加溫至100 ℃左右, 同時(shí)抽真空處理約4 h。 鋼瓶處理完畢后, 必須分析其H2O、O2等雜質(zhì)含量, 合格后方可使用。
氣體要求
配制10% 的CH4/Ar 四瓶, 進(jìn)行為期一年的穩(wěn)定性考察, 見表1, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 由于鋁合金鋼瓶?jī)?nèi)壁比較光滑, 因此在盛裝一般 永久氣體時(shí)性質(zhì)穩(wěn)定, 變化不大, 鋼瓶不用特殊處理, 即可滿足此類標(biāo)準(zhǔn)氣體穩(wěn)定性的要求。
在配制COS、H2S、SO2 等氣體時(shí), 必須對(duì)鋼瓶進(jìn)行KG 或CM 處理, 即為了防止容器內(nèi)壁因吸附或解吸等帶來的影響。先對(duì)容器內(nèi)壁進(jìn)行鏡面研磨,涂上防氧化漆, 然后把高濃度氣體充入容器內(nèi)并放置10d左右, 從而提高標(biāo)準(zhǔn)氣體的穩(wěn)定性。用未經(jīng)KG 或CM 處理的鋼瓶配制10.1 mg/m3 ,COS/N2一瓶, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。用經(jīng)KG 處理的鋼瓶配制9.8 mg/m3 COS/N2 一瓶, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。
以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 配制易吸附標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí), 鋼瓶必須經(jīng)KG 或CM 處理, 才能保證其穩(wěn)定性可靠,否則, 組分氣的含量變化很大, 不宜作為標(biāo)準(zhǔn)氣體來使用。
分子量
當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)氣體的組分氣和稀釋氣分子量相差太大時(shí), 如H2、He 和CO2、Ar 組成的標(biāo)準(zhǔn)氣體, 靜置時(shí)間長(zhǎng)了容易分層, 這勢(shì)必影響其穩(wěn)定性, 并且其含量越高, 影響越大。因此, 在使用這類標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí), 必須先把鋼瓶進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或放倒在地上滾動(dòng), 使瓶?jī)?nèi)氣體混合均勻。否則, 其量值不準(zhǔn), 影響標(biāo)準(zhǔn)氣體的穩(wěn)定性。
使用條件
環(huán)境條件與標(biāo)準(zhǔn)氣體的穩(wěn)定性也有很大關(guān)系,溫度、濕度要適宜, 象一些液化類氣體, 必須在室溫以上使用; 在使用標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí), 對(duì)系統(tǒng)的要求很高, 絲毫不能泄漏。因此, 用戶要嚴(yán)格按照《 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書》上的要求使用, 才能保證標(biāo)準(zhǔn)氣體的量值準(zhǔn)確, 穩(wěn)定性可靠。
使用周期
標(biāo)準(zhǔn)氣體的使用有效期是根據(jù)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果來加以確定的, 一般把能夠保證標(biāo)準(zhǔn)值的有效期定為半年至一年。由于當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)氣體的壓力減小時(shí), 被吸附在容器內(nèi)壁上的各種成分氣體便解吸, 其濃度值發(fā)生變化, 因此一般規(guī)定, 高壓鋼瓶標(biāo)準(zhǔn)氣體的殘壓低于0.1 M Pa 時(shí), 應(yīng)停止使用。
結(jié)果討論
標(biāo)準(zhǔn)氣體穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 只要在配制過程中, 注意容器的選擇及預(yù)處理, 用戶按 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)規(guī)定的要求使用, 標(biāo)準(zhǔn)氣體在有效期內(nèi)是穩(wěn)定的, 用戶可放心使用。
配制分類
