一种标准气体的配制方法

摘要

本发明涉及一种标准气体的配制方法，属于标准气体配制技术领域。该方法包括原料准备、气瓶预处理、配比计算、气体配制及验证等几大步骤。本发明通过气体道尔顿分压原理和称重法相互配合，舍去传统配气技术中按单一方法配制标准气体的误区，基于质量为基础，简化计算步骤，大大节省了人力物力；本发明方法简单可靠，配制的气体浓度准确，极具工业应用意义。

权利要求

1.一种标准气体的配制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤（1），根据订单给出的各组分i、各组分体积占比Yi、气瓶体积V瓶、平衡气及气瓶种类，准备好原材料，精选性能良好气瓶及可靠瓶阀；

步骤（2），对气瓶进行预处理，加热并进行真空置换处理；

步骤（3），标准制取装置进行精度真空处理，然后选用检验合格的原料气体，将步骤（1）精选的气瓶连接到标准制取装置进行管道置换合格，再对各组分配比进行计算，具体如下：按理想状态：组分i的理想分压：Pi=10×Yi；

然后测量配气时的温度T1，查出此时组分i的密度ρi；同时，根据配气时的温度T1及组分i的理想分压Pi，查出该温度及该压力下的压缩因子Zi，得到总压缩系数Zm=  Yi；

接着对各组分的压力进行修正，得到实际分压P*i=PiZi/Zm；

最后，得到各组分的质量mi=P*i×V瓶×ρi；

步骤（4），开启精度衡器准确称量处理好的空瓶，采用重量法和分压法进行精确配制，充入每种组分前后分别称量气瓶，充入的每种气体组分质量由充入该组分前后气瓶的质量之差确定；先充入除平衡气以外的各组分，按照表压=绝对压力-大气压，来实时根据表压控制每种组分的实际分压P*i，最后充入平衡气至10.5-11.0Mpa，同时，在充入气体过程中反复验算验证质量及实际分压的准确度，直至完成制取所需浓度标准产品，最后采用精准检测仪器对比验证结果，若验证正确，则得到合格产品。

2.根据权利要求1所述的标准气体的配制方法，其特征在于，所述的气瓶为铝合金气瓶或碳钢瓶。

3.根据权利要求2所述的标准气体的配制方法，其特征在于，所述的组分如果含有Cl2和/或HCl，则不能使用铝合金气瓶。

说明书

一种标准气体的配制方法

技术领域

[0001] 本发明属于标准气体配制技术领域，具体涉及一种标准气体的配制方法。

背景技术

[0002] 标准气体称量法配气是国内外最精确的配气方法，由于它以质量称量为基础，在标准气体配制过程中可免除气体温度、压力变化和压缩因子给配制结果带来的影响，故本方法是国际标准化组织（ISO）推荐的配制标准混合气体的标准方法。但称量法在标准气体操作中所要求填充的组份压力和质量则完全依赖真实气体的理论计算。

[0003] 目前我国标准气体市场存在一定的问题，例如标称值同N2—5ppmO2标准气，不同生产厂家在同一检测仪器上有不同值的响应，尽管他们都是国家法定的标准物；即使同一家生产的相同浓度标气，也因批次不同之间不能很好比对，这说明国产标准气质量从国家管理到具体生产等环节尚需提高。对报警用校正标准气，超过其上限，就无法标定仪器上限。出现负偏差，该气可以勉强使用。如合同要求N2-O210×10-6，假定用于标定氧分仪上限值，-6
生产者提供的标气必须小于10×10 ，超过该值用户可能拒绝接受，所以很容易给生产厂家造成不必要的损失。

[0004] 另外，传统配气技术中只采用单一方法配制标准气体，如在制备SO2和N2混合气的过程中，若瓶内水分超标，加入SO2会引起溶解，此时虽然天平上示数在增加，但SO2并不是以气态存在，此时则严重影响产品的质量。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种标准气体的配制方法，该方法简单可靠，配制的气体浓度准确，极具工业应用意义。

[0006] 本发明采用的技术方案如下：

[0007] 一种标准气体的配制方法，其特征在于，包括如下步骤：

[0008] 步骤（1），根据订单给出的各组分i、各组分体积占比Yi、气瓶体积V瓶、平衡气及气瓶种类，准备好原材料，精选性能良好气瓶及可靠瓶阀；

[0009] 步骤（2），对气瓶进行预处理，加热并进行真空置换处理；

[0010] 步骤（3），标准制取装置进行精度真空处理，然后选用检验合格的原料气体，将步骤（1）精选的气瓶连接到标准制取装置进行管道置换合格，再对各组分配比进行计算，具体如下：

