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標(biāo)準(zhǔn)氣體的制備與應(yīng)用

一、標(biāo)準(zhǔn)氣體概念理解

1、定義：標(biāo)準(zhǔn)氣體是具有證書計(jì)量跟蹤性的一種或多種精確特征量值，用于校準(zhǔn)儀器、評(píng)價(jià)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(shí)間間隔和環(huán)境條件下，標(biāo)準(zhǔn)氣體的特性量值保持在規(guī)定的范圍內(nèi)的特性，標(biāo)準(zhǔn)氣體的穩(wěn)定性表示氣體對(duì)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確性：指標(biāo)準(zhǔn)氣體具有精確計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)值。那個(gè)量可以追溯到原來。

二、標(biāo)準(zhǔn)氣制備過程

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

三、影響標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)氣體是否與氣瓶材料或閥門材料相容直接影響標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)氣體的氣瓶，內(nèi)表面需要進(jìn)行常規(guī)處理和特殊處理，以保證標(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(duì)于微量活性氣體，正確選擇氣瓶處理方法是制造標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行適當(dāng)?shù)臍馄刻幚硗猓牧系募兌仁橇硪粋€(gè)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(zhǔn)確定量直接影響成分的量值，例如在制造以氮?dú)鉃楸尘皻怏w的1ppm二氧化碳標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí)除了知道成分氣體的純度以外，還需要知道高純度氮?dú)庵械腃O2的含量。這樣就可以給出CO2的準(zhǔn)確量的值。

4、制備氣體組分相容性氮?dú)庵械腘O/N2標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí)，如果在高純度氮?dú)庵泻醒趸蛟谔畛溥^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(jī)酸等不能與NH3及有機(jī)胺等堿性氣體進(jìn)入一個(gè)氣瓶

2）還原性氣體和氧化性氣體不相容，不能填充到一個(gè)儲(chǔ)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(xiǎn)。碳?xì)浠衔锖蜌浠衔镒鳛榭扇夹詺怏w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(jìn)氣體，NO、N2O、NO2、F2、CL2、NF3等其他氧化性氣體也同樣促進(jìn)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(shí)，必須經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算，包括制備濃度和制備壓力。不僅如此，還要制定嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)氣體檢測

標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確性應(yīng)如何，通過分析檢驗(yàn)完成。氣相色譜法被公認(rèn)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(xì)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)氣體的應(yīng)用

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

1、選擇減壓器和輸氣管道時(shí)，必須注意材料與氣體的相容性，如制作微量氧、氮標(biāo)準(zhǔn)氣體時(shí)，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(shí)，選擇未經(jīng)處理的金屬管道會(huì)使成分發(fā)生吸附

2、在適當(dāng)溫度下存放氣瓶，對(duì)于易液化氣體，要注意儲(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)氣體取樣完成后，應(yīng)關(guān)閉氣瓶閥，以免空氣反擴(kuò)散到氣瓶中。

5、注意標(biāo)準(zhǔn)氣體的有效期和可用壓力。