背景介紹
在空氣和廢氣監測中,標準氣如同標準溶液、標準物質那樣重要,是檢驗監測方法,評價採樣效率、繪製標準曲線、校準分析儀器及進行監測質量控制的依據。配製低濃度標準氣的方法,通常分為靜態配氣法和動態配氣法。對於標準氣用量較大或通標準氣時間較長的實驗工作,靜態配氣法不能滿足要求,需要用動態配氣法。
概念定義
動態配氣法是使已知濃度的原料氣與稀釋氣按恆定比例連續不斷地進入混合器混合,從而可以連續不斷地配製並供給一定濃度的標準氣,根據兩股氣流的流量比可計算出稀釋倍數,根據稀釋倍數計算出標準氣的濃度。
動態配氣法不但能提供大量的標準氣,而且可通過調節原料氣和稀釋氣的流量比獲得所需濃度的標準氣,這種方法尤其適用於配製低濃度的標準氣。但是,這種方法所用儀器設備較靜態配氣法複雜,不適合配製高濃度的標準氣。
常用方法
(一)連續稀釋法以高壓鋼瓶為氣源,連續稀釋配氣。將原料氣以恆定小流量送入混合器,被較大量的淨化空氣(稀釋氣)稀釋,用流量計準確測量兩種氣體的流量,並計算所配標準氣的質量濃度。
右圖為連續稀釋法的混合器圖示。按下式計算所配標準氣的質量濃度:
ρ = ρo × qv,o ÷ (qv + qv,o)
式中:ρ、ρo —— 所配標準氣和原料氣的質量濃度,mg/m3;
qv、qv,o —— 稀釋氣和原料氣的流量,mL/min。(二)負壓噴射法
在固定噴管內裝入細玻璃管,細玻璃管右端通過毛細管與容器相連。
將稀釋氣流以某恆定流量噴射入固定噴管,再從狹窄的噴口處向外放空時,會造成毛細管的左端壓力低於大氣壓。此時細玻璃管內處於負壓狀態。右端容器內壓力為大氣壓,裝有已知質量濃度的原料氣。由於細玻璃管兩端有壓力差,使原料氣以確定流量從容器經毛細管到細玻璃管左端噴出,與稀釋氣充分混合,配成一定質量濃度的標準氣。
滲透管是動態配氣用的一種原料氣氣源,主要由裝原料液的小容器和滲透膜組成。小容器由耐腐蝕和耐一定壓力的惰性材料製成,滲透膜用聚四氟乙烯或聚氯乙烯製成塑膠帽,套在小容器的頸部,其厚度小於1mm。塑膠帽上部是薄壁滲透面,玻璃小安瓿瓶內氣體分子在其蒸氣壓作用下,通過薄壁滲透面向外滲透,單位時間內的滲透量稱為滲透率。由於滲透出來的氣體分子立即擴散開來,並被稀釋氣帶走,故濃度很小,分壓可認為是零。
用滲透管法配製標準氣,必須測定原料液的滲透率,其測定方法有重量法、化學分析法等。
滲透管法對於配製低濃度的標準氣而言是一種較精確的方法,凡是易揮發的液體和能被冷凍或壓縮成液態的氣體都可以用該方法配製標準氣,還可以將含有互不反應的不同組分的滲透管放在同一氣體發生器中配製成多組分混合標準氣。
氣體擴散法的原理基於:氣體分子從液相擴散至氣相中,再被稀釋氣帶走,通過控制擴散速度和調節稀釋氣流量配製不同濃度的標準氣。
(五)電解法方法原理是:在電解池中放入草酸溶液,插入兩根鉑絲電極,電極間施加恆定電源,草酸跟離子在陽極上被氧化,生成二氧化碳。當電流效率為100%時,控制一定的電解電流,便能產生一定量的二氧化碳氣體,用一定流量的稀釋氣將二氧化碳帶出,就能得到所需濃度的二氧化碳標準氣,其濃度可用法拉第電解定律計算出來。
此法常用於製備二氧化碳標準氣。