標準氣體的穩定性

前言
標準物質是指:“具有足夠均勻并已經很好地確定某一種或多種特性的物質或材料, 用于校準儀器、評價測量方法或確定物質的量值。”標準氣體是氣體標準物質, 由于標準氣體具有一定的有效期, 因此,標準氣體的穩定性是配制和使用過程中的關鍵問題。
眾所周知, 裝入高壓容器(鋼瓶) 中的標準氣體的一個重要條件是在保存和使用過程中其量值不應發生變化。實際上,標準氣體中成分氣體或不純物與容器內壁接觸時往往引起吸附、解吸、化學反應等現象, 而使其量值隨時間發生變化, 在含量越低, 組成成分越復雜時, 這種變化就越大。
標準氣體穩定性研究如下：
穩定性影響因素
標準氣體穩定性在很大程度上與容器的材料特性、容器內壁的預處理、氣體本身的化學特性和使用條件有著密切關系。
容器選擇
盛裝標準氣體的容器應由耐腐蝕、抗壓、吸附少、不生銹、化學特性穩定、機械強度高的材料制成, 通常使用的高壓容器是鋁合金瓶, 而碳鋼瓶因其內壁不光滑、吸附大而被逐步淘汰。
預處理
盛裝標準氣體的鋼瓶使用前應進行表面清潔、涂漆處理, 然后, 將鋼瓶加溫至100 ℃左右, 同時抽真空處理約4 h。鋼瓶處理完畢后, 必須分析其H2O、O2等雜質含量, 合格后方可使用。
氣體要求
配制10% 的CH4/Ar 四瓶, 進行為期一年的穩定性考察, 見表1, 實驗結果表明, 由于鋁合金鋼瓶內壁比較光滑, 因此在盛裝一般永久氣體時性質穩定, 變化不大, 鋼瓶不用特殊處理, 即可滿足此類標準氣體穩定性的要求。
在配制COS、H2S、SO2 等氣體時, 必須對鋼瓶進行KG 或CM 處理, 即為了防止容器內壁因吸附或解吸等帶來的影響。先對容器內壁進行鏡面研磨,涂上防氧化漆, 然后把高濃度氣體充入容器內并放置10d左右, 從而提高標準氣體的穩定性。用未經KG 或CM 處理的鋼瓶配制10.1 mg/m3 ,COS/N2一瓶, 實驗結果見圖1。用經KG 處理的鋼瓶配制9.8 mg/m3 COS/N2 一瓶, 實驗結果見圖2。
以上實驗結果表明, 配制易吸附標準氣體時, 鋼瓶必須經KG 或CM 處理, 才能保證其穩定性可靠,否則, 組分氣的含量變化很大, 不宜作為標準氣體來使用。
分子量
當標準氣體的組分氣和稀釋氣分子量相差太大時, 如H2、He 和CO2、Ar 組成的標準氣體, 靜置時間長了容易分層, 這勢必影響其穩定性, 并且其含量越高, 影響越大。因此, 在使用這類標準氣體時, 必須先把鋼瓶進行旋轉或放倒在地上滾動, 使瓶內氣體混合均勻。否則, 其量值不準, 影響標準氣體的穩定性。
使用條件
環境條件與標準氣體的穩定性也有很大關系,溫度、濕度要適宜, 象一些液化類氣體, 必須在室溫以上使用; 在使用標準氣體時, 對系統的要求很高, 絲毫不能泄漏。因此, 用戶要嚴格按照《標準物質證書》上的要求使用, 才能保證標準氣體的量值準確, 穩定性可靠。
使用周期
標準氣體的使用有效期是根據穩定性實驗結果來加以確定的, 一般把能夠保證標準值的有效期定為半年至一年。由于當標準氣體的壓力減小時, 被吸附在容器內壁上的各種成分氣體便解吸, 其濃度值發生變化, 因此一般規定, 高壓鋼瓶標準氣體的殘壓低于0.1 M Pa 時, 應停止使用。
結果討論
標準氣體穩定性實驗結果表明, 只要在配制過程中, 注意容器的選擇及預處理, 用戶按標準物質規定的要求使用, 標準氣體在有效期內是穩定的, 用戶可放心使用。