CN116008024A - 一种零价汞标准气体的制备装置及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种零价汞标准气体的制备装置及制备方法，属于分析仪器校准技术领域。所述制备装置及制备方法采用珀尔贴加热制冷双向精确温控，可以产生确定温度下的饱和汞蒸气，经稀释气定量稀释可以得到准确浓度的汞标准气体。所述制备装置及制备方法获得的饱和汞蒸气稳定可靠，为汞标准气体的制备提供了切实保证，且由于采用珀尔贴加热制冷双向精确温控，可以达到宽温度范围的温度调节，进而可以实现宽浓度范围零价汞标准气体的制备。
Description
技术领域
本发明属于分析仪器校准技术领域，具体涉及一种零价汞标准气体的制备装置及制备方法。
背景技术
汞监测设备主要有冷原子吸收测汞仪和原子荧光测汞仪两大类。由于这些测汞仪在测试时需要校准，尤其是在监测烟气汞浓度时一般采用稀释法采样系统，均需要零价汞标准气体发生器制备汞标准气体进行整套仪器的校准。另外，在汞相关催化吸附测试领域，对零价汞标准气体发生器也有需求。
目前的汞标准气体发生装置通常基于饱和汞蒸气压法产生标准浓度的汞蒸气。例如专利申请文件CN102749421A公开了一种汞标准气发生装置，包括混合部件(1)，所述混合部件(1)的第一进口与稀释气气源(2)连通，其第二进口与内有汞蒸气的汞试剂源(3)连通，所述混合部件(1)的出口与储气部件(4)连通，所述汞试剂源(3)的温度由所述汞标准气发生装置的温控单元(8)控制。该汞标准气发生装置的工作原理是利用温度和汞蒸气压之间呈正相关的关系，即汞在不同温度下有不同的饱和蒸气压，并随着温度的升高饱和蒸气压增大，在某一特定温度下获得特定浓度的饱和汞蒸汽，再用稀释气按照特定比例对该浓度的饱和汞蒸气进行稀释，即可得到所需浓度的汞标准气体。
而根据测汞仪需要检测的标的物浓度来看，测汞仪的校准工作一般需要使用0-100ug/m3的宽范围浓度汞标准气体。但相关技术中的汞标准气体发生装置的温控单元一般采用单纯加热或制冷模式，以产生饱和汞蒸气，由于温度控制装置的温控模式单一，温度范围较窄，所产生的饱和汞蒸汽浓度范围较小，相应的产生的汞标准气体浓度范围也较小，不便于宽范围浓度校准测汞仪。
发明内容
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：相关技术中基于饱和汞蒸气压法产生标准浓度的汞蒸气的汞标准气体发生装置，其中的温度控制装置温控模式单一，温度范围较窄，所产生的零价汞标准气体浓度范围较小，不便于宽范围浓度校准测汞仪，需要进一步研究，设计出一种零价汞标准气体的制备装置及制备方法，为汞释放温控提供更宽的范围，从而为测汞仪的校准提供浓度范围更宽的汞标准气体。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种零价汞标准气体的制备装置及制备方法，为汞释放温控提供更宽的范围，从而为测汞仪的校准提供浓度范围更宽的汞标准气体。
本发明实施例提供了一种零价汞标准气体的制备装置，包括高温汞池区2a、低温冷凝区2b、混合区5、第一珀尔贴温控系统3a、第二珀尔贴温控系统3b、载气气源1、稀释气气源4和汞标准气体储存装置6，载气气源1、高温汞池区2a、低温冷凝区2b、混合区5和汞标准气体储存装置6依次连接，稀释气气源4的出口和所述混合区5的入口连接，高温汞池区2a内设置有液态汞，高温汞池区2a外设置有第一珀尔贴温控系统3a，低温冷凝区2b外设置有第二珀尔贴温控系统3b，高温汞池区2a的温度高于低温冷凝区2b的温度。
本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置带来的优点和技术效果为：
(1)本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置，先在高温汞池区2a产生高温下的汞蒸汽，再在低温冷凝区2b冷凝成低温下的饱和汞蒸汽，最后在混合区5经稀释气定量稀释得到准确浓度的汞标准气体，可以提高汞标准气体制备来源的可靠性；