[0011] 按理想状态：组分i的理想分压：Pi=10×Yi；

[0012] 然后测量配气时的温度T1，查出此时组分i的密度ρi；同时，根据配气时的温度T1及组分i的理想分压Pi，查出该温度及该压力下的压缩因子Zi，得到总压缩系数Zm= Yi；

[0013] 接着对各组分的压力进行修正，得到实际分压P*i=PiZi/Zm；

[0014] 最后，得到各组分的质量mi=P*i×V瓶×ρi；

[0015] 步骤（4），开启精度衡器准确称量处理好空瓶，采用重量法和分压法进行精确配制，充入每种组分前后分别称量气瓶，充入的每种气体组分质量由充入该组分前后气瓶的质量之差确定；先充入除平衡气以外的各组分，按照表压=绝对压力-大气压，来实时根据表压控制每种组分的实际分压P*i，最后充入平衡气至10.5-11.0Mpa，同时，在充入气体过程中反复验算验证质量及实际分压的准确度，直至完成制取所需浓度标准产品，最后采用精准检测仪器对比验证结果，若验证正确，则得到合格产品。

[0016] 进一步，优选的是所述的气瓶为铝合金气瓶或碳钢瓶。

[0017] 所述的组分如果含有Cl2和/或HCl，则不能使用铝合金气瓶。

[0018] 本发明所依据的原理：

[0019] 在众多的气体方程中，气体的配制主要遵循两个定律：道尔顿和Amagat定理。

[0020] 道尔顿定理是：一定体积的气体，其总压是各组份分压之和，Pi= 。

[0021] Amagat定律则是在总压下，气体的总体积是由各组份之和，即Vi= 。

[0022] 由于在气体配制中，有些气体如：C3H6、C3H8、CO2、N2O、C2H6等的临界温度Tc相对较高，在配气压力下，通常为10.0MPa，极易形成液化状态，若采按Amagat定律，在较高的配气压力下，我们无法查出气体压缩系数，因此，本发明气体配制采用道尔顿分压定律，而不使用Amagat定律。

[0023] 配气的准确度对于标准气，用户除关心结果的精密度外，更为关心的是标气的准确度，“准确”、“均匀”、“稳定”是标气重要特征。标准气体具有“溯源”和“仲裁”的作用，气体配制越准确其不确定度越小。

[0024] 本发明与现有技术相比，其有益效果为：

[0025] 1.本发明提供一种标准气体的配制方法，该方法简单可靠，配制的气体浓度准确，极具工业应用意义。

[0026] 2.计算通过气体道尔顿分压原理和称重法相互配合，舍去传统配气技术中按单一方法配制标准气体的误区，如在制备SO2和N2混合气的过程中，若瓶内水分超标，加入SO2会引起溶解，此时虽然天平上示数在增加，但SO2并不是以气态存在，此时应用本发明的方法可直观的在压力表上表现出来，若SO2发生溶解，则天平示数增加时压力表就会停滞甚至回落，这是完全不符合理想气体状态方程的，从而可以轻易判断制备标气的过程是否可靠。同理，此方法可应用于表现其他吸附性、反应性、溶解性的气体制备过程。

[0027] 3.简化计算步骤，传统配气计算需要考量压缩因子以及环境温度等一系列修正，我公司方法基于质量为基础，去除大部分配制计算过程，但丝毫不影响结果的准确性，大大节省了人力物力。

[0028] 4.实验表明，配气中必须采用压缩因子修正，否则会偏离2%-10%，如H2为底的标准气体。

附图说明

[0029] 图1是本发明标准气体的配制方法的流程图。

具体实施方式

[0030] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

[0031] 本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

[0032] 本发明标准气体制备的方法采用压缩因子进行校准的分压法及采用称重的称量法，采用的容器为已经标定过的玻璃大球，压力接近常压，避免高压造成的气体的均匀性，同时许多活性的组分对玻璃表面有较好的惰性，若采用静态容积法可以大大减少对外购标准气体的依赖，节约经济成本。