在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警器、呼吸器、傳感器和火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)易燃、易爆、有毒、有害氣體快速檢測(cè)儀器及其它消防產(chǎn)品的研究、開發(fā)和生產(chǎn)中, 經(jīng)常需要配制一系列物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)氣體, 用以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)和校準(zhǔn); 在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)易燃、易爆、有毒、有害氣體物質(zhì)快速檢測(cè)中, 需要一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體, 作為制作 標(biāo)準(zhǔn)色列或濃度標(biāo)尺的標(biāo)準(zhǔn); [3]
在火災(zāi)原因調(diào)查中, 研究和應(yīng)用一種氣態(tài)物證的分析鑒定方法時(shí), 需配制一定濃度的被檢測(cè)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)氣體, 以試驗(yàn)不同采樣儀器的采樣效率或不同吸收液的吸收效率和鑒定方法的準(zhǔn)確性、可靠性。因此, 配制一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體是消防產(chǎn)品研究、開發(fā)、生產(chǎn)和消防工作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。而標(biāo)準(zhǔn)氣體的配制又不同于液體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的配制, 有一定的難度。因此, 本文將重點(diǎn)介紹幾種所用儀器, 設(shè)備簡(jiǎn)單, 易于操作, 特別適用于消防產(chǎn)品研制、生產(chǎn)和消防實(shí)際工作的標(biāo)準(zhǔn)氣體的配制技術(shù)。
標(biāo)準(zhǔn)氣體是指氣體狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)參比物質(zhì), 包括高純度標(biāo)準(zhǔn)氣體和混合標(biāo)準(zhǔn)氣體, 配氣主要是指配制混合標(biāo)準(zhǔn)氣體。混合標(biāo)準(zhǔn)氣體是由已知含量的一種或多種組分的氣體混合到另一種不與其發(fā)生反應(yīng)的背景氣體中而制成。標(biāo)準(zhǔn)氣體的配制技術(shù)主要包括靜態(tài)配氣技術(shù)和動(dòng)態(tài)配氣技術(shù)兩大類。
靜態(tài)配氣
靜態(tài)配氣 是把一定量的液體或原料氣加到已知容積的稀釋氣體的容器中, 混合均勻。根據(jù)所加入的液體或原料氣的量和容器的容積, 即可計(jì)算出所配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度。常用的靜態(tài)配氣技術(shù)有以下幾種。
1. 大瓶子配氣法
將大容積的玻璃瓶或聚乙烯塑料瓶洗凈、烘干, 充入干凈空氣代替瓶中原有氣體后, 抽成負(fù)壓, 再充入一定量的液體或原料氣。若原料在 常溫下是氣體, 用氣體定量管加入(見圖1) , 充入干凈空氣至常壓。若原料是揮發(fā)性液體, 可在一個(gè)小安培瓶中稱取一定量的液體,放入大瓶中, 抽氣使成負(fù)壓, 再搖碎安瓶, 待液體揮發(fā)后, 再充入干凈空氣到常壓。
大瓶子配氣法所制得的標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度, 可根據(jù)加入原料氣的濃度或液體的量及大瓶子的容積求得: 當(dāng)加入瓶中的是原料氣時(shí), 按下式計(jì)算:
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式中:V 1: 原料氣的體積(mL ) ;
L: 原料氣的濃度(ppm ) ;
V 0: 大瓶子的容積(L ) ;
Z: 所配氣體的濃度(ppm ) ;
當(dāng)加入瓶中的是揮發(fā)性的液體時(shí):
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式中: t: 氣體的溫度(℃) ;
m: 加入液體的量(g) ;
Z 和V 0 同上式。
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用大瓶子配氣時(shí), 由于器壁的 吸附作用, 配成的標(biāo)準(zhǔn)氣體的實(shí)際濃度往往比計(jì)算值低。為避免這種影響,可以將第一次配好的氣體放置一段時(shí)間后抽掉, 再進(jìn)行第二次配氣。這樣可以減小瓶壁的吸附作用。
