标准气体的制备与应用

一、标准气体概念理解

1、定义：标准气体是具有证书计量跟踪性的一种或多种精确特征量值，用于校准仪器、评价测量方法或给物质赋值。

2、特性：

1）稳定性：在规定的时间间隔和环境条件下，标准气体的特性量值保持在规定的范围内的特性，标准气体的稳定性表示气体对气瓶和阀不发生吸附和反应，气体成分之间不发生化学反应。

2）均一性：均一性表示物质的一种或几种特性为相同成分或具有相同结构的状态，在标准气体的均一性不同的温度和压力下，各成分的特性量值在规定的范围内。气体组分未分层，未液化。

3）准确性：指标准气体具有精确计量的标准值。那个量可以追溯到原来。

二、标准气制备过程

即使采用压力法、体积法、称重法制造瓶装标准气体，也需要在以下过程中实现。提供灌装----滚动混和----分析测量----量（检验报告或标准物质证书）。利用压力法/体积法或称量法实现混合气体填充不再是难题，只要有高精度的压力计和高精度的天平、填充就容易实现。如何使标准气量值准确有效，是所有标准气厂和研究机构面临的课题。

三、影响标准气量值稳定的因素：

1、气瓶和阀门材料在充气前，充分考虑气体各组分与气瓶材料、阀门和密封材料的相容性，作为标准气体的包装容器、碳钢、铝合金材料得到广泛应用。不同浓度、不同组分的标准气体是否与气瓶材料或阀门材料相容直接影响标准气体的质量。例如氟化氢、氯化氢、氟化气、氯气、氯甲烷、氯乙烷、溴甲烷等与铝反应，不能直接用铝合金气瓶盛放。一定浓度的腐蚀性气体不能选择铜阀，需要选择不锈钢阀。

2、气瓶处理方法用于填充标准气体的气瓶，内表面需要进行常规处理和特殊处理，以保证标准气量值的稳定。处理方法为加热除去气瓶内水分，抽真空交换除去空气及其他杂质气体，内表面涂层使气瓶内表面减少与组分气体的物理吸附或化学反应，内表面钝化使气瓶内表面具有良好的惰性有利于稳定活性气体混合物的量值。对于微量活性气体，正确选择气瓶处理方法是制造标准气体的关键。

3、构成混合气体各成分的原料气体的纯度及杂质。除了材料的适合性和进行适当的气瓶处理外，原材料的纯度是另一个值得关注的问题，如果原料中含有与配合成分相同的杂质，杂质的准确定量直接影响成分的量值，例如在制造以氮气为背景气体的1ppm二氧化碳标准气体时除了知道成分气体的纯度以外，还需要知道高纯度氮气中的CO2的含量。这样就可以给出CO2的准确量的值。

4、制备气体组分相容性氮气中的NO/N2标准气体时，如果在高纯度氮气中含有氧或在填充过程中带入氧，则混合气体为NO2/N2，类似问题总结如下：

1）酸性气体和碱性气体：一般酸性气体：HCl、H2S、SO、NO2、有机酸等不能与NH3及有机胺等碱性气体进入一个气瓶

2）还原性气体和氧化性气体不相容，不能填充到一个储罐中。例：H2S和SO2、H2S和NO2、H2和CL2等。

3）可燃性或自燃性气体和氧化性气体：在爆炸下限以上或***小氧要求量以上将可气体体和氧化性气体填充到同一气瓶中，有爆炸危险。碳氢化合物和氢化合物作为可燃性气体往往受到重视，但一氧化碳的可燃性常常被忽视，只是关注毒性。氧是燃烧促进气体，NO、N2O、NO2、F2、CL2、NF3等其他氧化性气体也同样促进燃烧，可与可燃性气体发生爆炸反应。在制备气体性体和氧化性气体的混合气体时，必须经过严格的计算，包括制备浓度和制备压力。不仅如此，还要制定严格的制造工艺。包括注入顺序、制造过程中的混合、分析等。

四、标准气体检测

标准气体的量值是否满足要求，分析测量是关键环节。按照制备方法灌装完成后，量值的均匀性、稳定性和准确性应如何，通过分析检验完成。气相色谱法被公认为一种广泛应用的定量分析方法，分离柱由填充柱发展为毛细管柱，大大优化了柱效率，但检测技术由常数检测发展到微量和微量分析。

常用的检测器包括TCD、FID、ECD、FPD、TSD、HID、DID、PDID，化学分析作为经典的分析方法也常用于腐蚀性气体的分析，红外光谱法、可见-紫外光谱法、色谱/质谱联用技术也常用于气体分析。

五、标准气体的应用

如何更好地使用标准气体是标准气体制造商关心的问题。通常在制造一些微量腐蚀性标准气体或微量氧、氮标准气体时，可以说制造过程充满了血和泪，但对顾客来说，由于使用不当，造成了一些错误的结果，使用标准气体应做到以下几点：

1、选择减压器和输气管道时，必须注意材料与气体的相容性，如制作微量氧、氮标准气体时，管道不能选择塑料管和橡胶管道而选择金属管道，制作腐蚀性气体时，选择未经处理的金属管道会使成分发生吸附

2、在适当温度下存放气瓶，对于易液化气体，要注意储存温度和使用温度，低温下也避免气体成分液化。

3、取样前应充分清洗压力调节器和管路系统，确保取样样品与气瓶中成分浓度一致。

4、标准气体取样完成后，应关闭气瓶阀，以免空气反扩散到气瓶中。

5、注意标准气体的有效期和可用压力。