專利名稱：配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的裝置及方法，特別是適用于普通實(shí)驗(yàn)室對(duì)氣體分析或者大氣質(zhì)檢分析要求的配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的裝置及方法，屬于儀器分析測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氣體的快速多維擴(kuò)散性以及可壓縮性使得較大量的氣體物質(zhì)很難準(zhǔn)確量取，導(dǎo)致一定濃度氣體樣品及一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體在普通實(shí)驗(yàn)室很難配制。不像固體物質(zhì)和液體物質(zhì)可以很容易的用一般量器量取一定的重量或體積，而氣體則要用特殊的裝置量取。因此普通實(shí)驗(yàn)室測(cè)定氣體時(shí)所用的標(biāo)準(zhǔn)氣體要從專業(yè)機(jī)構(gòu)購(gòu)買，而對(duì)于有特殊用途的標(biāo)準(zhǔn)氣體和科學(xué)研究所用的標(biāo)準(zhǔn)氣體的制備往往是制約整個(gè)工作的瓶頸，另外氣體密度小，存貯體積較大，購(gòu)買和運(yùn)輸?shù)某杀靖摺?br> 目前專業(yè)機(jī)構(gòu)配氣的主要方法是利用對(duì)鋼瓶抽真空的方法進(jìn)行配制。該裝置主要是由一個(gè)連有進(jìn)、出氣管的鋼瓶，兩個(gè)超級(jí)精密的真空閥門構(gòu)成。配制氣體的時(shí)候，首先利用出氣口對(duì)鋼瓶抽真空，用真空閥來(lái)顯示鋼瓶?jī)?nèi)的真空度，關(guān)閉出氣口，然后通過(guò)進(jìn)氣口加入氣體，氣體配制過(guò)程由真空閥顯示瓶?jī)?nèi)真空度來(lái)控制加入的溶質(zhì)氣體以及溶劑氣體的量，準(zhǔn)確度受真空度的影響，條件苛刻，且生產(chǎn)的氣體樣品濃度單一，不能滿足實(shí)驗(yàn)室對(duì)于不同濃度氣體樣品的測(cè)定要求?？梢姡壳暗呐錃夥椒ū容^繁瑣，對(duì)裝置的要求過(guò)于嚴(yán)格，不適于普通實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行氣樣分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種操作方便，裝配簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，配制氣體的精密度和準(zhǔn)確度高的配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供使用上述裝置配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的方法，便于在普通實(shí)驗(yàn)室推廣。
本發(fā)明所述的標(biāo)準(zhǔn)氣體指一定濃度的氣體溶液。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的裝置，其中，定量瓶與儲(chǔ)氣瓶通過(guò)設(shè)置有閥門的導(dǎo)管連通，氣體采樣袋與儲(chǔ)氣瓶通過(guò)設(shè)置有閥門的導(dǎo)管連通；所述的定量瓶中上刻度管與下刻度管通過(guò)基管連為一體，下刻度管設(shè)置有閥門；氣體采樣袋與儲(chǔ)氣瓶間設(shè)置有氣體干燥管。
