CN101038245B - 配制标准气体的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配制标准气体的装置及方法。其技术方案是：定量瓶与储气瓶通过设置有阀门的导管连接，气体采样袋与储气瓶通过设置有阀门的导管连接。在标准气体的配制中，常压下，向可准确量取液体体积的定量瓶中加入液体，将一定量的液体准确加至与气体采样袋气连通的充满溶剂气体的储气瓶中，液体加入时逸出的溶剂气体收集在气体采样袋中，收集的溶剂气体的体积等于流入储气瓶中液体的体积。本发明配气装置操作方便，易于掌握，装配简单、低廉，配气的精密度和准确度高(RSD≤0.64％)，优于气相色谱分析样品的精密度，便于在普通实验室中推广，能满足具有气相色谱仪器的实验室进行气体分析和大气的质检分析要求。

Description

配制标准气体的装置及方法

技术领域

本发明涉及配制标准气体的装置及方法，特别是适用于普通实验室对气体分析或者大气质检分析要求的配制标准气体的装置及方法，属于仪器分析测量技术领域。

背景技术

气体的快速多维扩散性以及可压缩性使得较大量的气体物质很难准确量取，导致一定浓度气体样品及一定浓度的标准气体在普通实验室很难配制。不像固体物质和液体物质可以很容易的用一般量器量取一定的重量或体积，而气体则要用特殊的装置量取。因此普通实验室测定气体时所用的标准气体要从专业机构购买，而对于有特殊用途的标准气体和科学研究所用的标准气体的制备往往是制约整个工作的瓶颈，另外气体密度小，存贮体积较大，购买和运输的成本高。

目前专业机构配气的主要方法是利用对钢瓶抽真空的方法进行配制。该装置主要是由一个连有进、出气管的钢瓶，两个超级精密的真空阀门构成。配制气体的时候，首先利用出气口对钢瓶抽真空，用真空阀来显示钢瓶内的真空度，关闭出气口，然后通过进气口加入气体，气体配制过程由真空阀显示瓶内真空度来控制加入的溶质气体以及溶剂气体的量，准确度受真空度的影响，条件苛刻，且生产的气体样品浓度单一，不能满足实验室对于不同浓度气体样品的测定要求。可见，目前的配气方法比较繁琐，对装置的要求过于严格，不适于普通实验室进行气样分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作方便，装配简单，价格低廉，配制气体的精密度和准确度高的配制标准气体的装置。

本发明的另一目的是提供使用上述装置配制标准气体的方法，便于在普通实验室推广。

本发明所述的标准气体指一定浓度的气体溶液。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

配制标准气体的装置，其中，定量瓶与储气瓶通过设置有阀门的导管连通，气体采样袋与储气瓶通过设置有阀门的导管连通；所述的定量瓶中上刻度管与下刻度管通过基管连为一体，下刻度管设置有阀门；气体采样袋与储气瓶间设置有气体干燥管。

配制标准气体的方法，包括一定量溶质气体和溶剂气体体积的准确量取，溶质气体可用气密注射器量取，其特征在于，溶剂气体体积的准确量取通过下述方法：常压下，向可准确量取液体体积的定量瓶中加入液体，将一定量的液体准确加至与气体采样袋气连通的充满溶剂气体的储气瓶中，液体加入时逸出的溶剂气体收集在气体采样袋中，收集的溶剂气体的体积等于流入储气瓶中液体的体积。配制气体中的液体选择原则是在实验条件温度下，该液体的蒸汽压要尽可能的小，且不含易挥发影响实验测定的液体，一般来说，20℃时，所用液体的蒸气压要小于2.5kPa，粘度要小于30mPa.s。