[0033] 本发明所采用的配气装置为本领域静态容积法配气所用的常规装置。

[0034] 标准气体配制前，必须明确了解用户的合同要求，这一点无论从技术角度还是安全角度看，都不得有丝毫的大意。否则将会导致经济甚至安全方面诸多的麻烦患，为此应高度重视合同评审的环节。一般情况下，用户标准气体订单需要给出：组分种类（气体的名称）、组分浓度（分体积浓度v/v、质量浓度m/m等，没有说明则是体积浓度）、压力（液化气体除外）、气瓶体积，如下具体案例：

[0035] 实施例1

[0036] N2—10%CO 8L/Al

[0037] 其传递的信息是：

[0038] 1、该瓶标准气体是以N2为底气或称平衡气（有时用英文缩写bal表示，意思平衡）；

[0039] 2、10% 表示标准气体中CO所占体积的浓度，N2占90%

[0040] 3、CO表示标准气体中含的组分CO气体；

[0041] 4、8L为气瓶的体积；

[0042] 5、Al表示铝合金气瓶。

[0043] 而对碳钢瓶，合同通常写“T”，如“T40”表示的是40L的碳钢瓶。这种简称尽管没有正规的标准规定，但业内普遍采用。

[0044] 此合同气体的计算：

[0045] 常规这瓶气体的总压为：10.0Mpa。

[0046] 按理想状态：

[0047] CO的理想分压：Pco=10×10%=1.0Mpa，

[0048] N2的理想分压：PN2=10×（100-10）%=9.0Mpa；

[0049] 假设配气时的温度为：20℃，

[0050] 20℃时CO的密度（通常用ρ表示）：1.16g/l

[0051] 查20℃时N2的密度:1.25g/l

[0052] 备注:上述数字来源于BOC气体数据表；

[0053] 查20℃、1.0Mpa下CO的压缩因子(zco):15℃、0.9959；50℃、0.9988；

[0054] 采用内插法，差值：(0.9988-0.9959)/35=0.0000725；

[0055] 那么20℃、1.0Mpa压力下，压缩因子：

[0056] Zco=0.995+0.0000725×(20-15)=0.99536；

[0057] 同理，查20℃、9.0 Mpa下N2的压缩因子(ZN2):1.00243。

[0058] 那么：

[0059] Zm=YcoZco+YN2ZN2=0.99536×10%+1.00243×90%=0.90318。

[0060] 修正后的结果：

[0061] P*co=PcoZco/Zm=1.0×0.99536/0.90318=1.102Mpa；

[0062] P*N2 =PN2ZN2/Zm=9.0×1.00243/0.90318=9.9890Mpa。

[0063] 那么：

[0064] CO的质量为：P*co×V×ρco=1.102×8×1.16=102.2656g；

[0065] N2的质量为：P*N2×V×ρN2=9.9890×8×1.25=998.90g。

[0066] 步骤：

[0067] A气瓶进行预处理，加热并进行真空置换处理；平衡气及气瓶种类，准备好原材料，精选性能良好气瓶及可靠瓶阀；记下空瓶的质量；

[0068] B充高纯CO压力表显示1.102-0.1=1.02 Mpa（0.1为当地大气压力，可根据实际情况调整，绝对压力=表压+大气压），记下充完CO的气瓶质量；

[0069] C充高纯N2至10.5Mpa，记下充完N2的气瓶质量，同时，在充入气体过程中反复验算验证质量及实际分压的准确度，直至完成制取所需浓度标准产品，最后采用精准检测仪器对比验证结果，若验证正确，则得到合格产品。

[0070] 实际操作平衡气体可以采用XP155KS电子天平，边充气体边称量。第一组分加入的量如果和计算的理论量不同，若不是诸如称量、原料的原因，就没必要反复的调整，可以采用以第一组分为基础推算下一组分的质量。

[0071] 标准气配制是一个看似简单，但却十分复杂的工作，需要有综合的专业技术和十分仔细的工作态度，同时要求每个参与者要和谐配合，相互提醒，严格气瓶处理、原料质量控、配制仪器的精确选用、计量设备的校准等，这样才能保证配出的气体准确、均匀、可靠，否则错误百出，甚至有时会发生安全事故。此外，标气配制者需不断学习、充实，在配制时不断发现新情况，总结经验，唯有如此，才能在行业中站稳脚。

[0072] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。