配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的方法，包括一定量溶質(zhì)氣體和溶劑氣體體積的準(zhǔn)確量取，溶質(zhì)氣體可用氣密注射器量取，其特征在于，溶劑氣體體積的準(zhǔn)確量取通過(guò)下述方法常壓下，向可準(zhǔn)確量取液體體積的定量瓶中加入液體，將一定量的液體準(zhǔn)確加至與氣體采樣袋氣連通的充滿溶劑氣體的儲(chǔ)氣瓶中，液體加入時(shí)逸出的溶劑氣體收集在氣體采樣袋中，收集的溶劑氣體的體積等于流入儲(chǔ)氣瓶中液體的體積。配制氣體中的液體選擇原則是在實(shí)驗(yàn)條件溫度下，該液體的蒸汽壓要盡可能的小，且不含易揮發(fā)影響實(shí)驗(yàn)測(cè)定的液體，一般來(lái)說(shuō)，20℃時(shí)，所用液體的蒸氣壓要小于2.5kPa，粘度要小于30mPa.s。
具體的說(shuō)，配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的方法包括如下步驟(1)在定量瓶中加入液體，并使定量瓶與儲(chǔ)氣瓶間導(dǎo)管充滿液體，關(guān)閉定量瓶下端的閥門，調(diào)節(jié)加入液體的量使液面達(dá)到所需刻度線處；(2)連接氣體采樣袋；(3)打開定量瓶下端的閥門，定量瓶中的液體進(jìn)入充滿溶劑氣體的儲(chǔ)氣瓶中，使瓶中氣體排入到氣體采樣袋中，過(guò)程中用氣密注射器準(zhǔn)確吸取一定量樣品氣體，注入到氣體采樣袋中；(4)當(dāng)定量瓶的液面降到下刻度線處時(shí)，關(guān)閉定量瓶下端的閥門；(5)取下氣體采樣袋，振蕩搖勻即得所要求濃度的氣體樣品。
定量瓶中加入的液體為乙二醇、丙二醇、飽和食鹽水、花生油和濃硫酸，在實(shí)驗(yàn)要求精度不很高的情況下，也可采用蒸餾水，最好用乙二醇。
溶劑氣體充入儲(chǔ)氣瓶中可以采取排液體集氣法、向上排空氣法或向下排空氣法。溶劑氣體是氮?dú)狻⒍栊詺怏w、空氣、氫氣或氧氣，惰性氣體如He、Ne、Ar。在配制具體氣體樣品時(shí)，溶劑氣視情況而定。一般采用的是不活潑氣體N2或者惰性氣體等，在不影響實(shí)驗(yàn)測(cè)定的情況下也可以直接用空氣作為溶劑氣。
氣體干燥管的大小不影響該裝置量取氣體體積的準(zhǔn)確度。在溶劑氣的量取過(guò)程中，氣體干燥管已完全處于溶劑氣的氛圍中，被其充滿。在配制氣體樣品時(shí)，進(jìn)入到氣體采樣袋的體積等同于氣體定量瓶的液體體積，而氣體干燥管依然被溶劑氣所充滿，不影響取氣體積的準(zhǔn)確性。
氣體樣品配制過(guò)程在關(guān)閉定量瓶閥門后，要靜置幾分鐘，目的是為了使氣袋內(nèi)的氣體壓力與氣體儲(chǔ)氣瓶中的氣體壓力平衡并等于大氣壓力，以使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確。
下面對(duì)本發(fā)明配氣裝置的準(zhǔn)確度和精密度進(jìn)行評(píng)價(jià)1、稱量法評(píng)價(jià)該裝置配氣情況利用本發(fā)明配氣裝置準(zhǔn)確配制500ml氫氣，稱量氣袋重量變化，結(jié)果見表1。
表1.配制500ml氫氣數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性

從表中的數(shù)據(jù)可見，氣袋中加入500ml氫氣后的重量較真空時(shí)重量減少，是由于加入500ml氫氣，就意味著氣袋要多排開500ml的空氣，500ml空氣的浮力大于500ml氫氣的重量，因此表中的數(shù)據(jù)全為負(fù)值，表中的結(jié)果顯示方法的精密度良好。
2、流量法評(píng)價(jià)該裝置配氣情況為了測(cè)定準(zhǔn)確度，我們利用流量法取氣結(jié)果與之對(duì)照。用氫氣作載氣，通過(guò)皂沫流量計(jì)準(zhǔn)確測(cè)定載氣流速，得氣流速度為49.8ml/min，以此流量向真空的氣袋中充氫氣10.00min，稱量氣袋質(zhì)量變化如表2表2.流量法取氣的重現(xiàn)性

利用F檢驗(yàn)法和t檢驗(yàn)法可以判斷流量法和集氣瓶法兩種不同方法積氣的精密度和準(zhǔn)確度是否存在著顯著性差異，整個(gè)測(cè)量過(guò)程中是否存在顯著性的系統(tǒng)誤差。
