GB T 10627-1989 气体分析 标准混合气的制备 静态容积法.pdf

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1、中华人民共和国国家标准气体分析标准混合气的制备静态容积法Gas analy曲Pr咱国皿咀帽。f国llbra世。”.mlxtu”一S幅“cvolumetric n帽曲叫，GB 10627-89 因06144-1981 本标准等同采用国际标准ISO6144 1981气体分析标准混合气的制备一一静态容织法.1 主内容与适用范围本标准规定了用静态容积法制备标准混合气的方法该法制备的标准混合气的压力接近于大气压本标准适用于制备lo10（V/V）浓度的标准混合气，其相对误差为lolo-.2方法原理2. 1 方法原理在一定温度下，标准混合气的制备分三步进行za. 取样z在已知容积v，的取样管中充入组分气，其

2、压力Pi接近或等于大气压b. 转移g将体积v，的组分气转移到已知容权凡的配气瓶中，该瓶事先要抽空，并用选定的稀释气置换不少于三次c. 稀释s将选定的稀释气充入配气瓶，直到取得所需要的最后压力h为止为使混合气便于使用，通常，压力h应大于大气压力首次稀释后得到的以体积分数表示的组分浓度c，实际上等于该压力下的以摩尔分数表示的浓度，由式。计算sc. = c.h主1l= C.D, . . ,v, . 式中zc。一一组分气的初始浓度（c，旬川，只，D，一一首次稀释的稀释系数当浓度为lo101( V/V）时，按上述步骤制备的标准混合气的相对误差小于lo-. ( 1 ) 实际上，为了得到以体积分数表示的浓度

3、值，可把，和，值看成佼正系数因此，无量纲比值，；，是唯一重要的，并可用简便的仪器如水银压力计测量，和，.在以摩尔分数表示浓度的情况下，必要时应考虑压缩系数Z的修正基于目前对混合代压编系撇Z的了解，可以假定二元混合何中Z的变化是组分浓度的线性函数当含有少量极性组分的标准混合气的稀释气与理想气体无大差异时，仅铺用压编系教Z对所取的组分气体积进行修正即（P1.1V1.1)/Z1当混合气中稀释气体与琛想何体偏离很大时，压编系数Z应使用同样的呈线性关系的假定来计算按目前使用标准混合气的目的，将不涉及任何其他修正量为了消除低浓度非理想组分气所引起的误差，可用称量法制备的混合气充填到容积v.中，其中组分浓度

4、很低，因而压缩系数z可忽略不计。对于低浓度c1010(V/V）混合气的制备，为了获得满意的准确度要求，必须进行逐次稀释首先制备浓度c，为lOlo的初始混合气，然后再接点边的lil!l取样、转移、稀释）进行制备经第中华人民共和国化学工业部1989-03-01批准1990-05-01实施103 GB 10627-89 二次稀释得到的浓度c，由式（2）计算zC, = C1D, ”( 2 ) 式中zc，一一第一次稀释后，混合气中组分气的浓度，%1D，一第二次稀释的稀释系数。根据压力和体积数据由式（3）计算，D, 坠主1Z p,_,v,., . ( 3 ) 式中z, . v .一一分别为浓度矶的混合气的

5、压力值和体积值，Pa,cm，p,_,v,_, 最终气体浓度为c，时所对应的配气瓶中的气体压力值和体织佳，Pa,cm.由此可得gE飞c. = c，坠主hl= c.且丘1.!x坠丘旦 P ,v,_, 1,_,v,., 1,_,v,_, . ( 4 ) 经第三次稀释得到的浓度值可用类似方法求出，即2忧”AW. ( 5 ) 2.2减小误差的措施及误差计算2. 2 . 1 为了得到正确的结果，采用2.I条所叙述的稀释程序时应注意如下事项z. 容器和输送管道应使用不吸附所配组分的材料制成，例如玻璃和聚囚氟乙烯，b. 要控制充气速度，以避免充气时容器温度升高s操作时应戴上手套2. 2. 2 由于用统计方法计