具体的说，配制标准气体的方法包括如下步骤：

(1)在定量瓶中加入液体，并使定量瓶与储气瓶间导管充满液体，关闭定量瓶下端的阀门，调节加入液体的量使液面达到所需刻度线处；

(2)连接气体采样袋；

(3)打开定量瓶下端的阀门，定量瓶中的液体进入充满溶剂气体的储气瓶中，使瓶中气体排入到气体采样袋中，过程中用气密注射器准确吸取一定量样品气体，注入到气体采样袋中；

(4)当定量瓶的液面降到下刻度线处时，关闭定量瓶下端的阀门；

(5)取下气体采样袋，振荡摇匀即得所要求浓度的气体样品。

定量瓶中加入的液体为乙二醇、丙二醇、饱和食盐水、花生油和浓硫酸，在实验要求精度不很高的情况下，也可采用蒸馏水，最好用乙二醇。

溶剂气体充入储气瓶中可以采取排液体集气法、向上排空气法或向下排空气法。溶剂气体是氮气、惰性气体、空气、氢气或氧气，惰性气体如He、Ne、Ar。在配制具体气体样品时，溶剂气视情况而定。一般采用的是不活泼气体N₂或者惰性气体等，在不影响实验测定的情况下也可以直接用空气作为溶剂气。

气体干燥管的大小不影响该装置量取气体体积的准确度。在溶剂气的量取过程中，气体干燥管已完全处于溶剂气的氛围中，被其充满。在配制气体样品时，进入到气体采样袋的体积等同于气体定量瓶的液体体积，而气体干燥管依然被溶剂气所充满，不影响取气体积的准确性。

气体样品配制过程在关闭定量瓶阀门后，要静置几分钟，目的是为了使气袋内的气体压力与气体储气瓶中的气体压力平衡并等于大气压力，以使实验结果更准确。

下面对本发明配气装置的准确度和精密度进行评价：

1、称量法评价该装置配气情况

利用本发明配气装置准确配制500ml氢气，称量气袋重量变化，结果见表1。

表1.配制500ml氢气数据的重现性

从表中的数据可见，气袋中加入500ml氢气后的重量较真空时重量减少，是由于加入500ml氢气，就意味着气袋要多排开500ml的空气，500ml空气的浮力大于500ml氢气的重量，因此表中的数据全为负值，表中的结果显示方法的精密度良好。

2、流量法评价该装置配气情况

为了测定准确度，我们利用流量法取气结果与之对照。用氢气作载气，通过皂沫流量计准确测定载气流速，得气流速度为49.8ml/min，以此流量向真空的气袋中充氢气10.00min，称量气袋质量变化如表2：

表2.流量法取气的重现性

利用F检验法和t检验法可以判断流量法和集气瓶法两种不同方法积气的精密度和准确度是否存在着显著性差异，整个测量过程中是否存在显著性的系统误差。

F检验法是通过比较两组数据的方差S²，以确定两组数据的精密度是否存在显著性差异的方法。

其中：为数据中大的方差；

     

为数据中小的方差。

将流量法和集气瓶法的数据代入计算公式得到：

$F=\frac{{(3.03\×{10}^{-3})}^2}{{(2.52\×{10}^{-3})}^2}=1.45$

在置信度为95％时，查表得F_表＝6.39，F<F_表，说明两组数据的标准偏差没有显著性的差异。

t检验法是用来比较分析结果的平均值与标准试样的标准值之间是否存在显著性差异。进行t检验时，首先要计算出t值：

其中 $s_p=\sqrt{\frac{(n_1-1)s_1^2+(n_2-1)s_2^2}{n_1+n_2-2}}$

式中：x为量取气体的平均重量；n为平行测定的次数；s为数据的标准偏差；s_p为合并标准偏差。

将流量法和集气瓶法的数据代入计算公式得到：

$s_p=\sqrt{\frac{4\&times;{0.003}^2+4\&times;{0.003}^2}{8}}=0.003$

则

在置信度为95％时，查表得到t_{0.05，8，表}＝2.31，t_计算<t_表，由此可知流量法和集气瓶法的积气准确度不存在显著性差异，这两种测量方法不存在显著性系统误差，结果真实、可信。