如果需要濃度更低的氣體, 在大瓶子中配氣后, 可用抽真空法再進(jìn)行稀釋。例如, 將大瓶子中的氣體壓力抽至原有壓力的一半, 然后再充進(jìn)干凈空氣至原來的壓力, 即可得到原來濃度一半的標(biāo)準(zhǔn)氣體。
2. 注射器配氣法
對(duì)于需氣量較小的工作, 用注射器配氣是很方便的。取兩個(gè)大小不等的注射器, 大注射器一般用100 毫升的, 小注射器根據(jù)配氣情況而定。配氣時(shí), 在大注射器中放一小金屬片, 將活塞推入, 再用小注射器取一定量的原料氣, 將兩注射器按圖2 連接, 把小注射器的氣體推入大注射器, 去掉小注射器和橡皮帽, 抽動(dòng)大注射器活塞, 用干凈空氣將氣體稀釋到100 毫升, 搖動(dòng)注射器中的金屬片, 使氣體混合均勻, 即得到較低濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體。稀釋后的濃度可根據(jù)稀釋前后氣體體積計(jì)算出來。如果一次稀釋達(dá)不到要求, 還可進(jìn)行第二次、第三次稀釋…。進(jìn)行再次稀釋時(shí), 只要將大注射器中配好的氣體推出一部分, 然后吸入干凈空氣進(jìn)行稀釋, 即可得到更低濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體。
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3. 塑料袋配氣法
用100 毫升注射器或通過濕式流量計(jì)將一部分空氣注入 塑料袋內(nèi), 然后按圖3 連接一個(gè)事先裝入原料氣的氣體定量管。繼續(xù)通氣將定量管中的原料氣壓入塑料袋中, 稀釋至一定體積。用手揉捏塑料袋, 使氣體混合均勻。根據(jù)加入原料氣的體積和塑料袋的充氣體積求出標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度。這種配氣方法的特點(diǎn)是: 塑料袋可大可小, 因而配氣量的大小不受容器的容積大小的限制。
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標(biāo)準(zhǔn)氣體的靜態(tài)配氣技術(shù)雖有儀器設(shè)備簡(jiǎn)單,便于操作的優(yōu)點(diǎn),但因其配氣量少,并且取氣過程中濃度會(huì)發(fā)生改變, 所以對(duì)需氣量較大或通氣時(shí)間較長(zhǎng)的工作就不適應(yīng)了, 就要采用動(dòng)態(tài)配氣技術(shù)配制標(biāo)準(zhǔn)氣體。
動(dòng)態(tài)配氣
動(dòng)態(tài)配氣技術(shù)就是能連續(xù)不斷的配制和供給一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體。用動(dòng)態(tài)配氣技術(shù)配制標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí), 首先需要一個(gè)能連續(xù)不斷供給原料氣的氣源, 作為這種配氣方法的氣源有鋼瓶標(biāo)準(zhǔn)氣和滲透管等。
在消防實(shí)際工作中, 所用標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度有時(shí)需要大, 有時(shí)需要小。鋼瓶標(biāo)準(zhǔn)氣雖有不同濃度的規(guī)格供應(yīng), 但購(gòu)置各種濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體, 不僅代價(jià)太高, 而且不一定能及時(shí)辦到。較好的辦法是購(gòu)置一個(gè)濃度較高的標(biāo)準(zhǔn)氣瓶, 需要低濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí), 用鋼瓶標(biāo)準(zhǔn)氣作原料氣, 壓縮空氣(由低壓空氣鋼瓶或空壓機(jī)供給) 作稀釋氣, 將它們按圖4 連接, 就可從取氣口得到所需濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體。
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所配制的標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度, 可用改變?cè)蠚饧跋♂寶獾牧髁勘冗M(jìn)行調(diào)節(jié), 并可按下式計(jì)算:
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式中: z: 所配標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度(ppm) ;
L: 鋼瓶標(biāo)準(zhǔn)氣的濃度(ppm ) ;
Q s: 鋼瓶標(biāo)準(zhǔn)氣的流量(L öm in) ;