(2)本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置，具有第一珀尔贴温控系统3a和第二珀尔贴温控系统3b，利用珀尔贴效应可以实现加热或制冷双向精确温控，可以产生确定温度下的饱和汞蒸气，再经稀释气定量稀释可以得到准确浓度的汞标准气体，因此，制备的饱和汞蒸气稳定可靠，为汞标准气体的制备提供切实保证；
(3)本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置，采用珀尔贴加热制冷双向精确温控，为汞释放温控提供了更宽的范围，因此，可以得到浓度范围更宽的汞标准气体，更有利于测汞仪的校准。
在一些实施例中，第一珀尔贴温控系统3a和第二珀尔贴温控系统3b包括双向温控器31、温控信号线32、珀尔贴半导体33、散热片34和散热风扇35，双向温控器31通过温控信号线32与珀尔贴半导体33电连接，珀尔贴半导体33设置在高温汞池区2a或低温汞池区2b外侧壁上，散热片34设置在珀尔贴半导体33外侧，散热风扇35设置在散热片34外侧。
载气气源1和高温汞池区2a之间设置有第一流量计7；稀释气气源4和混合区5之间设置有第二流量计8。
在一些实施例中，高温汞池区2a的温度高于低温冷凝区2b的温度至少1℃。
在一些实施例中，高温汞池区2a的温度高于低温冷凝区2b的温度至少5℃。
在一些实施例中，高温汞挥发区2a的温度为15-80℃，低温冷凝区2b的温度为10-75℃。
在一些实施例中，高温汞挥发区2a的温度为15-50℃，低温冷凝区2b的温度为10-40℃。
本发明实施例还提供了一种零价汞标准气体的制备方法，基于本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置实现，包括以下步骤：
(1)高温汞挥发阶段：将载气气源1提供的载气通入所述高温汞池区2a，使所述载气中充满汞蒸气；
(2)低温过饱和阶段：将高温汞池区2a产生的汞蒸气通入低温冷凝区2b，汞蒸气过饱和冷凝，制备得到饱和汞蒸气；
(3)稀释阶段：同时将低温冷凝区2b产生的所述饱和汞蒸气和稀释气气源4提供的稀释气通入混合区5，稀释气稀释饱和汞蒸气，制备得到所需确定浓度的汞标准气体。
本发明实施例的零价汞标准气体的制备方法带来的优点和技术效果为：
(1)本发明实施例的零价汞标准气体的制备方法，液态汞先在高温下汽化产生该高温下的汞蒸汽，再在低温下冷凝产生该低温下的饱和汞蒸汽，最后经稀释气定量稀释可得到准确浓度的汞标准气体，可以提高汞标准气体制备来源的可靠性；
(2)本发明实施例的零价汞标准气体的制备方法，利用第一珀尔贴温控系统3a和第二珀尔贴温控系统3b来实现加热或制冷双向精确温控，可以产生确定温度下的饱和汞蒸气，再经稀释气定量稀释可以得到准确浓度的汞标准气体，因此，制备的饱和汞蒸气稳定可靠，为汞标准气体的制备提供切实保证；
(3)本发明实施例的零价汞标准气体的制备方法，利用第一珀尔贴温控系统3a和第二珀尔贴温控系统3b来实现加热或制冷双向精确温控，为汞释放温控提供了更宽的范围，因此，可以得到浓度范围更宽的汞标准气体，更有利于测汞仪的校准；
(4)本发明实施例的零价汞标准气体的制备方法，可用于环境保护、生产工艺优化、催化剂制备评估、吸附剂制备评估、地质勘查、地震预警等领域中对汞标准气体有需求的任何领域。
本发明实施例还提供了一种零价汞标准气体的制备装置，包括汞释放区2、混合区5、珀尔贴温控系统3、载气气源1、稀释气气源4和汞标准气体储存装置6，载气气源1、汞释放区2、混合区5和汞标准气体储存装置6依次连接，稀释气气源4的出口和混合区5的入口连接，汞释放区2内设置有液态汞，汞释放区2外设置有珀尔贴温控系统3。