本发明的有益效果：(1)本发明配气装置不但可以准确的配制一定浓度的单组分气体样品，也可一次配制多组分的气体样品。(2)本发明配气装置操作方便，易于掌握，装配简单、低廉，配气的精密度和准确度高(RSD≤0.64％)，优于气相色谱分析样品的精密度，便于在普通实验室中推广，能满足具有气相色谱仪器的实验室进行气体分析和大气的质检分析要求。(3)本发明配制方法明了易学，易于掌握。

附图说明

图1溶剂气的量取装置

图2气体定量装置

附图标号

1-储气瓶        2-减压阀

3-导管A         4-气体干燥管

5-阀门A         6-阀门B

7-导管B         8-定量瓶

9-阀门C         10-气体采样袋

11-上刻度管     12-基管

13-下刻度管

具体实施方式

下面通过实例详细叙述本发明的实现方式。

实施例1：采用排水集气法将储气瓶中充满溶剂气体

如图1所示，储气瓶(1)中充满水，用带有导管A(3)和导管B(7)的橡皮塞塞紧瓶口，关闭阀门A(5)和阀门B(6)，然后将其倒置固定于铁架台上，导管A(3)入口端与氮气钢瓶连接，缓慢打开钢瓶上的减压阀(2)，同时打开阀门A(5)和阀门B(6)，使氮气充满整个管路进入到气体储气瓶(1)中，将液体徐徐排出，待液体流完后，再缓慢用氮气吹干净管路，逐渐减压至插在烧杯中的导管B(7)排出最后一个气泡时，快速关闭阀门A(5)和阀门B(6)，密封瓶口，备用。

实施例2：

如图2所示，标准气体的配制装置，定量瓶(8)与储气瓶(1)通过设置有阀门B(6)的导管B(7)连接，气体采样袋(10)与储气瓶(1)通过设置有阀门A(5)的导管A(3)连接；定量瓶(8)中上刻度管(11)与下刻度管(13)通过基管(12)连为一体，下刻度管(13)设置有阀门C(9)；气体采样袋(10)与储气瓶(1)间设置有气体干燥管(4)。

实施例3：

使用实施例1中储气瓶(1)收集的氮气。如图2所示，向气体定量瓶(8)中注入饱和食盐水，调节阀门C(9)，使饱和食盐水充满管路B(7)，向气体定量瓶(8)中滴加饱和食盐水至498.0ml；打开气体定量瓶的阀门C(9)、阀门B(6)，饱和食盐水进入气体储气瓶(1)中，将气体储气瓶(1)中的气体排入气体采样袋(10)中(气体采样袋需先抽真空并用氮气润洗3次)。当饱和食盐水液面到达定量瓶(8)的下刻度管(13)零刻线时，关闭阀门C(9)，这时气袋中充入的气体为气体定量瓶(8)上、下刻度线之间的准确体积498.0ml；在向气体采样袋(10)中充入氮气的同时，用气密注射器准确吸取2.00ml甲烷气体，则最终甲烷气体的浓度为4.00ml/L。

实施例4：

利用向下排空气法将高压气瓶中的氢气导入气体储气瓶(1)中作为溶剂气，使用实施例3方法在气体采样袋(10)中收集500.0ml氢气，用气密注射器准确吸取2.00ml纯氩气气体注入气体采样袋(10)中，静置2分钟，关闭阀门A(5)，取下采样袋(10)，振荡摇匀，则最终气体的浓度为3.98ml/L。

