標準氣體的又一制備方法,飽和法
一、適用范圍
易于冷凝的氣體和蒸氣往往會發生表面吸附,因此,采用靜態法很難制備含這些組分的標準混合氣體,再則,這些標準混合氣體也不能在接近飽和度的壓力下保存而不發生冷凝,在這種情況下,可以使用飽和法。該方法不需要對氣體流量進行準確測定。其相對不確定度小于1%。
二、原理
一種與其凝相相平衡的純物質的蒸氣壓力僅取決于溫度,在壓力接近大氣壓和氣相沒有顯著的反應(例如碳氫化合物混合氣間的反應)的情況下,就能根據系統的溫度和壓力計算各組分的體積比。
倘若在一定的溫度條件下,使一種補充氣體與一種組分的凝相接觸,就會或快或慢地達到飽和條件。為了加速這個過程,在溫度T1條件下,使補充氣體穿過凝相,然后在冷凝器中將由此而得到的混合氣冷卻到溫度T2,溫度T2必須低于露點。為了確保能達到飽和,溫度之差(T1-T2)必須不低于5K。
為了將組分的體積比的不確定度降到最小,在安裝和使用設備時應按照以下的方法進行。
(1)氣體的準備 所用補充氣在進入飽和器之前,必須將其凈化和干燥。
(2)儀器的相容性 所用儀器的元件和承載氣體的管線的材料不與標準混合氣中的組分發生反應。
(3)儀器的選擇 所用連接管線的橫截面積足夠大以使氣流阻產生的壓力降到可以忽略不計。
(4)壓力控制 在恒壓器的出口測量總壓力。
(5)溫度控制 提供一條合適的加熱連接管線,確保氣體管線的溫度高于T2,以防止冷凝。
(6)儀表 所用測量儀表的精密度是溫度計的誤差|△T|<0.05K,測定壓力的設備的誤差|△P|<100 Pa。
(7))純度 由于某些雜質的存在會影響蒸氣壓力,故所用組分的純度必須大于99.99%。
三、操作步驟
1.安裝
對冷卻面進行處理,以保證冷凝液出口處氣體的溫度與冷凝器的溫度相等。為了排除氣流中的浮質,在冷凝器之后安裝一個有擋板的穩壓器,穩壓器必須保持與冷凝器相同的溫度。采用合適的冷卻、加熱元件,通過控制回路,使恒溫器中用于調節冷凝器和恒溫器的冷卻介質溫度保持恒定。除了溫度T2,冷凝器中混合氣的壓力P也應保持恒定并顯示出來。冷凝器中所產生的冷凝液收集到冷凝液收集槽中,或用泵不斷地排除。
2.回流系統的操作:
來自儲存器1的補充氣首先連續地流經過濾器2濾去所含的石英纖維材料之類的懸浮顆粒。
在溫度T1下,將欲配入的組分氣送入飽和器3。補充氣流中組分的冷凝溫度應高于其后的冷凝器4的溫度T2。冷卻冷凝液中的混合氣,直到有部分冷凝為止,冷凝液經冷凝液出口9排出。繼冷凝器之后,標準混合氣流經穩壓器5,把有可能存在的浮質分離出來。冷凝器4與穩壓器5都安裝于溫度恒定控制在T2下的容器中。出口10處的壓力計6可提供標準混合氣的壓力讀數。
3.封閉循環系統的操作
使用封閉的循環系統,為了達到平衡,系統的操作應是連續的不間斷的,并且一旦使用,在生產中必須避免任何的間斷。用循環泵12使標準氣沿輔助回路11循環,標準氣沿回路循環幾次建立平衡后,在取樣點10取氣樣。從系統中抽取的樣氣必須用原料氣1加以補充,以避免壓力改變。
注:通過觀察冷凝液的流量,便能檢查冷凝器是否達到飽和。由于氣相與冷凝相的體積比約為1000:1,而且只有一小部分由補充氣而得到的組分才在冷凝器中作為冷凝液被分離出來,故通過出口9時體積流量是很小的。測定出口處的氣體的露點便可確認是否達到了平衡。
四、不確定度的計算
相對不確定度一方面取決于冷凝器中氣體的總壓力,另一方面取決于飽和蒸氣壓力。既然已知總壓力的不確定度十分令人滿意,那么蒸氣壓力值的不確定度就取決于:
①冷凝液溫度測定的不確定度;
②溫度控制(例如可測定△T<0.05K);
③所用蒸氣壓力數據的不確定度;
④氣體組分的純度。
基于基準氣中穩定相的溶解能力增強,故存在過飽和的可能。
組分的濃度通過與標準混合氣比較而計算,在濃度很低時,這種方法就很困難了,這時利用可以痕量計算的設備來測量濃度。