Q a: 壓縮空氣的流量(L öm in;
用此法配氣時(shí), 在 壓縮空氣的管路中應(yīng)安裝選擇性過濾器(凈化器) , 以除去空氣中影響配氣純度的雜質(zhì)。此外配氣出口的總流量應(yīng)略大于用氣口的流量, 以保證所配氣體的濃度與純度。
滲透管是動(dòng)態(tài)配氣法中的另一種氣源, 其結(jié)構(gòu)見圖5。
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在安培瓶1 中裝入產(chǎn)生原料氣的液體( 如汽油等) , 用不銹鋼加固環(huán)3將 聚四氟乙烯塑料帽2和安培瓶1 的頸部緊封牢固, 塑料帽的上端是比較薄(壁厚在1 毫米以下) 的滲透面4。由于原料液體的揮發(fā)性,使安培瓶中有一定 蒸氣壓, 氣體分子在蒸氣壓力的作用下, 通過滲透面向外滲透。單位時(shí)間的滲透量叫 滲透率。
在一定溫度下,滲透率的大小決定于滲透面的厚度和面積的大小等因素。滲透面越大, 壁越薄, 滲透率就越大。制作 滲透管時(shí), 就是通過改變滲透面積和厚度的辦法, 以獲得不同滲透率的滲透管。
任何滲透管在使用前都必須知道其滲透率。滲透率的測(cè)定方法是: 在一干燥瓶的底部裝入粒狀氫氧化鈉, 上面蓋一層 尼龍紗網(wǎng), 將滲透管放入干燥瓶中的紗網(wǎng)上。加蓋后, 滲透出來的氣體(汽油蒸氣) 就會(huì)被氫氧化鈉吸收。由于液體的蒸氣壓與溫度有關(guān), 所以滲透率也隨溫度改變而改變。因此, 在測(cè)定滲透率時(shí), 必須將干燥瓶放入 恒溫水浴中, 溫度控制精度要達(dá)到±011℃。在恒溫放置過程中, 每隔一定的時(shí)間(至少12 小時(shí)) 用 精密天平快速稱量 滲透管一次(必須在10 分鐘內(nèi)稱完) , 相鄰兩次的重量差就是滲透管在該時(shí)間段的滲透量。測(cè)出滲透量后, 就可用下式求出該滲透管的 滲透率。
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式中: G:滲透率(Lgöm in) ;
△S: 相鄰兩次稱量的時(shí)間間隔(min) ;
實(shí)際測(cè)定時(shí), 記錄一系列稱量和 時(shí)間數(shù)據(jù), 用上式計(jì)算 滲透率并求其平均值�；蛞苑Q量數(shù)據(jù)為縱坐標(biāo), 時(shí)間為橫坐標(biāo), 繪制滲透率的特性曲線, 所得 直線的斜率即為滲透率。
用已知滲透率的滲透管配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的裝置如圖6 所示。
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將滲透管放在氣體發(fā)生瓶中, 再將氣體發(fā)生瓶放入 恒溫水浴中, 恒溫水浴的溫度要與測(cè)定滲透率時(shí)的溫度相同(一般為25±1℃) , 這樣就可不作溫度校正。
稀釋氣( 壓縮空氣) 經(jīng)硅膠、活性炭和氫氧化鈉凈化器2除去水分和雜質(zhì)后, 再經(jīng) 流量控制閥和流量計(jì)3 進(jìn)入 氣體發(fā)生瓶7 (即 混合器) 中, 將滲透出來的氣體分子帶出, 就得到標(biāo)準(zhǔn)氣體。標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度可由下式求出(在25℃和一個(gè) 大氣壓下)。
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式中: z: 所配標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度(ppm) ;
VM : 配氣狀態(tài)下氣體的 摩爾體積(L/mol)。
配制方法
包括氣體的發(fā)生, 一定體積或一定質(zhì)量物質(zhì)的量取及用空氣稀釋至一定濃度等步驟。
氣體發(fā)生
由于各種物質(zhì)的物理、 化學(xué)性質(zhì)不同, 它們的存在形式各異, 因此, 獲得標(biāo)準(zhǔn)氣體的方法也不相同。對(duì)于以液體狀態(tài)存在的揮發(fā)性較大的物質(zhì), 可利用液體的揮發(fā)作用來制取。此外, 也可以利用化學(xué)反應(yīng)來制取。
用后一種方法所產(chǎn)生的氣體常常含有雜質(zhì), 需先用適當(dāng)?shù)姆椒?a target="_blank" >除去雜質(zhì)后, 貯存到適當(dāng)?shù)娜萜髦? 測(cè)定濃度后備用。表1 列出了一些常見氣體的發(fā)生方法。
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貯存