实施例5：

利用该装置配制体积为500.0ml的5.00μl/L的R-134a标准气体，采用气相色谱法利用HP-PLOT Al₂O₃S毛细管柱进行测定。

选用液体为乙二醇，溶质气为R-134a标准气体，溶剂气为高纯氮气。利用排液体法使溶剂气体充满储气瓶(1)，然后向气体定量瓶(8)中注入乙二醇；调节气体定量瓶阀门C(9)使液面与定量瓶(8)的上刻度线相平(样品体积2.50μl远远小于总体积500.0ml，可以忽略不计)并充满管路；依次连接好气体定量瓶(8)、气体储气瓶(1)、气体干燥管(4)、气体采样袋(10)。打开装置阀门C(9)和阀门B(6)，气体定量瓶(8)中的乙二醇进入到气体储气瓶(1)中，使储气瓶(1)中高纯氮气被排到气体采样袋(10)里，在此过程中用气密注射器准确吸取2.50μl纯R-134a气体，从采样袋(10)进样口注入到气体采样袋中，当定量瓶(8)的液面下降到下刻度线处时，关闭阀门C(9)和阀门B(6)，通过实验室对配制的R-134a标准气体的测定，结果显示气体浓度为4.98μl/L，相对误差为0.4％。

Claims (7)

1.一种配制标准气体的方法，其使用的配制标准气体的装置包括定量瓶、储气瓶、气体采样袋以及气密注射器，所述定量瓶包括上刻度管、下刻度管和基管，所述上刻度管与下刻度管通过基管连为一体，所述下刻度管设置有阀门，所述定量瓶的下刻度管与所述储气瓶通过设置有阀门的导管连通，所述气体采样袋与储气瓶通过设置有阀门的导管连通，并且气体采样袋与储气瓶之间设置有气体干燥管；

该方法包括一定量溶质气体和溶剂气体体积的准确量取，溶质气体用所述气密注射器量取，其特征在于，溶剂气体体积的准确量取通过下述方法：常压下，向可准确量取液体体积的所述定量瓶中加入液体，通过所述定量瓶将一定量的液体准确加至与气体采样袋气连通的充满溶剂气体的所述储气瓶中，液体加入时逸出的溶剂气体收集在气体采样袋中，收集的溶剂气体的体积等于流入储气瓶中液体的体积。

2.根据权利要求1所述的配制标准气体的方法，其特征在于：20℃时，所述液体的蒸气压要小于2.5kPa，粘度小于30mPa.s。

3.根据权利要求2所述的配制标准气体的方法，其特征在于：所述的液体为乙二醇、丙二醇、饱和食盐水、花生油、浓硫酸或蒸馏水。

4.根据权利要求3所述的配制标准气体的方法，其特征在于：所述的液体为乙二醇。

5.根据权利要求1所述的配制标准气体的方法，其特征在于：溶剂气体是氮气、惰性气体、空气、氢气或氧气。

6.根据权利要求1所述的配制标准气体的方法，其特征在于：溶剂气体充入储气瓶中采取排液体集气法、向上排空气法或向下排空气法。

7.一种配制标准气体的方法，其使用的配制标准气体的装置包括定量瓶、储气瓶、气体采样袋以及气密注射器，所述定量瓶包括上刻度管、下刻度管和基管，所述上刻度管与下刻度管通过基管连为一体，所述下刻度管设置有阀门，所述定量瓶的下刻度管与所述储气瓶通过设置有阀门的导管连通，所述气体采样袋与储气瓶通过设置有阀门的导管连通，并且气体采样袋与储气瓶之间设置有气体干燥管；

该方法包括如下步骤：

(1)在所述定量瓶中加入液体，并使定量瓶与所述储气瓶之间的导管充满液体，关闭定量瓶下端的阀门，调节加入液体的量使液面达到所需刻度线处；

(2)将所述气体采样袋与储气瓶连接；

(3)打开定量瓶下端的阀门，定量瓶中的液体进入充满溶剂气体的储气瓶中，使瓶中气体排入到气体采样袋中，并用所述气密注射器准确吸取一定量溶质气体，注入到气体采样袋中；

(4)当定量瓶的液面降到下刻度线处时，关闭定量瓶下端的阀门；

(5)取下气体采样袋，振荡摇匀即得所要求浓度的气体样品。

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