标准气体静态容量法配气方法研究

　　1　前言

　　近年来随着国民经济快速增长和环境监测领域的不断加强和拓宽,我国对10^-8~10^-5mol/mol浓度范围的标准气体的需求量增加很快。然而,我国在该含量范围的标准气体配制方法及其包装技术方面的研究还很欠缺,和发达国家如美国、欧盟、日本等相比还存在较大差距。ISO 6144标准推荐了微量标准气体的静态容量法配气方法[1]。该方法配气速度快,操作简单,即配即用。对大多数欲配组分在10^-8~10^-5mol/mol浓度范围,其配制的标准气体不确定度为(2~4)%。对标准气体需要量不是很大的常用气体微量组分分析来说,静态容量法是一个方便的配制标准气体的方法;同时,相对其它配气方法,它是一个很好的比对与验证手段。

　　本文按照ISO 6144的最新版本,研制了静态容量法标准气体配气装置。用该装置完成了一系列10^-6mol/mol浓度范围的无机和有机挥发性标准气体的配制。所配制的标准气体和用重量法、动态配气法配制的标准气体、以及来自天然气国际比对的标准气体进行了比对和研究。

　　2　静态容量法标准气体配气装置

　　2·1　静态容量法配气原理

　　静态容量法配气原理是将欲配组分气体(或液体)通过注射孔注入一密封容器(混合室)中,同时导入稀释气体,充分搅拌混合后,测得混合气体的温度、压力。由欲配组分的注入量、容器的体积、温度、压力计算出标准气体的浓度。

　　2·1·1　欲配组分常温下呈气态时的浓度计算

　　以双组分气体为例,在理想气体状态下,欲配标准气体的浓度计算公式为

式(1)中,Q_X为组分X(欲配组分)的体积浓度,单位为μmol/mol;V_X为组分X的体积,单位ml;V_A为稀释气体A的体积(所有的体积都是换算到相同温度和压力下的体积);P₁为配气环境大气压力,P₂为混合室压力(配制气体压力)。

　　2·1·2　欲配组分常温下呈液态时的浓度计算

　　以双组分气体为例,在理想气体状态下,欲配标准气体的浓度计算公式为

式(2)中ΔW为欲配组分注入量,M为分子摩尔质量,T为混合室温度,R为气体常数,其余同上。由式(2)可计算出温度变化对标准气体量值的影响程度。

　　2·2　静态容量法配气装置的设计和研制

　　目前,国家标准规定沿用的静态容量法配气装置还是十几年前设计制作的结构简单、操作复杂的配气装置。这种装置使用汞-玻璃U型管压力计测压、用玻璃容器配制和计量标准气体体积。进行修正时不是测量配制时装置中的气体温度,而是以环境温度代替。操作复杂、配制的重复性和准确性差,且操作存在不安全性。尤其不宜配制常温下组分气体呈液态的标准气体。