6、算误差有实际困难，误差可由式（4）导出的误差计算式计算g等尝丰节！：旦丰苦：丰安！：主丰铃：！. 式中跑稀释次数2. 2. 3作为一种制备方法同样应考虑组分气体和稀释气体的纯度修正. 组分气体g通常认为组分气体的纯度为CI一Y.y是组分气中杂质的最大含量计算时可假定C=I一号，取土号作为误差计算基准b. 稀释气体g对组分气为浓度低的混合气，必须测定稀释气中残留组分气的浓度值（C，土MJ,)并将其加到由稀释系数计算得到的浓度值中去离浓度时，误差计算的影响一般可以忽略低浓度时，式的则变为2I liCo Ii, liV A MJ, 亏一i古一：！：主.：！：；I二E.飞Uo p I 式中Z于取样管、

7、配气瓶压力测量的相对百分误差之利，z字一取样智、配气瓶体积测量的相对百分误差之和. ( 7 ) 4 l 3应用示例3. 1 使用玻瑞容器的方法3. 1. 1 原理GB 10627-89 组分气用经校准的取样管计量，其容积约为10400cm.取祥管的容积采用称量水或水银的方法进行校准对于容积为10400cm的取样管，其容积测量的准确度为o.01 0. 1 cm. 用组分气冲洗已校准过的取样管（见图1）.取样管装有真空活塞，并用一根相当长的出口管来阻止外界空气的倒流。5 6 4 3 9 8 IO 图I一氧化碳体积测量装置1、2、3一真空话塞，4一一氧化麟钢瓶，5一针阀，6一一氧化碳取梓管睿飘已知）

8、17一弯曲管约1时，8 水平衡帮中心管接触水面）,9 气体流量计，10鼓油糖f中心管搜入液体石蜡40mm) 通过玻璃导管，将校准了的一定体积的组分气转移到配气瓶内（见图2）.当用橡皮管连接玻璃管时，橡皮管与气体接触面积应减到最小程度首先抽空配气瓶，然后用稀释气将取样管中的组分气吹入配气瓶。将稀释气缓慢充入配气瓶（见图2）.其压力可使用水银压力计测量，水银不与样晶接触。为使用方便，配气瓶内混合气压力应充填到大气压的两倍3. 1. 2 装置3.1.2.1 配气瓶s厚壁跚硅玻璃，容织约3dm，装有两个约3mm孔径的聚四氟乙烯真空活塞，瓶内放JOo 入几根聚四氟乙烯管。7 GB 10627 89 2

9、l 6 o 9 4 12 图2一氧化碳氮标准混合气制备装置/ 5 II 1、2,3、4、5、6真空活塞；7 氮气钢瓶；8减压阀；9U型水银压力计（约Im); IO、13一叶片草接头zI I 聚四氟乙烯管；12 配气瓶（约3dm);14氧化碳取样管（已知容积）3.1.2.2 U型水银压力计，u型管高度约lm，在有管的顶端装有2ffilT孔径的真空活塞。3.1.2.3水平衡器。3.1.2.4 液体石蜡鼓泡器。3.1.2.s 流量计。3. 1. 2. 日校准过的取样管容积约10400cm。其形状应确保用适量的稀释气就可将组分气全部转移到配气瓶中。推荐采用长度与直径比为35的圆筒形。首次使用取样管时，

10、当样品转移完后，应进行分析测定，以检查该样品是否有残存3,1.2.7 叶片真空泵g装有液氮冷阱和水银差压计。3.1.2.s 样品气钢瓶g该气体纯度应为已知飞3,1,2,9 稀释气钢瓶2纯度和组分浓度应为已知飞注I）按3.I. 3和3.I. 4条的示例，该气体为一氧化碳，其保证浓度大于99.99%,2）按3.I. 3和3. 4条该气体为氮保证浓度大于99.998%，并含有0.5士0.I ppm一氧化碳3.1.2.10针阀z死体积要小，而且能微调气体流量。3.1.2.11 两级减压阀：装有不锈钢膜片，出口装有针形阀用于稀释气钢瓶。3. 1-3 氮中含一氧化碳的混合气的制备步骤注.g一氧化碳是一种毒