本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置带来的优点和技术效果为：
(1)本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置，先在汞释放区2产生该温度下的饱和汞蒸汽，然后在混合区5经稀释气定量稀释得到准确浓度的汞标准气体，可以提高汞标准气体制备来源的可靠性；
(2)本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置，具有珀尔贴温控系统3，利用珀尔贴效应可以实现加热或制冷双向精确温控，可以产生确定温度下的饱和汞蒸气，再经稀释气定量稀释可以得到准确浓度的汞标准气体，因此，制备的饱和汞蒸气稳定可靠，为汞标准气体的制备提供切实保证。
(3)本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置，具有珀尔贴温控系统3，利用珀尔贴效应可以实现加热或制冷双向精确温控，为汞释放温控提供了更宽的范围，因此，可以得到浓度范围更宽的汞标准气体，更有利于测汞仪的校准。
在一些实施例中，珀尔贴温控系统3包括双向温控器31、温控信号线32、珀尔贴半导体33、散热片34和散热风扇35，双向温控器31通过温控信号线32与珀尔贴半导体33电连接，珀尔贴半导体33设置在汞释放区2外侧壁上，散热片34设置在珀尔贴半导体33外侧，散热风扇35设置在散热片34外侧。
在一些实施例中，所述载气气源(1)和所述汞释放区(2)之间设置有第一流量计(7)；所述稀释气气源(4)和所述混合区(5)之间设置有第二流量计(8)。
在一些实施例中，汞释放区2的温度为10-75℃。
在一些实施例中，汞释放区2的温度为10-40℃。
本发明实施例还提供了一种零价汞标准气体的制备方法，基于本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置实现，包括以下步骤：
(1)汞释放阶段：将载气气源1提供的载气通入汞释放区2，使载气中充满汞蒸气，得到饱和汞蒸气；
(2)稀释阶段：将汞释放区2产生的饱和汞蒸气和稀释气气源4提供的稀释气通入混合区5，稀释气稀释饱和汞蒸气，制备得到所需确定浓度的汞标准气体。
本发明实施例的零价汞标准气体的制备方法带来的优点和技术效果为：
(1)本发明实施例的零价汞标准气体的制备方法，液态汞先在特定温度下汽化产生该温度下的饱和汞蒸汽，然后经稀释气定量稀释可得到准确浓度的汞标准气体，可以提高汞标准气体制备来源的可靠性；
(2)本发明实施例的零价汞标准气体的制备方法，采用珀尔贴温控系统3，利用珀尔贴效应可以实现加热或制冷双向精确温控，可以产生确定温度下的饱和汞蒸气，再经稀释气定量稀释可以得到准确浓度的汞标准气体，因此，制备的饱和汞蒸气稳定可靠，为汞标准气体的制备提供切实保证；
(3)本发明实施例的零价汞标准气体的制备方法，利用珀尔贴温控系统3来实现加热或制冷双向精确温控，为汞释放温控提供了更宽的范围，因此，可以得到浓度范围更宽的汞标准气体，更有利于测汞仪的校准。
附图说明
图1是本发明实施例1的零价汞标准气体的制备装置的结构示意图；
图2是本发明的珀尔贴温控系统的结构示意图；
图3是本发明实施例1的零价汞标准气体的制备方法的工作原理示意图；
图4是本发明实施例1中组1-3的汞标准气体浓度的测试图谱；
图5是本发明实施例2的零价汞标准气体的制备装置的结构示意图；
图6是本发明实施例2的零价汞标准气体的制备方法的工作原理示意图；
图7是本发明实施例2中组1-3的汞标准气体浓度的测试图谱；
附图标记说明：1-载气气源；2-汞释放区；3-珀尔贴温控系统；4-稀释气气源；5-混合区；2a-高温汞池区；2b-低温冷凝区；3a-第一珀尔贴温控系统；3b-第二珀尔贴温控系统；6-汞标准气体储存装置；7-第一流量计；8-第二流量计。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。下面结合实施例和附图详细描述本发明。
