標準氣體的制備與應(yīng)用

一、標準氣體概念理解

1、定義：標準氣體是具有證書計量跟蹤性的一種或多種精確特征量值，用于校準儀器、評價測量方法或給物質(zhì)賦值。

2、特性：

1）穩(wěn)定性：在規(guī)定的時間間隔和環(huán)境條件下，標準氣體的特性量值保持在規(guī)定的范圍內(nèi)的特性，標準氣體的穩(wěn)定性表示氣體對氣瓶和閥不發(fā)生吸附和反應(yīng)，氣體成分之間不發(fā)生化學反應(yīng)。

2）均一性：均一性表示物質(zhì)的一種或幾種特性為相同成分或具有相同結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，在標準氣體的均一性不同的溫度和壓力下，各成分的特性量值在規(guī)定的范圍內(nèi)。氣體組分未分層，未液化。

3）準確性：指標準氣體具有精確計量的標準值。那個量可以追溯到原來。

二、標準氣制備過程

即使采用壓力法、體積法、稱重法制造瓶裝標準氣體，也需要在以下過程中實現(xiàn)。提供灌裝----滾動混和----分析測量----量（檢驗報告或標準物質(zhì)證書）。利用壓力法/體積法或稱量法實現(xiàn)混合氣體填充不再是難題，只要有高精度的壓力計和高精度的天平、填充就容易實現(xiàn)。如何使標準氣量值準確有效，是所有標準氣廠和研究機構(gòu)面臨的課題。

三、影響標準氣量值穩(wěn)定的因素：

1、氣瓶和閥門材料在充氣前，充分考慮氣體各組分與氣瓶材料、閥門和密封材料的相容性，作為標準氣體的包裝容器、碳鋼、鋁合金材料得到廣泛應(yīng)用。不同濃度、不同組分的標準氣體是否與氣瓶材料或閥門材料相容直接影響標準氣體的質(zhì)量。例如氟化氫、氯化氫、氟化氣、氯氣、氯甲烷、氯乙烷、溴甲烷等與鋁反應(yīng)，不能直接用鋁合金氣瓶盛放。一定濃度的腐蝕性氣體不能選擇銅閥，需要選擇不銹鋼閥。

2、氣瓶處理方法用于填充標準氣體的氣瓶，內(nèi)表面需要進行常規(guī)處理和特殊處理，以保證標準氣量值的穩(wěn)定。處理方法為加熱除去氣瓶內(nèi)水分，抽真空交換除去空氣及其他雜質(zhì)氣體，內(nèi)表面涂層使氣瓶內(nèi)表面減少與組分氣體的物理吸附或化學反應(yīng)，內(nèi)表面鈍化使氣瓶內(nèi)表面具有良好的惰性有利于穩(wěn)定活性氣體混合物的量值。對于微量活性氣體，正確選擇氣瓶處理方法是制造標準氣體的關(guān)鍵。

3、構(gòu)成混合氣體各成分的原料氣體的純度及雜質(zhì)。除了材料的適合性和進行適當?shù)臍馄刻幚硗猓牧系募兌仁橇硪粋€值得關(guān)注的問題，如果原料中含有與配合成分相同的雜質(zhì)，雜質(zhì)的準確定量直接影響成分的量值，例如在制造以氮氣為背景氣體的1ppm二氧化碳標準氣體時除了知道成分氣體的純度以外，還需要知道高純度氮氣中的CO2的含量。這樣就可以給出CO2的準確量的值。

4、制備氣體組分相容性氮氣中的NO/N2標準氣體時，如果在高純度氮氣中含有氧或在填充過程中帶入氧，則混合氣體為NO2/N2，類似問題總結(jié)如下：

1）酸性氣體和堿性氣體：一般酸性氣體：HCl、H2S、SO、NO2、有機酸等不能與NH3及有機胺等堿性氣體進入一個氣瓶

2）還原性氣體和氧化性氣體不相容，不能填充到一個儲罐中。例：H2S和SO2、H2S和NO2、H2和CL2等。

3）可燃性或自燃性氣體和氧化性氣體：在爆炸下限以上或***小氧要求量以上將可氣體體和氧化性氣體填充到同一氣瓶中，有爆炸危險。碳氫化合物和氫化合物作為可燃性氣體往往受到重視，但一氧化碳的可燃性常常被忽視，只是關(guān)注毒性。氧是燃燒促進氣體，NO、N2O、NO2、F2、CL2、NF3等其他氧化性氣體也同樣促進燃燒，可與可燃性氣體發(fā)生爆炸反應(yīng)。在制備氣體性體和氧化性氣體的混合氣體時，必須經(jīng)過嚴格的計算，包括制備濃度和制備壓力。不僅如此，還要制定嚴格的制造工藝。包括注入順序、制造過程中的混合、分析等。

四、標準氣體檢測

標準氣體的量值是否滿足要求，分析測量是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。按照制備方法灌裝完成后，量值的均勻性、穩(wěn)定性和準確性應(yīng)如何，通過分析檢驗完成。氣相色譜法被公認為一種廣泛應(yīng)用的定量分析方法，分離柱由填充柱發(fā)展為毛細管柱，大大優(yōu)化了柱效率，但檢測技術(shù)由常數(shù)檢測發(fā)展到微量和微量分析。

常用的檢測器包括TCD、FID、ECD、FPD、TSD、HID、DID、PDID，化學分析作為經(jīng)典的分析方法也常用于腐蝕性氣體的分析，紅外光譜法、可見-紫外光譜法、色譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)也常用于氣體分析。

五、標準氣體的應(yīng)用

如何更好地使用標準氣體是標準氣體制造商關(guān)心的問題。通常在制造一些微量腐蝕性標準氣體或微量氧、氮標準氣體時，可以說制造過程充滿了血和淚，但對顧客來說，由于使用不當，造成了一些錯誤的結(jié)果，使用標準氣體應(yīng)做到以下幾點：

1、選擇減壓器和輸氣管道時，必須注意材料與氣體的相容性，如制作微量氧、氮標準氣體時，管道不能選擇塑料管和橡膠管道而選擇金屬管道，制作腐蝕性氣體時，選擇未經(jīng)處理的金屬管道會使成分發(fā)生吸附

2、在適當溫度下存放氣瓶，對于易液化氣體，要注意儲存溫度和使用溫度，低溫下也避免氣體成分液化。

3、取樣前應(yīng)充分清洗壓力調(diào)節(jié)器和管路系統(tǒng)，確保取樣樣品與氣瓶中成分濃度一致。

4、標準氣體取樣完成后，應(yīng)關(guān)閉氣瓶閥，以免空氣反擴散到氣瓶中。

5、注意標準氣體的有效期和可用壓力。