11、性很强的气体E安全极限为50ppm（体狈分散）要注意捡澜，确保设备的I 06 GB10627 89 气性。所有出口都应接到室外。全部处理操作都应在通凤厨中避行为r安全，摇动已抽空的配气瓶时应戴上手套和保护眼镜，必要时配气瓶外应加防护套3.1.3.1 纯一氧化碳体积的测量（见阁I) : a. 用一氧化碳充填取样管打开取样管上的活塞I和2，关闭活塞3，用比取样管容积大20倍的一氧化碳（由流量计读数）清洗取样管，然后降低一氧化碳的流速，使在鼓泡器中慢速鼓泡按顺序关闭活塞2、针阀和活塞I b. 将取样管中氧化碳的压力校准到与大气压平衡打开活塞3.再开活塞2，过量的一氧化碳通过活塞和接触水面的中心管排出

12、，直到无气泡时迅速关闭活塞2，注意不要用手触及取样管记录环境温度和大气压力匍下取样管，将活塞外管道抽空，排出一氧化碳上述所有处理操作均应在通风厨中进行3.1.3.2混合气的制备（见图2),将减压阀和氯气瓶阀全关，针阀全开。将装有已知量的一氧化碳取样管、U型管压力计的有管与配气瓶上的活塞4连接，然后将真空泵和活塞5连接打开活塞4和5，将配气瓶抽空。当真空度达到要求时（由水银压力计读取），关闭活塞5.再将真空泵与压力计右管的活塞6连接，慢慢打开活塞1，开启氮气瓶阀，用减压阀将压力调节到稍大于所需压力的两倍微开活塞6，氯气进入压力计右管，然后吸入泵内冲洗约Imin后关闭活塞1，全开活塞6,当U型压力

13、计右侧真空度达到要求时，关闭活塞6，徽开活塞1，并检查压力有否变化打开活塞3,再缓慢开启活塞2，让氯气冲洗取样管。此时，组分气便从定体积取梓管全部转移到配气瓶内。在该项操作中，所使用的稀释气体的体积至少应大予取样管容织的10倍调整活塞2的开度，使压力计右侧的压力保持大于大气压力当活塞2全开时，用活塞1调节流量，将配气瓶内气体压力调到所需压力当压力到达要求时（由压力计读数）顺次关闭活塞1和4.微开活塞6，使取样管和压力计右侧中的氯气降至大气压后，顺次关闭活塞6、2和3.将配气瓶从取样管上卸下，进行不同方向的旋转播动通过事先放入配气瓶中聚四氟乙烯管的移动，使混合气混合均匀至此混合气已配成待用这种混

14、合气的压力等于大气压力的两倍。可以在此基础上，再按上述步骤，通过几支校准过的取样管，用逐次稀释的方法制备更低浓度的一氧化碳混合气3. 1. 4 用逐次稀籍法制备各种一氧化碳氯的混合气示例按3.!. 3条程序制备了初始浓度为1000 10 OOOppm( V /V）范围的一氧化碳混合气，利用这种混合气，按3.1.3.J和3.1.3.2条操作将其逐次充入校准过的取样管、逐次稀释，即可制备如下范围的混合气系列：100 I 000 ppm( V/V )1 10 I 00 ppm( V /V ) 1 I 10 ppm( V/V )0 3.J.4.1 以上操作中所使用的容器应用称量在一定温度下的水或水银的