实施例1<单温控模式制备装置的结构及运行>
本发明实施例提供了一种零价汞标准气体的制备装置，如图1所示，包括汞释放区2、混合区5、珀尔贴温控系统3、载气气源1、稀释气气源4和汞标准气体储存装置6，载气气源1、汞释放区2、混合区5和汞标准气体储存装置6依次连接，稀释气气源4的出口和混合区5的入口连接，汞释放区2内设置有液态汞，汞释放区2外设置有珀尔贴温控系统3。
工作原理：本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置，采用珀尔贴温控系统3对汞释放区2进行加热或制冷双向精确温控，在汞释放区2产生确定温度下的饱和汞蒸气，再在混合区5经定量稀释可得到准确浓度的汞标准气体，储存于汞标准气体储存装置6中，可以提高汞标准气体制备来源的可靠性，又因为珀尔贴温控系统3的加热制冷的双向性，为汞释放温控提供了更宽的范围，为测汞仪的校准提供浓度范围更宽的汞标准气体。
本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置，汞释放区2的温控采用珀尔贴温控系统，可实现加热和制冷双向控制。汞释放区2的温度可以高于环境温度，也可以低于环境温度。在一些实施例中，汞释放区2的温度为10-75℃。优选地，在一些实施例中，汞释放区2的温度为10-40℃。
本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置，所使用的载气和稀释气的种类可以一样，也可以不一样，只要其中不含有汞也不与汞反应即可。在一些实施例中，载气和稀释气可以采用过滤处理过的空气或氮气或惰性气体。
本发明实施例对珀尔贴温控系统3的具体结构并没有特别的限制，只要能实现加热、制冷双向精确控温即可，珀尔贴温控系统3的具体结构并非本发明实施例关注的重点，可以参考相关技术进行设置。举例说明，在一些实施例中，如图2所示，珀尔贴温控系统3包括双向温控器31、温控信号线32、珀尔贴半导体33、散热片34和散热风扇35，双向温控器31通过温控信号线32与珀尔贴半导体33电连接，珀尔贴半导体33设置在汞释放区2外侧壁上，散热片34设置在珀尔贴半导体33外侧，即设置在珀尔贴半导体33上与高温汞池区2a或低温汞池区2b相对的一侧，散热风扇35设置在散热片34外侧，即设置在散热片34上与珀尔贴半导体(33)相对的一侧。
珀尔贴温控系统3的珀尔贴加热制冷双向温控模式主要通过珀尔贴半导体33实现，双向温控器31根据设定温度高于或低于环境温度，输出不同方向的控制电流，通过温控信号线32控制反馈珀尔贴的温控状态，散热片34将多余的热量通过散热风扇35释放。
在一些实施例中，载气气源1和汞释放区2之间设置有第一流量计7；稀释气气源4和混合区5之间设置有第二流量计8。使用稀释气稀释汞释放区2产生的饱和汞蒸气，通过稀释气与载气的流量配比可以制备所需确定浓度的零价汞标准气体。可以理解的是，第一流量计7可以设置在载气气源1出口上，或设置在载气气源1和汞释放区2之间的输送管路上，第二流量计8也可以设置在稀释气气源4的出口上，或设置在稀释气气源4和混合区5之间的输送管路上。
本发明实施例还提供了一种零价汞标准气体的制备方法，基于本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置实现，具体包括以下步骤：
(1)汞释放阶段：将载气气源1提供的载气通入汞释放区2，使载气中充满汞蒸气，得到饱和汞蒸气；
(2)稀释阶段：将汞释放区2产生的饱和汞蒸气和稀释气气源4提供的稀释气通入混合区5，稀释气稀释饱和汞蒸气，制备得到所需确定浓度的汞标准气体。
本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置运行时分为两个阶段，工作原理如图3所示，具体分析如下：
