标准气体的稳定性研究

前言

标准物质是指:“具有足够均匀并已经很好地确定某一种或多种特性的物质或材料, 用于校准仪器、评价测量方法或确定物质的量值。”标准气体是气体标准物质, 由于标准气体具有一定的有效期, 因此,标准气体的稳定性是配制和使用过程中的关键问题。

众所周知, 装入高压容器(钢瓶) 中的标准气体的一个重要条件是在保存和使用过程中其量值不应发生变化。实际上,标准气体中成分气体或不纯物与容器内壁接触时往往引起吸附、解吸、化学反应等现象, 而使其量值随时间发生变化, 在含量越低, 组成成分越复杂时, 这种变化就越大。

标准气体稳定性研究如下：

稳定性影响因素 

标准气体稳定性在很大程度上与容器的材料特性、容器内壁的预处理、气体本身的化学特性和使用条件有着密切关系。

容器选择

盛装标准气体的容器应由耐腐蚀、抗压、吸附少、不生锈、化学特性稳定、机械强度高的材料制成, 通常使用的高压容器是铝合金瓶, 而碳钢瓶因其内壁不光滑、吸附大而被逐步淘汰。

预处理

盛装标准气体的钢瓶使用前应进行表面清洁、涂漆处理, 然后, 将钢瓶加温至100 ℃左右, 同时抽真空处理约4 h。钢瓶处理完毕后, 必须分析其H2O、O2等杂质含量, 合格后方可使用。

气体要求

配制10% 的CH4/Ar 四瓶, 进行为期一年的稳定性考察, 见表1, 实验结果表明, 由于铝合金钢瓶内壁比较光滑, 因此在盛装一般气体时性质稳定, 变化不大, 钢瓶不用特殊处理, 即可满足此类标准气体稳定性的要求。

在配制COS、H2S、SO2 等气体时, 必须对钢瓶进行KG 或CM 处理, 即为了防止容器内壁因吸附或解吸等带来的影响。先对容器内壁进行镜面研磨,涂上防氧化漆, 然后把高浓度气体充入容器内并放置10d左右, 从而提高标准气体的稳定性。用未经KG 或CM 处理的钢瓶配制10.1 mg/m3 ,COS/N2一瓶。用经KG 处理的钢瓶配制9.8 mg/m3 COS/N2 一瓶。

以上实验结果表明, 配制易吸附标准气体时, 钢瓶必须经KG 或CM 处理, 才能保证其稳定性可靠,否则, 组分气的含量变化很大, 不宜作为标准气体来使用。

分子量

当标准气体的组分气和稀释气分子量相差太大时, 如H2、He 和CO2、Ar 组成的标准气体, 静置时间长了容易分层, 这势必影响其稳定性, 并且其含量越高, 影响越大。因此, 在使用这类标准气体时, 必须先把钢瓶进行旋转或放倒在地上滚动, 使瓶内气体混合均匀。否则, 其量值不准, 影响标准气体的稳定性。

使用条件

环境条件与标准气体的稳定性也有很大关系,温度、湿度要适宜, 象一些液化类气体, 必须在室温以上使用; 在使用标准气体时, 对系统的要求很高, 丝毫不能泄漏。因此, 用户要严格按照《标准物质证书》上的要求使用, 才能保证标准气体的量值准确, 稳定性可靠。

使用周期

标准气体的使用有效期是根据稳定性实验结果来加以确定的, 一般把能够保证标准值的有效期定为半年至一年。由于当标准气体的压力减小时, 被吸附在容器内壁上的各种成分气体便解吸, 其浓度值发生变化, 因此一般规定, 高压钢瓶标准气体的残压低于0.1 M Pa 时, 应停止使用。

结果讨论

标准气体稳定性实验结果表明, 只要在配制过程中, 注意容器的选择及预处理, 用户按标准物质规定的要求使用, 标准气体在有效期内是稳定的, 用户可放心使用。