無論用什么方法產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)氣體, 通常都要收集到適當(dāng)?shù)娜萜髦斜４妗Ｉa(chǎn)廠家一般都是將其壓入鋼瓶或玻璃鋼瓶中, 并用清潔氣體稀釋成一定濃度, 作為商品出售。在生產(chǎn)車間或?qū)嶒?yàn)室中可用玻璃容器、 塑料袋或注射器臨時(shí)保存。但要注意, 被貯存的氣體不能與容器發(fā)生化學(xué)作用, 也不能通過器壁或縫隙漏掉。
空氣稀釋
用上述方法所獲得的標(biāo)準(zhǔn)氣體, 濃度一般都比較大, 不宜直接作為標(biāo)準(zhǔn)氣體使用, 而是把它作為原料氣, 通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄅ渲瞥伤铦舛鹊臉?biāo)準(zhǔn)氣體
選擇
標(biāo)準(zhǔn)氣體主要用于校準(zhǔn) 氣體分析儀器,評(píng)價(jià)氣體分析方法以及對(duì)未知含量的混合氣體進(jìn)行標(biāo)定并賦予量值.為了保證 標(biāo)準(zhǔn)氣體在使用過程中盡量減少引人的 不確定度,以獲得準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù).作為用戶則應(yīng)當(dāng)樹立標(biāo)準(zhǔn)氣體就是計(jì)量器具的觀念,明確選擇標(biāo)準(zhǔn)氣體的原則,以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠.一般而言,在選擇標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí)有以下四點(diǎn)要求:
1、編號(hào) 確認(rèn)該標(biāo)準(zhǔn)氣體是否具有定級(jí)證書和 生產(chǎn)許可證，并持有國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局的統(tǒng)一編號(hào)，一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)氣體為GBW纟XXXXXX，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)氣體為GBW（E）XXXXXX，必要時(shí)可向全國(guó)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)管理委員會(huì)辦公室查詢。
2、組成 標(biāo)準(zhǔn)氣體的組成與被測(cè)樣品相同或相近，對(duì)某些原理的分析方法（有些物質(zhì)不同的分析方法因其分析的機(jī)理不同，分析結(jié)果有所差異）組成不同會(huì) 響應(yīng)值產(chǎn)生差異，但是出于被測(cè)對(duì)象的紛繁及標(biāo)準(zhǔn)氣體品種所限，有時(shí)難于做于完全一致，在這種況下應(yīng)選擇組成盡可能相近的標(biāo)準(zhǔn)氣體，并通過可告方法考核其定量的準(zhǔn)確性。
3、含量 儀器分析一般為 相對(duì)測(cè)量，通常采用 標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行定量，在確定 標(biāo)準(zhǔn)曲線通過原點(diǎn)并成線性以后，也可以用單點(diǎn)校正法定量，但含量最好與被測(cè)樣品含量相近，以盡量減少由于線性不好而引起的 不確定度，特別對(duì)線性范圍比較窄的測(cè)量法，此點(diǎn)龍為重要。當(dāng)含量不能做到充分接近時(shí)，最好在被測(cè)樣品兩側(cè)各選擇一個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)氣體，分別測(cè)定后取平均值作為測(cè)量結(jié)果。
4、不確定度 標(biāo)準(zhǔn)氣體一旦選擇，其不確定度對(duì)被測(cè)組分的結(jié)果而言就成為 系統(tǒng)誤差。因此，從不確定度合成的角度考虎慮，不確定度越小越好，如果其數(shù)值比預(yù)期分析結(jié)果小三倍，則可忽略不計(jì)。
分析方法
分析標(biāo)準(zhǔn)氣體的方法很多，但常用的主要有： 氣相色譜法、化學(xué)發(fā)光法、非 色散紅外法以及用于微量水和微量氧分析的其他方法。
氣相色譜法適用于氫氣、 氧氣、 氮?dú)?/a>、氬氣、 氦氣、一氧化碳、二氧化碳等 無機(jī)氣體，甲烷、 乙烷、 丙烯、及C3以上的絕大部分有機(jī)氣體的分析。通過 直接法、濃縮法、反應(yīng)法等樣品處理技術(shù)的應(yīng)用，分析的含量范圍為10-9~99.999%。所以，氣相色譜法也是分析標(biāo)準(zhǔn)氣體中應(yīng)用最多、最普遍的方法。
化學(xué)發(fā)光法