汞释放阶段：将载气通过汞释放区2，使载气中充满汞蒸气。其中汞释放阶段的温度控制采用珀尔贴温控装置，控温精度<0.02℃，可以加热或制冷，使汞释放区2的温度高于或低于环境温度。
稀释阶段：使用不含汞的稀释气稀释汞释放区2产生的饱和汞蒸气，通过稀释气与载气的流量配比可以制备所需确定浓度的汞标准气体。
为了检测所获得的汞标准气体浓度的准确性，可以先实际测试汞标准气体浓度，再与该温度下的汞标准气体浓度的理论值进行比较。汞标准气体浓度的理论值通过查表结合公式计算得到。具体地，温度、饱和汞蒸气压、饱和汞蒸气浓度的理论值之间的对照关系可以查工具书得到，例如国标GB/T 16781.2-2010天然气汞含量的测定，根据对照关系表即可得到某一温度下的饱和汞蒸汽浓度的理论值。然后再根据以下公式计算汞标准气体浓度的理论值：C＝Q1×C0/(Q 1+Q2)，其中，C为汞标准气体浓度的理论值，C0为饱和汞蒸气浓度的理论值，Q 1为载气流量，Q 2为稀释气流量。
需要了解的是，本领域内一般通过调节汞释放的温度来调节汞标准气体的浓度，而非通过调节载气和稀释气的流量来调节汞标准气体的浓度。因为载气和稀释气的流速需要通过流量计来调节，而流量计在最优的量程范围内才能保持高精度的气体输出。如果通过大量程范围内调节载气和稀释气流量来得到宽浓度范围的汞标准气体，会由于载气和稀释气输出流量的不准确性，导致汞标准气体浓度的不准确性。
应用实施例1
以0-100μg/m3范围内，高、中、低三个浓度零价汞标准气体制备为例，环境温度以20℃为例，采用实施例1的零价汞标准气体的制备装置及制备方法(单珀尔贴温控模式)制备汞标准气体。稀释气和载气均采用氮气。采用测汞仪测试汞标准气体的浓度，分析结果及测试图谱见图4。
组1.稀释气流量设置为5L/min，载气流量设置为5mL/min，汞释放区的温度设置为40.0℃，汞标准气体输出浓度理论值为66.68μg/m3，实测平均值为63.54μg/m3。
实测平均值与理论值相对偏差：ABS(63.54-66.68)/66.68*100％＝4.7％。
组2.稀释气流量设置为5L/min，载气流量设置为5mL/min，汞释放区的温度设置为30.0℃，汞标准气体输出浓度理论值为30.46μg/m3，实测平均值为29.15μg/m3。
实测平均值与理论值相对偏差：ABS(29.15 -30.46)/30.46*100％＝4.3％。
组3.稀释气流量设置为5L/min，载气流量设置为5mL/min，汞释放区的温度设置为10.0℃，输出浓度理论值为5.35μg/m3，实测平均值为5.18μg/m3。
实测平均值与理论值相对偏差：ABS(5.18-5.35)/5.35*100％＝3.2％。
实施例2<双温控模式制备装置的结构及运行>
本发明实施例提供了一种零价汞标准气体的制备装置，如图5所示，包括高温汞池区2a、低温冷凝区2b、混合区5、第一珀尔贴温控系统3a、第二珀尔贴温控系统3b、载气气源1、稀释气气源4和汞标准气体储存装置6，载气气源1、高温汞池区2a、低温冷凝区2b、混合区5和汞标准气体储存装置6依次连接，稀释气气源4的出口和所述混合区5的入口连接，高温汞池区2a内设置有液态汞，高温汞池区2a外设置有第一珀尔贴温控系统3a，低温冷凝区2b外设置有第二珀尔贴温控系统3b，高温汞池区2a的温度高于低温冷凝区2b的温度。
工作原理：本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置，采用第一珀尔贴温控系统3a和第二珀尔贴温控系统3b分别对高温汞池区2a和低温冷凝区2b进行加热或制冷双向精确温控，在低温冷凝区2b产生确定温度下的饱和汞蒸气，再在混合区5经定量稀释可得到准确浓度的汞标准气体，储存于汞标准气体储存装置6中，可以提高汞标准气体制备来源的可靠性，又因为第一珀尔贴温控系统3a和第二珀尔贴温控系统3b的加热制冷的双向性，为汞释放温控提供了更宽的范围，为测汞仪的校准提供浓度范围更宽的标准气体。
