动态稀释法配制标准气体在气体分析仪器及气体检测 报警器检定中的应用

徐鑫

摘 要：随着冶金、化工、医药等工业的不断发展，危险环境有毒有害气体及有机溶剂用量也越来越大。在生产制造过程中，如果有毒有害气体及有机溶剂发生泄漏，并挥发到空气中，会直接危害吸入或触及到有毒有害气体人员的生命安全。本文从日常检测工作经验以及实际工作需求出发，对有毒有害气体标准物质生产周期长、保存周期短、价格昂贵等特点，研究出相应的标准物质配制方法，便于检测工作的开展。我们用气体动态稀释配气装置对已知高浓度的气体标准物质及高浓度的液体标准物质进行稀释的方法，方便快捷准确地得到所需各浓度，为实际检定工作提供方便。

关键词：动态稀释法；配制标准气体；气体分析仪器；气体检测报警器；检定应用

前言

目前，各种气体分析仪检定规程都规定使用至少3种气体对仪器进行检定。但是，由于气体检测仪种类较多，测量范围各异，如果要开展较多种类仪器的检定工作，就需要多瓶气体标准物质，甚至许多腐蚀性的低浓度标准气体，但其瓶装不稳不准，工作极不方便。因此，采用动态稀释法配制标准气体的方法是一种较为理想的方法。过去由于没有进行过详细的分析，认为会影响检定结果的可靠性，但没有量化，所以一直没有被认可而很少用于实际检定工作中。本文就此問题进行分析，通过分析，会发现这种方法更具有适用性、准确性和合理性。

1、series 4000 气体配气装置

该装置通常采用的配气方法主要有静态法和动态法。静态法包括重量法和容量法。动态法则包括连续稀释法，负压喷射法和渗透管法。与静态法相比，动态法不但能够连续稳定的提供大量标准气，而且通过改变稀释比可方便的获得所需浓度的标准气。这尤其适用于配制低浓度的标准气，本文主要应用动态法中的连续稀释法，将已知较高浓度的标准气通过动态稀释装置稀释，从而得到所需较低浓度点的气体标准物质。从试验结果看，该方法满足所需气体标准物质精度要求，且使用方便，操作简单，适用于硫化氢、氨气、氯气等有毒有害气体报警器、探测仪的实验室及现场检定使用。该装置流量范围：（1-10000）ml/min，流量重复性：±0.5%，配气不确定度：≤2%，预热时间：30min，流量线性误差：≤±0.5%。动态稀释装置配气法是指将已知浓度的原料气，以一定的流量（相对较小），恒定不变的送入气体混合器中，净化过的稀释气体以较大流量恒定不变的通过混合室，与原料气混合，并将其稀释，稀释后的混合气体连续不断的流出，以供使用。调节气体流速比可得到所需浓度的气体标准物质。

2、动态气体稀释法及溯源性问题

这里所提的动态稀释法，是指将被测高浓度组分标准气体与高纯稀释气体按照一定的流量比进行稀释的过程，稀释后的气体浓度按照下式计算：

式中：——稀释后气体的浓度；——被稀释的已知高浓度的标准气体；——稀释时被稀释的标准气体的流速；——稀释时高纯稀释气体的流速。由此，关于量值溯源问题，事实上已经归到稀释气体的标准气体的溯源和流量的溯源。被稀释的标准气体的溯源才是最主要的。被稀释的标准气体只要流量的配比关系合理，流量准确、稳定，结果将是非常理想的。下面将作进一步分析。

3、仪器测量点处由标准气体带来的不确定度比较

就气体分析仪的检定过程而言，多数仪器均在零点校准和示值标定后才进行示值误差检定。校准或标定过程完成后，仪器与被测气体的相应关系就被确定，仪器在测量点处的理论响应值关系也就相应确定了，理论上仪器的响应关系是线性的。因此，对于使用瓶装标气和使用动态稀释法配气时测量点的示值分别作如下表述：

用表示标定用的标气浓度，此时表示标定点的仪器示值，表示测量点标气浓度，此时表示测量点仪器示值。

如果选用准确度较高的流量计，则结果将更理想。表1列举了对500×10-6量程的仪器进行示值误差检定时，在以上假设的不确定度条件下，因标准气体给仪器带来的不确定度等数据。通过以上比较可知，就检定仪器而言，只要选择适当准确度等级的流量计，采用稀释法可以得到更理想的结果。图1表示出不同标气检定时示值误差的不确定度（相对值表示时）分布情况。

4、问题的延伸和相关注意事项

以上讨论的问题及不确定度分析的结果是建立在仪器标定点的示值为标准值的基础上的。根据上文的分析，作为检定仪器的技术性能，此方法比使用多瓶独立气瓶气体检定时更有优越性。但是如果使用上述动态稀释法标定仪器，就需要考虑标准气体的不确定度与流量系统不确定度的合成问题，因为这时仪器的测量要建立于标准气体真值的基础上，其不确定度应按下式计算：

此处的不确定度计算公式中多了用于稀释的标准气体的不确定度，因此，要确保仪器使用的准确度，如果使用稀释配气法配制某一浓度气体给仪器标定，必须关注此时的不确定度是否满足要求，如果不满足要求就应该提高被稀释标准气体的等级。

综上分析可看出，从应用出发，选取适当浓度和等级的标准气体，使用动态配气法可以方便地获得各种浓度（低于源标气）的使用标准气体，用于各种不同量程的被检仪器的检定，而且能够满足规程中对仪器检定点的要求，这样将大大地减少实验室配备气瓶量，减少不必要的浪费和环境污染。另外，从重量法配气的角度看，配制较高浓度的标准气体，其结果的不确定度值会更小，所以这也是可靠使用的优势之一。

参考文献

[1]GB/T5275—2009气体分析校准用混合气体的制备渗透法

[2]GB/T10248—2005气体分析校准用混合气体的制备静态体积法

[3]李红梅等译，标准物质及其在分析化学中的应用，中国计量出版社，2006年

[4]全浩，韩永志等。标准物质及其应用技术，中国标准出版社，2003年