化學(xué)發(fā)光法是利用某些化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象對(duì)組分進(jìn)行分析的方法，具有靈敏度高，選擇性好，使用簡(jiǎn)單方便、快速等特點(diǎn)。因些，適用于硫化物、 氮氧化物、氨等標(biāo)準(zhǔn)氣體的分析。
非色散紅外分析法
非色散紅外 氣體分析器是利用不同的氣室和檢測(cè)器測(cè)量混合氣體中的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氨、甲烷、 乙烷、 丙烷、 丁烷、 乙炔等組分的含量。非色散紅外氣體分析器主要由 紅外光源、試樣室、濾波器、 斬波器、檢測(cè)器、放大器及數(shù)據(jù)顯示裝置組成。
在高純氣體的分析中，幾乎所有的 高純氣體（高純氧除外）中都要求準(zhǔn)確測(cè)定其中微量氧的含量。由于大氣中含有大量的氧，準(zhǔn)確測(cè)定高純氣體中微量氧乃至痕量氧，是氣體分析中的難點(diǎn)之一。隨著氣體工業(yè)和儀器工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外分析儀器廠家已生產(chǎn)出不同原理的微量氧分析儀
比對(duì)方法
為了保證所制備的標(biāo)準(zhǔn)氣體量值的準(zhǔn)確性和可比性，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行量值比對(duì)。比對(duì)的形式有方法比對(duì)、實(shí)驗(yàn)室之間的比對(duì)、國(guó)際比對(duì)等。
方法比對(duì)，最常見的是用 重量法制備的標(biāo)準(zhǔn)氣體。為了防止稱量時(shí)的流失，通常采用 氣相色譜法進(jìn)行分析比對(duì)，以保證制備的標(biāo)準(zhǔn)氣體的 不確定度在合理的范圍內(nèi)。一般說來，重量法制備標(biāo)準(zhǔn)氣體的不確定度優(yōu)于1%，如果用氣相色譜法分析，比對(duì)結(jié)果偏差優(yōu)于2%，應(yīng)逐級(jí)查找原因，以保證量值的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)室之間的比對(duì)、國(guó)際比對(duì)應(yīng)由牽頭實(shí)驗(yàn)室與二、三個(gè)提名比對(duì)實(shí)驗(yàn)室與二、三個(gè)提名比對(duì)實(shí)驗(yàn)室擬定詳細(xì)的比對(duì)技術(shù)方案。
比對(duì)的技術(shù)方案應(yīng)包括：
1、樣品的詳細(xì)描述；
2、運(yùn)輸過程的注意事項(xiàng)；
3、比對(duì)實(shí)驗(yàn)室在接收樣品時(shí)應(yīng)采取的措施；
4、比對(duì)開始前應(yīng)進(jìn)行的檢驗(yàn)，如壓力等；
5、比對(duì)分析時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)的條件；
6、比對(duì)結(jié)果的說明；
7、如何估處 不確定度；
8、參加比對(duì)的每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì) SI單的 溯源性；
9、比對(duì)結(jié)果與牽頭實(shí)驗(yàn)室溝通的時(shí)間表；
10、比對(duì)經(jīng)費(fèi)；
11、比對(duì)結(jié)果的報(bào)告格式。
比對(duì)結(jié)果
參加比對(duì)的實(shí)驗(yàn)室必須盡可能快地向牽頭實(shí)驗(yàn)室報(bào)告比對(duì)結(jié)果，最遲在比對(duì)測(cè)量完成后六個(gè)星期將測(cè)量結(jié)果、 不確定度以及所需信息，以技術(shù)方案中給出的比對(duì)結(jié)果的報(bào)告格式交給牽頭單位。
注意事項(xiàng)
1、可燃?xì)怏w的爆炸限
從安全的角度出發(fā)，在制備標(biāo)準(zhǔn)氣體之前，必須對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氣體混合的可行性進(jìn)行研究。特別要考慮各組分氣體的 爆炸極限，在制備由可燃?xì)怏w和氫氣（或 氧氣）組成的標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí)，要注意組分 氣體含量是否超過爆炸限的問題。否則在制備過程中，可能發(fā)生爆炸事故。
爆炸限是 可燃性氣體的重要技術(shù)數(shù)據(jù)。在配制含有可燃?xì)怏w組分的標(biāo)準(zhǔn)氣體前，必須了解該組分的爆炸限，以確保安全
要了解各組分的飽和蒸氣壓及其他性能，考虎是否會(huì)產(chǎn)生冷凝作用、標(biāo)準(zhǔn)氣體中組分與 鋼瓶同僻壁材質(zhì)之間的作用、各組分間的反應(yīng)等。
3、標(biāo)準(zhǔn)氣體中組分之間的反應(yīng)