本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置，高温汞池区2a和低温冷凝区2b的温控均采用珀尔贴温控系统，可实现加热和制冷双向控制。高温和低温是相对而言的，即高温汞池区2a的温度高于低温冷凝区2b的温度。具体地，两个区域的温度可以均高于环境温度，也可均低于环境温度，还可以高温汞池区2a的温度高于环境温度，低温冷凝区2b的温度低于环境温度。优选地，在一些实施例中，高温汞池区2a的温度高于低温冷凝区2b的温度至少1℃。更优选地，在一些实施例中，高温汞池区2a的温度高于低温冷凝区2b的温度至少5℃。
在一些实施例中，高温汞挥发区2a的温度为15-80℃，低温冷凝区2b的温度为10-75℃。优选地，在一些实施例中，高温汞挥发区2a的温度为15-50℃，低温冷凝区2b的温度为10-40℃。
另外，与实施例1不同的是，实施例2先在高温汞池区2a形成高温条件下饱和汞蒸汽，然后在低温冷凝区2b过饱和冷凝，在低温冷凝区2b内壁可见汞凝结小颗粒，这时载气中的汞为该低温下的饱和汞蒸气，减小了饱和汞蒸气浓度和理论值的偏差。
本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置，所使用的载气和稀释气的种类可以一样，也可以不一样，只要其中不含有汞也不与汞反应即可。在一些实施例中，载气和稀释气可以采用过滤处理过的空气或氮气或惰性气体。
需要了解的是，1834年法国钟表匠兼科学家珀尔贴发现了热电致冷和致热现象，即温差电效应。由两种材料组成一对热电偶，当热电偶通入直流电流后，因直流电通入的方向不同，将在电偶结点处产生吸热和放热现象，称这种现象为珀尔帖效应。利用珀尔贴效应可实现同一温控系统的加热和制冷两种控制方式。
本发明实施例对第一珀尔贴温控系统3a和第二珀尔贴温控系统3b的具体结构并没有特别的限制，只要能实现加热、制冷双向精确控温即可，第一珀尔贴温控系统3a和第二珀尔贴温控系统3b的具体结构并非本发明实施例关注的重点，可以参考相关技术进行设置。举例说明，在一些实施例中，如图2所示，第一珀尔贴温控系统3a和第二珀尔贴温控系统3b包括双向温控器31、温控信号线32、珀尔贴半导体33、散热片34和散热风扇35，双向温控器31通过温控信号线32与珀尔贴半导体33电连接，珀尔贴半导体33设置在高温汞池区2a或低温汞池区2b外侧壁上，散热片34设置在珀尔贴半导体33外侧，即设置在珀尔贴半导体33上与高温汞池区2a或低温汞池区2b相对的一侧，散热风扇35设置在散热片34外侧，即设置在散热片34上与珀尔贴半导体33相对的一侧。
第一珀尔贴温控系统3a和第二珀尔贴温控系统3b的珀尔贴加热制冷双向温控模式，通过珀尔贴半导体33实现，双向温控器31根据设定温度高于或低于环境温度，输出不同方向的控制电流，通过温控信号线32控制反馈珀尔贴的温控状态，散热片34将多余的热量通过散热风扇35释放。
在一些实施例中，载气气源1和汞释放区2之间设置有第一流量计7；稀释气气源4和混合区5之间设置有第二流量计8。使用稀释气稀释汞释放区2产生的饱和汞蒸气，通过稀释气与载气的流量配比可以制备所需确定浓度的零价汞标准气体。可以理解的是，第一流量计7可以设置在载气气源1出口上，或设置在载气气源1和汞释放区2之间的输送管路上，第二流量计8也可以设置在稀释气气源4的出口上，或设置在稀释气气源4和混合区5之间的输送管路上。
本发明实施例还提供了一种零价汞标准气体的制备方法，基于本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置实现，具体包括以下步骤：
(1)高温汞挥发阶段：将载气气源1提供的载气通入高温汞池区2a，使载气中充满汞蒸气；
(2)低温过饱和阶段：将高温汞池区2a产生的汞蒸气通入低温冷凝区2b，汞蒸气过饱和冷凝，得到饱和汞蒸气，饱和汞蒸气浓度的理论值可以通过查表或公式计算得到；