15、方法校准通常实验室中常用容器的容积测量的准确度要求、以及所用天平的性能示例见下表s107 GB 10627 89 容器系列示例容器的容积，cm容积测定称量用天平性能准确度，cmJ0.27,J0.31,10 34,25 99,26.02, 士0.01最大载荷，200g 60. 50,94. 60 灵敏度z土O.1 mg 124.60,185.08,243 7,252 8,254.4, 最大载荷，1200 g 0. 1 257.4,269.8,322.7,333 3,383.6 刻度2100 8，灵敏度z士10mg 3 015,3 024,3 038,3 044,3 055,3 060, 最大载荷

16、，5500g士o.5 直接读数标度，3000 g 3092,3095 灵敏度，0.25 g（分刻度的1的3.1.4.2在四个浓度段制备混合气的操作用图解法示例如下s氮中一氧化碳含量4315、274.2、42.67、3.21 ppm( V /V 配气瓶容积：3 015土0.5,3024土0.5; 3 060土0.5 3 095土O.5 cm. 取样管容积，26.02土0.01 ;60. 5土0.OJ; 383. 6土0.I cm, 大气压力，760133.3土0.I 133. 3Pa 配气瓶内气体压力：I 520 133. 3土I133.3Pa 注z。用同一水银压力计测量 II只GB l 062

17、7 89 甜食气I一氧化融体职捕，02om佩气纯度7予自由，由98%配气砸窑帜3015om一氧化融合量00 5ppm 踉厦4315ppm压力和休职测量的相对民差士。，134%混合气E混合气II】的体帜60.5cm1配气帽窑司3095om榷度42.170.5ppm压力和体帜测量的相对误差士。，256%混合气阴混合气tn 的休职60.5om 配气砸睿职3060cm3放度2. 710.5ppm 压力和体积测量的相对民差士0.368;3.1.4.3浓度误差计算容积测量误差从上表取得。压力测量误差为2大气压力阳的误差为士0.IX 133. 3Pa; 水银压力it指示的压力扣的误差为土1133.3Pa0计

18、算过程及计算结果见附录B（参考件）。3.2移动活事法3. 2. 1 装置一氧化融纯哽99.995%士。，005!-; 混合气n据台气I 的体积383. Oom 配气耀容事司3024 cml 陆度273.70.5ppm压力和休职测量的栩对民差主o.256 % 3.2.1.1 装置简图见图30由一个玻璃圆筒构成，长约60咽，直径约10cm.瓶内有一能自由浮动的不锈钢活塞，活赛上装有聚四氟乙烯活塞环，该环保证与瓶壁紧密配合，瓶中气体可绕环流过。将玻璃瓶放在框架上。该框架可作360旋转，因活塞本身重量，活塞下降到瓶底。活塞下降的速度可由调整玻璃瓶的倾角控制。109 GB 10627 89 5 6 7

19、I I 2 4 16 8 15 I 9 14 12 10 11 13 图3气体混匀器简图I, 2、2、4阀门位置，5排气口，6一接分析嚣，7补充气，8纯气出口，9转子流量计，10一定体积取样管11样品取出口，12一样品注入口，13纯气入口，14一底部$15一活塞，16一顶部将进、出口接头与瓶的两端相接不锈钢管线直通装置中央的球形接头该系统主控制板上装有带定体积取样管的六通阀、注射头便于用注射器进样以及进样压力的调节阀将阀门切换到适当位置，使系统封闭转动玻璃瓶，移动的活塞推动密闭的气体在系统内循环，部分气体通过活塞环流动，将气体进行非常有效的混合3.2.1.2 所需附属设备sa. 组分气钢瓶z气