標(biāo)準(zhǔn)氣體在制備之前，應(yīng)考慮標(biāo)準(zhǔn)氣體中各組分間是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（即化學(xué)穩(wěn)定性問題），實(shí)際上必須搞清楚哪些氣體組分不能化學(xué)匹配，否則，制備出的標(biāo)準(zhǔn)氣體量值不準(zhǔn)確，甚至可能會(huì)發(fā)生爆炸事故。
4、標(biāo)準(zhǔn)氣體中組分與鋼瓶（容器）材料的反應(yīng)
在制備標(biāo)準(zhǔn)氣體之前，還應(yīng)考慮組分氣體與 鋼瓶及閥門所用材質(zhì)是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（如氧化、腐蝕、吸附等）問題，以便保證標(biāo)準(zhǔn)氣體的穩(wěn)定性。依據(jù)組分氣體與包裝容器材質(zhì)的相容性，選用不同材質(zhì)的鋼瓶和瓶閥來儲(chǔ)裝標(biāo)準(zhǔn)氣體。
另外，在往氣瓶中充入每一個(gè)組分之前，配氣系統(tǒng)各管路應(yīng)抽成真空，或者用待充的組分氣體反復(fù)進(jìn)行增壓—減壓來置換清洗閥門和管路，直到符合要求為止。為了避免先穩(wěn)量的組分氣體的損失，在往氣瓶中充入第二個(gè)組分時(shí)，該組分氣體的壓力應(yīng)遠(yuǎn)高于氣瓶中的壓力。為了防止組分氣體的反擴(kuò)散，在充完每一個(gè)組分后，在 熱平衡的整個(gè)期間應(yīng)關(guān)閉氣瓶閥門，然后進(jìn)行稱量。
種類
石油化工標(biāo)準(zhǔn)氣體
儀器儀表校準(zhǔn)氣
可燃?xì)怏w報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)氣
環(huán)氧乙烷殺菌氣
電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)氣
檢漏示蹤標(biāo)準(zhǔn)氣
環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)氣體
電子標(biāo)準(zhǔn)氣體
車輛尾氣檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)氣
檢驗(yàn)檢疫標(biāo)準(zhǔn)氣體
燃?xì)饩邷y(cè)試標(biāo)準(zhǔn)氣體
VOC測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)氣體
低濃度活性組分標(biāo)準(zhǔn)氣
醫(yī)療醫(yī)用標(biāo)準(zhǔn)氣體
激光標(biāo)準(zhǔn)氣 電光源標(biāo)準(zhǔn)氣
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)
標(biāo)準(zhǔn)氣體是引有氣體工業(yè)名詞，標(biāo)準(zhǔn)氣體屬于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是高度均勻的，良好穩(wěn)定和量值準(zhǔn)確的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)，它們具有復(fù)現(xiàn)，保存和傳遞量值的基本作用，在物理，化學(xué)，生物與工程測(cè)量領(lǐng)域中用于校準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器和測(cè)量過程，評(píng)價(jià)測(cè)量方法的準(zhǔn)確度和檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)能力，確定材料或產(chǎn)品的特性量值，進(jìn)行量值仲裁等。
標(biāo)準(zhǔn)氣體的 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)—— 標(biāo)準(zhǔn)氣體是物質(zhì)的一個(gè)態(tài)。氣體與液體一樣是流體：它可以流動(dòng)，可變形。與液體不同的是氣體可以被壓縮。假如沒有限制（容器或力場(chǎng)）的話，氣體可以壙散，其體積不受限制。標(biāo)準(zhǔn)氣體氣態(tài)物質(zhì)的原子或分子相互之間可以自由運(yùn)協(xié)。氣態(tài)物質(zhì)的原子或 分子的動(dòng)能比較高。標(biāo)準(zhǔn)氣體有實(shí)際氣體和 理想氣體之分。標(biāo)準(zhǔn)氣體理想氣體被假設(shè)為氣體分子之間沒有 相互作用力，氣體分子自身沒有體積，當(dāng)實(shí)際氣體壓力不大，分子之間的平均距離很大，氣體分子本身的體積可以忽略不計(jì)，溫度又不低，導(dǎo)致分子的平均動(dòng)能較大，分子之間的吸引力相比之下可以忽略不計(jì)，實(shí)際氣體的行為就十分接近理想氣體的行為，可當(dāng)作理想氣體來處理。以下內(nèi)容中討論的全部為理想氣體，但不應(yīng)忘記，實(shí)際氣體與之有差別，用理想氣體討論得到的結(jié)論只適用于壓力不高，溫度不低的實(shí)際氣體。