F檢驗(yàn)法是通過(guò)比較兩組數(shù)據(jù)的方差S2，以確定兩組數(shù)據(jù)的精密度是否存在顯著性差異的方法。

其中S大2為數(shù)據(jù)中大的方差；S小2為數(shù)據(jù)中小的方差。
將流量法和集氣瓶法的數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式得到F=(3.03×10-3)2(2.52×10-3)2=1.45]]>在置信度為95％時(shí)，查表得F表＝6.39，F(xiàn)＜F表，說(shuō)明兩組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差沒(méi)有顯著性的差異。
t檢驗(yàn)法是用來(lái)比較分析結(jié)果的平均值與標(biāo)準(zhǔn)試樣的標(biāo)準(zhǔn)值之間是否存在顯著性差異。進(jìn)行t檢驗(yàn)時(shí)，首先要計(jì)算出t值
其中sp=(n1-1)s12+(n2-1)s22n1+n2-2]]>式中x為量取氣體的平均重量；n為平行測(cè)定的次數(shù)；s為數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差；sp為合并標(biāo)準(zhǔn)偏差。
將流量法和集氣瓶法的數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式得到sp=4×0.0032+4×0.00328=0.003]]>則 在置信度為95％時(shí)，查表得到t0.05，8，表＝2.31，t計(jì)算＜t表，由此可知流量法和集氣瓶法的積氣準(zhǔn)確度不存在顯著性差異，這兩種測(cè)量方法不存在顯著性系統(tǒng)誤差，結(jié)果真實(shí)、可信。
本發(fā)明的有益效果(1)本發(fā)明配氣裝置不但可以準(zhǔn)確的配制一定濃度的單組分氣體樣品，也可一次配制多組分的氣體樣品。(2)本發(fā)明配氣裝置操作方便，易于掌握，裝配簡(jiǎn)單、低廉，配氣的精密度和準(zhǔn)確度高(RSD≤0.64％)，優(yōu)于氣相色譜分析樣品的精密度，便于在普通實(shí)驗(yàn)室中推廣，能滿足具有氣相色譜儀器的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行氣體分析和大氣的質(zhì)檢分析要求。(3)本發(fā)明配制方法明了易學(xué)，易于掌握。


圖1 溶劑氣的量取裝置圖2 氣體定量裝置附圖標(biāo)號(hào)1-儲(chǔ)氣瓶2-減壓閥3-導(dǎo)管A 4-氣體干燥管5-閥門A 6-閥門B7-導(dǎo)管B 8-定量瓶9-閥門C 10-氣體采樣袋11-上刻度管 12-基管
13-下刻度管具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)例詳細(xì)敘述本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式。
實(shí)施例1采用排水集氣法將儲(chǔ)氣瓶中充滿溶劑氣體如圖1所示，儲(chǔ)氣瓶(1)中充滿水，用帶有導(dǎo)管A(3)和導(dǎo)管B(7)的橡皮塞塞緊瓶口，關(guān)閉閥門A(5)和閥門B(6)，然后將其倒置固定于鐵架臺(tái)上，導(dǎo)管A(3)入口端與氮?dú)怃撈窟B接，緩慢打開鋼瓶上的減壓閥(2)，同時(shí)打開閥門A(5)和閥門B(6)，使氮?dú)獬錆M整個(gè)管路進(jìn)入到氣體儲(chǔ)氣瓶(1)中，將液體徐徐排出，待液體流完后，再緩慢用氮?dú)獯蹈蓛艄苈?，逐漸減壓至插在燒杯中的導(dǎo)管B(7)排出最后一個(gè)氣泡時(shí)，快速關(guān)閉閥門A(5)和閥門B(6)，密封瓶口，備用。