20、体纯度应为已知1。b. 稀释气钢瓶g气体纯度应为己知，组分浓度也应给定2飞I 111 GB 10627 89 注l）拨3.2. 33. 2. 5条示例，该气体为一氧化碳，保证被度大于99.95%.2）按3.2. 33. 2. 5条示例，该气体保证纯度大于99.998%的氯气所吉一氧化碳不大于O.1 ppm. 网种气瓶（a租的应装有减压阀，其给定出口压力不小于20kPa0 c. 气体采样注射器。3. 2. 2操作条件3. 2. 2. 1 注射器管外应套上隔热套以防止操作中温度的影响。3. 2. 2. 2每个注射器均应使用金属定位卡，以防操作时产生误差这些定位卡要置于针筒和柱塞之间，使之仅能注射相

21、应体积的气体3. 2. 2. 3 注射糖、采样阀带的定体积取样管均应精确校准注射器校准的方法是：将水充入注射器，然后再注入到事先称量过的容器中，由测定数次水的质量和水的密度准确计算注射器的容积3. 2. 3 步骤3. 2. 3. 1 将氯气瓶与稀释气的入口连接，将氮气压力调整到15kPa0 3. 2. 3. 2将一氧化碳气瓶与纯气入口连接，将其压力调到15kPa（见3.I. 3条注意事项吹除装置中的污染气体为吹洗装置和制备混合气参照图3进行操作3. 2. 3. 3转动阀门JIJI的位置，稀释气体进入玻璃容器，通过活塞排空到大气。3. 2. 3. 4 将玻璃瓶旋转180若干次，使活塞在瓶中起落以

22、助吹洗3. 2.3. 5转动阀门到位置2.3. 2. 3. 6将一氧化碳流量调到15L/min或10L/min0 3. 2. 3. 7将注射器插入取样头。3. 2. 3. 8 推拉注射器柱赛，以清洗注射器。3. 2. 3. 9在注射器抽满一氧化碳后，从取样头中拨出。3.2.3.10将注射器柱塞满到预定位置3.2.3.11 将注射器插入进样头3.2.3.12将一定数量的一氧化碳注入到装置中。3.2.3.13转动阀门到位置3.3.2.3.14转动容器不少于IOmin，使容器中的气体充分混合3.2.3-15欲将制备好的混合气用于校准时，可将装置出口与仪器入口连接，转动阀门到位置4，调整容器倾角和活塞

23、下降速度，控制流入分析仪的气体。容器中三分之二的气体用于校准其余气体通过活塞跑出与进入的空气混合。在上述操作中，当引入稀释气时，排气阀处于开启位置，气体混合在常压下进行，这样可以防止注射器中形成压力导致注射误差、注射头和注射器柱塞的泄漏等由于注射头和放空气中间隔有活塞，进样时稀稀气不会漏出系统。3. 2. 4 在氮中配制100ppm( V /V）一氧化碳混合气计算示例玻璃容器中的组分浓度用体积分数（ppm(V /V）表示，由式（8）给出z X IO . ( 8 ) 2 式中zv，一注入组分气体体积，mL;v，一玻稿容器和有关管网的全部容积，mL0假设v（注入的一氧化碳）400士4L; v, =

24、4 032土5mL, Jltl混合气中一氧化碳浓度为2o. 4 r;:-;:-士:-:-1一一一XIO=l99.2ppm(V/V川4 032 巳工二二二三L二43. 2. 5 在氮中配制100ppm( V /V）一氧化碳混合气的相对误差计算总体积（4032士5mL）测量的相对误差为2111 GB 10627-89 5X 100 r-:-丁口一一瓜12圳4 032 巳L二二二注入一氧化碳（400士4mL）其体积测量的相对误差为a总的误差gI I 2 4100古丁百百一巳1:!.I子GB 10627 89 附录A标准混合气浓度计算示例（参考件本例为按3.1. 3条步骤，制备氮中含一氧化碳4315、

25、274.2、42.67和3.21 ppm( V/V）标准混合气的浓度计算混合气1,4315ppm( V/V I 26.02 99.995 10 x 760 =14 315 p阳1(V/V ) 100 3 015 1 520 混合气n,274.2ppm( v /v I 4315X383.6 760 队5+=274. 2ppm( V/V I 3 024 1 520 混合气lll142.67ppm( V/V I 4 315 60.50 760 O. s+ =142. 67ppm( V/V I 3 095 1 520 混合气IV,3.2lppm( V/V ) 274. 2 60.50 760 0 5+