標(biāo)準(zhǔn)氣體理想氣體方程 pv=nRT標(biāo)準(zhǔn)氣體遵從 理想氣體狀態(tài)方程是理想氣體的基本特征。理想氣體狀態(tài)方程有四個(gè)變量——?dú)怏w的壓力P、氣體的體積 V、氣體的物質(zhì)的量N以及溫度T和一個(gè)常量（氣體常為R）,只要其中三個(gè)變量確定， 理想氣體就處于一個(gè)狀態(tài)，因而該方程叫做理想氣體裝態(tài)方程。標(biāo)準(zhǔn)氣體溫度T和物質(zhì)的量N 的單位是固定不變的，分別為K和 MOL，而氣體的壓力P和體積V的單位卻有多種取法，這時(shí)，狀態(tài)方程中的常量R的取值（包括單位）也就跟著改變，在進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，千萬要注意正確取用R值：P的單位V的單位R的取值（包括單位）
不確定度定義
標(biāo)準(zhǔn)氣體在研制過程中的質(zhì)量如何，在分析比對(duì)方法中分析誤差如何．標(biāo)準(zhǔn)氣體在有效期內(nèi)穩(wěn)定性如何以及瓶?jī)?nèi)壓力降低后的影響如何．均需要用 不確定度來評(píng)價(jià)。由于不確定度是評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)氣體研制水平的指標(biāo)，是判定標(biāo)準(zhǔn)氣體質(zhì)量的依據(jù)。
標(biāo)準(zhǔn)氣體不確定度的定義 [5] 作為定量屬性的不確定皮概念在廣泛意義上是指測(cè)量結(jié)果的不肯定． 也可以理解為：測(cè)量結(jié)果帶有的一個(gè)參數(shù)，用以表征合理賦予被測(cè)盤值的 分散性。測(cè)鹽不確定度一般包含若干分鹽，其中一些分量可用測(cè)量列結(jié)果的 統(tǒng)計(jì)分布評(píng)定，并以實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)
偏差來表征，也被稱為A 類分量、A 類評(píng)定或A 類 不確定度；另一些分量也可用標(biāo)準(zhǔn)偏差來表征的成分，是基于經(jīng)驗(yàn)或其它信息的取定 概率分布估算出來的，被稱為B 類分量、B 類評(píng)定或8 類不確定度．而展伸不確定度般最多給出二位 有效數(shù)字，中間計(jì)算的不確定度可多取位。在實(shí)際工作中理解不確定度的商念、正確運(yùn)用估計(jì)不確定度的方法，往往可以使我們得到個(gè)有意義的測(cè)量結(jié)果。
標(biāo)準(zhǔn)氣體在進(jìn)樣中的注意事項(xiàng)
標(biāo)準(zhǔn)氣體的特殊性，對(duì)采樣有著特殊的要求，很多使用者由于采樣的不規(guī)范，使得數(shù)據(jù)偏差很大，在這里我提供樣品取樣應(yīng)該注意的幾個(gè)方面：
1、取樣管線的選擇，由于膠管使用起來很方便，很多傳統(tǒng)的進(jìn)樣管線都采用此類，但是眾所周知，膠管對(duì)大部分有機(jī)氣體，和含硫類的氣體吸附性非常強(qiáng)，而且它的滲透性也很強(qiáng)，所以使用各類膠管來采樣是不可取的，對(duì)分析數(shù)據(jù)造成很大偏差。建議根據(jù)不同的氣體性質(zhì)采用銅管、不銹鋼管、 四氟管而對(duì)于含硫的標(biāo)準(zhǔn)氣和樣品氣最好采用內(nèi)涂石英的不銹鋼管。
2、樣品氣的置換，由于標(biāo)準(zhǔn)氣都要經(jīng)過 減壓器和管線后才能取樣，要準(zhǔn)確取樣必須將減壓器和管線進(jìn)行充分的置換，這種置換不是簡(jiǎn)單意義上的吹掃。因?yàn)闇p壓器的 死體積很大，不斷將鋼瓶閥打開關(guān)閉反復(fù)3次以上，每次將減壓器里的氣體排盡，然后再吹掃系統(tǒng)才能正確取樣。
3、進(jìn)樣管線的氣密性，進(jìn)樣管線的泄漏，對(duì)樣品的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有很大影響，對(duì)低濃度氧氣的影響更大。所以一定要嚴(yán)格檢查取樣管線的氣密性。
4、試圖從 標(biāo)準(zhǔn)氣體鋼瓶中把標(biāo)準(zhǔn)氣取到取樣袋或其他容器中，然后再?gòu)娜萜髦腥臃治�，是最不可取的，這樣造成了 二次污染。使得樣品氣的數(shù)據(jù)不能真實(shí)的表現(xiàn)出來。
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