實(shí)施例2如圖2所示，標(biāo)準(zhǔn)氣體的配制裝置，定量瓶(8)與儲(chǔ)氣瓶(1)通過(guò)設(shè)置有閥門B(6)的導(dǎo)管B(7)連接，氣體采樣袋(10)與儲(chǔ)氣瓶(1)通過(guò)設(shè)置有閥門A(5)的導(dǎo)管A(3)連接；定量瓶(8)中上刻度管(11)與下刻度管(13)通過(guò)基管(12)連為一體，下刻度管(13)設(shè)置有閥門C(9)；氣體采樣袋(10)與儲(chǔ)氣瓶(1)間設(shè)置有氣體干燥管(4)。
實(shí)施例3使用實(shí)施例1中儲(chǔ)氣瓶(1)收集的氮?dú)狻Ｈ鐖D2所示，向氣體定量瓶(8)中注入飽和食鹽水，調(diào)節(jié)閥門C(9)，使飽和食鹽水充滿管路B(7)，向氣體定量瓶(8)中滴加飽和食鹽水至498.0ml；打開氣體定量瓶的閥門C(9)、閥門B(6)，飽和食鹽水進(jìn)入氣體儲(chǔ)氣瓶(1)中，將氣體儲(chǔ)氣瓶(1)中的氣體排入氣體采樣袋(10)中(氣體采樣袋需先抽真空并用氮?dú)鉂?rùn)洗3次)。當(dāng)飽和食鹽水液面到達(dá)定量瓶(8)的下刻度管(13)零刻線時(shí)，關(guān)閉閥門C(9)，這時(shí)氣袋中充入的氣體為氣體定量瓶(8)上、下刻度線之間的準(zhǔn)確體積498.0ml；在向氣體采樣袋(10)中充入氮?dú)獾耐瑫r(shí)，用氣密注射器準(zhǔn)確吸取2.00ml甲烷氣體，則最終甲烷氣體的濃度為4.00ml/L。
實(shí)施例4利用向下排空氣法將高壓氣瓶中的氫氣導(dǎo)入氣體儲(chǔ)氣瓶(1)中作為溶劑氣，使用實(shí)施例3方法在氣體采樣袋(10)中收集500.0ml氫氣，用氣密注射器準(zhǔn)確吸取2.00ml純氬氣氣體注入氣體采樣袋(10)中，靜置2分鐘，關(guān)閉閥門A(5)，取下采樣袋(10)，振蕩搖勻，則最終氣體的濃度為3.98ml/L。
實(shí)施例5利用該裝置配制體積為500.0ml的5.00μl/L的R-134a標(biāo)準(zhǔn)氣體，采用氣相色譜法利用HP-PLOT Al2O3S毛細(xì)管柱進(jìn)行測(cè)定。
選用液體為乙二醇，溶質(zhì)氣為R-134a標(biāo)準(zhǔn)氣體，溶劑氣為高純氮?dú)?。利用排液體法使溶劑氣體充滿儲(chǔ)氣瓶(1)，然后向氣體定量瓶(8)中注入乙二醇；調(diào)節(jié)氣體定量瓶閥門C(9)使液面與定量瓶(8)的上刻度線相平(樣品體積2.50μl遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于總體積500.0ml，可以忽略不計(jì))并充滿管路；依次連接好氣體定量瓶(8)、氣體儲(chǔ)氣瓶(1)、氣體干燥管(4)、氣體采樣袋(10)。打開裝置閥門C(9)和閥門B(6)，氣體定量瓶(8)中的乙二醇進(jìn)入到氣體儲(chǔ)氣瓶(1)中，使儲(chǔ)氣瓶(1)中高純氮?dú)獗慌诺綒怏w采樣袋(10)里，在此過(guò)程中用氣密注射器準(zhǔn)確吸取2.50μl純R-134a氣體，從采樣袋(10)進(jìn)樣口注入到氣體采樣袋中，當(dāng)定量瓶(8)的液面下降到下刻度線處時(shí)，關(guān)閉閥門C(9)和閥門B(6)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室對(duì)配制的R-134a標(biāo)準(zhǔn)氣體的測(cè)定，結(jié)果顯示氣體濃度為4.98μl/L，相對(duì)誤差為0.4％。
權(quán)利要求
1.配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的裝置，其特征在于定量瓶與儲(chǔ)氣瓶通過(guò)設(shè)置有閥門的導(dǎo)管連通，氣體采樣袋與儲(chǔ)氣瓶通過(guò)設(shè)置有閥門的導(dǎo)管連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的裝置，其特征在于定量瓶中上刻度管與下刻度管通過(guò)基管連為一體，下刻度管設(shè)置有閥門。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的裝置，其特征在于氣體采樣袋與儲(chǔ)氣瓶間設(shè)置有氣體干燥管。