(3)稀释阶段：同时将低温冷凝区2b产生的饱和汞蒸气和稀释气气源4提供的稀释气通入混合区5，稀释气稀释饱和汞蒸气，制备得到所需确定浓度的汞标准气体，汞标准气体浓度的理论值可以通过公式计算得到。
本发明实施例的零价汞标准气体的制备装置运行时分为三个阶段，工作原理如图6所示，具体分析如下：
高温汞挥发阶段：高温汞池区2a内提前放置液态纯汞，将载气通过高温汞池区2a，高温汞池区2a的温度高于低温冷凝区2b的温度1℃以上，优选高于5℃以上，使载气中充满汞蒸气。
低温冷凝阶段：将高温汞池区2a产生的汞蒸气，通入低温冷凝区2b，低温冷凝区2b温度低于高温挥发区2a，因此汞蒸气过饱和冷凝，在容器内壁可见汞凝结小颗粒，这时载气中的汞为低温冷凝区2b温度下的饱和汞蒸气，对应于该温度下的饱和汞蒸气浓度可以通过查表或公式计算得到。两个温控区域的温度均由珀尔贴温控系统控制，控温精度<0.02℃，可均高于环境温度，也可均低于环境温度，还可以高温汞池区2a的温度高于环境温度，低温冷凝区2b的温度低于环境温度。
稀释阶段：使用不含汞的稀释气稀释低温冷凝区2b产生的饱和汞蒸气，通过稀释气与载气的流量配比可以制备所需确定浓度的零价汞标准气体。
为了检测所获得的汞标准气体浓度的准确性，可以先实际测试汞标准气体浓度，再与该温度下的汞标准气体浓度的理论值进行比较。汞标准气体浓度的理论值通过查表结合公式计算得到。具体地，温度、饱和汞蒸气压、饱和汞蒸气浓度的理论值之间的对照关系可以查工具书得到，例如国标GB/T 16781.2-2010天然气汞含量的测定，根据对照关系表即可得到某一温度下的饱和汞蒸汽浓度的理论值。然后再根据以下公式计算汞标准气体浓度的理论值：C＝Q1×C0/(Q 1+Q2)，其中，C为汞标准气体浓度的理论值，C0为饱和汞蒸气浓度的理论值，Q 1为载气流量，Q 2为稀释气流量。
应用实施例2
以0-100μg/m3范围内，高、中、低三个浓度零价汞标准气体制备为例，环境温度以20℃为例，采用实施例2的零价汞标准气体的制备装置及制备方法(双珀尔贴温控模式)制备汞标准气体。稀释气和载气均采用氮气。采用测汞仪测量组1-3制备的汞标准气体浓度，分析结果及测试图谱见图7。
组1.稀释气流量设置为5L/min，载气流量设置为5mL/min，高温汞池区2a的温度设置为50.0℃，低温冷凝区2b的温度设置为40.0℃，汞标准气体输出浓度理论值为66.68μg/m3，实测平均值为68.22μg/m3。
实测平均值与理论值相对偏差：ABS(68.22-66.68)/66.68*100％＝2.3％。
组2.稀释气流量设置为5L/min，载气流量设置为5mL/min，高温汞池区2a的温度设置为40.0℃，低温冷凝区2b的温度设置为30.0℃，汞标准气体输出浓度理论值为30.46μg/m3，实测平均值为30.37μg/m3。
实测平均值与理论值相对偏差：ABS(30.37 -30.46)/30.46*100％＝0.3％。
组3.稀释气流量设置为5L/min，载气流量设置为5mL/min，较高温汞池区的温度设置为15.0℃，较低温冷凝区的温度设置为10.0℃，汞标准气体输出浓度理论值为5.35μg/m3，实测平均值为5.43μg/m3。
实测平均值与理论值相对偏差：ABS(5.43-5.35)/5.35*100％＝1.4％。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种零价汞标准气体的制备装置，其特征在于，包括高温汞池区(2a)、低温冷凝区(2b)、混合区(5)、第一珀尔贴温控系统(3a)、第二珀尔贴温控系统(3b)、载气气源(1)、稀释气气源(4)和汞标准气体储存装置(6)，所述载气气源(1)、所述高温汞池区(2a)、所述低温冷凝区(2b)、所述混合区(5)和所述汞标准气体储存装置(6)依次连接，所述稀释气气源(4)的出口和所述混合区(5)的入口连接，所述高温汞池区(2a)内设置有液态汞，所述高温汞池区(2a)外设置有所述第一珀尔贴温控系统(3a)，所述低温冷凝区(2b)外设置有所述第二珀尔贴温控系统(3b)，所述高温汞池区(2a)的温度高于所述低温冷凝区(2b)的温度。