26、 3 oso 1 520 =3. 2lppm( v /V I 附录B标准混合气误楚计算示倒（参考件）本例为按3.!. 3条步骤制备氮中一氧化碳含量为4315、274.2、42.67、3.21 ppm( V/V）的标准混合气相对百分误差的计算Bl 混合气（氮中配4315 ppm( V/V）一氧化碳）表Bl氧化碳浓度（c, ）的相对百分误差土o.005 一氧化碳体积测量的相对百分误楚取样管容棋为26.02士。.OJ cm) = O. OJ X JOO 士0038 43 26. 02 混合气体飘测量的相对百分误差配气瓶容职为3OJS士。.5 cm =o.s JOO E士0OJ6 58 3 OJS 大

27、气压力（760J33.3士。.JXJ33.3!a）测量的相对百分误差。J7ioo士0OJ3 J6 配气瓶气体压力（J520J33.3士IX133.押的测量的相对百分误差1 100 士。.065 79 = J 520 上述各项之和为士o.138 96 hC, 士o.J4j c, 113 GBlQ.627-” B2混合气II（氮中配274.2 ppm( V/Y）一氧化碳表B2提合气I制备的相对百分误撞士。.139混合气H体积测量的相对百分误差取梓管容飘为383.6士0.1cm =O.IXIOO=O 02607 383. 6 混合气II体积测量的相对百分误差配气瓶容积为30240. 5 cm) -0

28、.5XIOO 土0016 53 3 024 大气压力（760133.3士0.IX 133. 3Pa）测量的相对百分误差o.1x 100 E士。.013 16 = 760 配气瓶内气体压力（I520133.3士1133.3Pa）测量的相对百分误差=IXIOO 士0065 79 I 520 E, =0. 261 tC. = 0.1 100 士0037 c, 274. 2 tC, 韭o.298=1士o.3j c, 83混合气III（氮中配42.67 ppm( V /V）一氧化碳表83混合气I制备的相对百分误差士。.139 混合气I体积测量的相对百分误差t取样管容积为60.50士0.01 cm) 。.

29、OIX!OO士o.016 53 = 60.50 温告气Ill体积测量的相对百分误差（配气瓶容积为3095士O.5 cm) =0.5X!OO 士0016 15 3 095 大气压力（760133.3士。1133.悍的测量的相对百分误差o.1x100 z士o.013 16 760 配气瓶内气体压力（I520133.3士1133.3阳）测量的相对百分误差1 100 士0065 79 1 520 上述各项之和0. 250 63 Em 士o.251 tC. =O.lXlOO 士0235 Cm 42.67 !Cm 士0.486=1士o.sj Cm 114 GB 10627-89 84混合气IV（氮中配3.

30、21 ppm( V/V）一氧化碳）表84混合气Hi嗣备的相对百分误差混告气I体飘测量的相对百分误差（取样管容积为60.50士0.01 cm) 混合气IV体积测量的相对百分误差配气瓶容棋为3060士0.5 cm) 大气压力（760133.3士O.I 133. 3Pa）测量的相对百分误差配气瓶内气体压力（！520X 133. 3土IX133.”的测量的相对百分误差上述各项之和为B, lC, c,. ” 附加说明g本标准由中华人民共和国化学工业部提出本标准由化学工业部西南化工研究院归口本标准由化学工业部西南化工研究院负责起草本标准主要起草人段淑芳士。.2佣。.OIX!OO士o.016 53 = 60. 50 =O.SXIOO 士0016 34 3 060 o.1x100 一士o.013 16 = 760 =IXIOO 士0065 79 I 520 士o.409 82 士。.41 = 。.00 z士3,12 士3.53罩匡I 15