4.配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的方法，包括一定量溶質(zhì)氣體和溶劑氣體體積的準(zhǔn)確量取，溶質(zhì)氣體可用氣密注射器量取，其特征在于，溶劑氣體體積的準(zhǔn)確量取通過(guò)下述方法常壓下，向可準(zhǔn)確量取液體體積的定量瓶中加入液體，將一定量的液體準(zhǔn)確加至與氣體采樣袋氣連通的充滿溶劑氣體的儲(chǔ)氣瓶中，液體加入時(shí)逸出的溶劑氣體收集在氣體采樣袋中，收集的溶劑氣體的體積等于流入儲(chǔ)氣瓶中液體的體積。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的方法，其特征在于20℃時(shí)，液體的蒸氣壓要小于2.5kPa，粘度小于30mPa·s。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的方法，其特征在于所述的液體為乙二醇、丙二醇、飽和食鹽水、花生油、濃硫酸或蒸餾水。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的方法，其特征在于所述的液體為乙二醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的方法，其特征在于溶劑氣體是氮?dú)?、惰性氣體、空氣、氫氣或氧氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的方法，其特征在于溶劑氣體充入儲(chǔ)氣瓶中采取排液體集氣法、向上排空氣法或向下排空氣法。
10.根據(jù)權(quán)利要求4-9任意之一所述的配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的方法，包括如下步驟(1)在定量瓶中加入液體，并使定量瓶與儲(chǔ)氣瓶間導(dǎo)管充滿液體，關(guān)閉定量瓶下端的閥門，調(diào)節(jié)加入液體的量使液面達(dá)到所需刻度線處；(2)連接氣體采樣袋；(3)打開定量瓶下端的閥門，定量瓶中的液體進(jìn)入充滿溶劑氣體的儲(chǔ)氣瓶中，使瓶中氣體排入到氣體采樣袋中，并用氣密注射器準(zhǔn)確吸取一定量樣品氣體，注入到氣體采樣袋中；(4)當(dāng)定量瓶的液面降到下刻度線處時(shí)，關(guān)閉定量瓶下端的閥門；(5)取下氣體采樣袋，振蕩搖勻即得所要求濃度的氣體樣品。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種配制標(biāo)準(zhǔn)氣體的裝置及方法。其技術(shù)方案是定量瓶與儲(chǔ)氣瓶通過(guò)設(shè)置有閥門的導(dǎo)管連接，氣體采樣袋與儲(chǔ)氣瓶通過(guò)設(shè)置有閥門的導(dǎo)管連接。在標(biāo)準(zhǔn)氣體的配制中，常壓下，向可準(zhǔn)確量取液體體積的定量瓶中加入液體，將一定量的液體準(zhǔn)確加至與氣體采樣袋氣連通的充滿溶劑氣體的儲(chǔ)氣瓶中，液體加入時(shí)逸出的溶劑氣體收集在氣體采樣袋中，收集的溶劑氣體的體積等于流入儲(chǔ)氣瓶中液體的體積。本發(fā)明配氣裝置操作方便，易于掌握，裝配簡(jiǎn)單、低廉，配氣的精密度和準(zhǔn)確度高(RSD≤0.64％)，優(yōu)于氣相色譜分析樣品的精密度，便于在普通實(shí)驗(yàn)室中推廣，能滿足具有氣相色譜儀器的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行氣體分析和大氣的質(zhì)檢分析要求。
文檔編號(hào)B01F3/00GK101038245SQ20071001731
公開日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月29日
發(fā)明者郭治安, 張永科, 趙景嬋 申請(qǐng)人:西北大學(xué)