2.根据权利要求1所述的零价汞标准气体的制备装置，其特征在于，所述第一珀尔贴温控系统(3a)和所述第二珀尔贴温控系统(3b)包括双向温控器(31)、温控信号线(32)、珀尔贴半导体(33)、散热片(34)和散热风扇(35)，所述双向温控器(31)通过所述温控信号线(32)与所述珀尔贴半导体(33)电连接，所述珀尔贴半导体(33)设置在所述高温汞池区(2a)或所述低温汞池区(2b)外侧壁上，所述散热片(34)设置在所述珀尔贴半导体(33)外侧，所述散热风扇(35)设置在所述散热片(34)外侧。
3.根据权利要求1所述的零价汞标准气体的制备装置，其特征在于，所述载气气源(1)和所述高温汞池区(2a)之间设置有第一流量计(7)；所述稀释气气源(4)和所述混合区(5)之间设置有第二流量计(8)。
4.根据权利要求1所述的零价汞标准气体的制备装置，其特征在于，所述高温汞池区(2a)的温度高于所述低温冷凝区(2b)的温度至少1℃；优选地，所述高温汞挥发区(2a)的温度为15-80℃，所述低温冷凝区(2b)的温度为10-75℃。
5.一种零价汞标准气体的制备方法，其特征在于，基于权利要求1-4任一项所述的零价汞标准气体的制备装置，包括以下步骤：
(1)高温汞挥发阶段：将所述载气气源(1)提供的载气通入所述高温汞池区(2a)，使所述载气中充满汞蒸气；
(2)低温过饱和阶段：将所述高温汞池区(2a)产生的汞蒸气通入所述低温冷凝区(2b)，汞蒸气过饱和冷凝，制备得到饱和汞蒸气；
(3)稀释阶段：同时将所述低温冷凝区(2b)产生的所述饱和汞蒸气和所述稀释气气源(4)提供的稀释气通入所述混合区(5)，所述稀释气稀释所述饱和汞蒸气，制备得到所需确定浓度的汞标准气体。
6.一种零价汞标准气体的制备装置，其特征在于，包括汞释放区(2)、混合区(5)、珀尔贴温控系统(3)、载气气源(1)、稀释气气源(4)和汞标准气体储存装置(6)，所述载气气源(1)、所述汞释放区(2)、所述混合区(5)和所述汞标准气体储存装置(6)依次连接，所述稀释气气源(4)的出口和所述混合区(5)的入口连接，所述汞释放区(2)内设置有液态汞，所述汞释放区(2)外设置有所述珀尔贴温控系统(3)。
7.根据权利要求6所述的零价汞标准气体的制备装置，其特征在于，所述珀尔贴温控系统(3)包括双向温控器(31)、温控信号线(32)、珀尔贴半导体(33)、散热片(34)和散热风扇(35)，所述双向温控器(31)通过所述温控信号线(32)与所述珀尔贴半导体(33)电连接，所述珀尔贴半导体(33)设置在所述汞释放区(2)外侧壁上，所述散热片(34)设置在所述珀尔贴半导体(33)外侧，所述散热风扇(35)设置在所述散热片(34)外侧。
8.根据权利要求6所述的零价汞标准气体的制备装置，其特征在于，所述载气气源(1)和所述汞释放区(2)之间设置有第一流量计(7)；所述稀释气气源(4)和所述混合区(5)之间设置有第二流量计(8)。
9.根据权利要求6所述的零价汞标准气体的制备装置，其特征在于，所述汞释放区(2)的温度为10-75℃。
10.一种零价汞标准气体的制备方法，其特征在于，基于权利要求6-9任一项所述的零价汞标准气体的制备装置，包括以下步骤：
(1)汞释放阶段：将所述载气气源(1)提供的载气通入所述汞释放区(2)，使所述载气中充满汞蒸气，制备得到饱和汞蒸气；
(2)稀释阶段：将所述汞释放区(2)产生的所述饱和汞蒸气和所述稀释气气源(4)提供的稀释气通入所述混合区(5)，所述稀释气稀释所述饱和汞蒸气，制备得到所需确定浓度的汞标准气体。
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