标准气体的制备方法--饱和法

标准气体的制备方法--饱和法
一、适用范围
易于冷凝的气体和蒸气往往会发生表面吸附，因此，采用静态法很难制备含这些组分的标准混合气体，再则，这些标准混合气体也不能在接近饱和度的压力下保存而不发生冷凝，在这种情况下，可以使用饱和法。

该方法不需要对气体流量进行准确测定。

其相对不确定度小于1%。

二、原理
一种与其凝相相平衡的纯物质的蒸气压力仅取决于温度，在压力接近大气压和气相没有显著的反应(例如碳氢化合物混合气间的反应)的情况下，就能根据系统的温度和压力计算各组分的体积比。

倘若在一定的温度条件下，使一种补充气体与一种组分的凝相接触，就会或快或慢地达到饱和条件。

为了加速这个过程，在温度T1条件下，使补充气体穿过凝相，然后在冷凝器中将由此而得到的混合气冷却到温度T2,温度T2必须低于露点。

为了确保能达到饱和，温度之差(T1-T2)必须不低于5K。

组分X的体积比近似地等于该组分在温度T2时的蒸气压力P X除以冷凝器中混气的总压力P，即得下式：
为了将组分的体积比的不确定度降到最小，在安装和使用设备时应按照以下的方法进行。

(1)气体的准备所用补充气在进入饱和器之前，必须将其净化和干燥。

(2)仪器的相容性所用仪器的元件和承载气体的管线的材料不与标准混合气中的组分发生反应。

(3)仪器的选择所用连接管线的横截面积足够大以使气流阻产生的压力降到可以忽略不计。

(4)压力控制在恒压器的出口测量总压力。

(5)温度控制提供一条合适的加热连接管线，确保气体管线的温度高于T2，以防止冷凝。

(6)仪表所用测量仪表的精密度是温度计的误差|△T|<0.05K，测定压力的设备的误差|△P|<100 Pa。

(7))纯度由于某些杂质的存在会影响蒸气压力，故所用组分的纯度必须大于99.99%。

三、操作步骤
1.安装
对冷却面进行处理，以保证冷凝液出口处气体的温度与冷凝器的温度相等。

为了排除气流中的浮质，在冷凝器之后安装一个有挡板的稳压器，稳压器必须保持与冷凝器相同的温度。

采用合适的冷却、加热元件，通过控制回路，使恒温器中用于调节冷凝器和恒温器的冷却介质温度保持恒定。

除了温度T2，冷凝器中混合气的压力P也应保持恒定并显示出来。

冷凝器中所产生的冷凝液收集到冷凝液收集槽中，或用泵不断地排除。

2.回流系统的操作:
下图为用饱和法生产标准混合气体的设备示例。

来自储存器1的补充气首先连续地流经过滤器2滤去所含的石英纤维材料之类的悬浮颗粒。

在温度T1下，将欲配入的组分气送入饱和器3。

补充气流中组分的冷凝温度应高于其后的冷凝器4的温度T2。

冷却冷凝液中的混合气，直到有部分冷凝为止，冷凝液经冷凝液出口9排出。

继冷凝器之后，标准混合气流经稳压器5，把有可能存在的浮质分离出来。

冷凝器4与稳压器5都安装于温度恒定控制在T2下的容器中。

出口10处的压力计6可提供标准混合气的压力读数。

3.封闭循环系统的操作
使用封闭的循环系统，为了达到平衡，系统的操作应是连续的不间断的，并且一旦使用，在生产中必须避免任何的间断。

用循环泵12使标准气沿辅助回路11循环，标准气沿回路循环几次建立平衡后，在取样点10取气样。

从系统中抽取的样气必须用原料气1加以补充，以避免压力改变。

注:通过观察冷凝液的流量，便能检查冷凝器是否达到饱和。

由于气相与冷凝相的体积比约为1000:1，而且只有一小部分由补充气而得到的组分才在冷凝器中作为冷凝液被分离出来，故通过出口9时体积流量是很小的。

测定出口处的气体的露点便可确认是否达到了平衡。

四、不确定度的计算
相对不确定度一方面取决于冷凝器中气体的总压力，另一方面取决于饱和蒸气压力。

既然已知总压力的不确定度十分令人满意，那么蒸气压力值的不确定度就取决于:
①冷凝液温度测定的不确定度;
②温度控制(例如可测定△T<0.05K);
③所用蒸气压力数据的不确定度;
④气体组分的纯度。

通过下公式，根据单个测定的不确定度可计算组分x的体积比的相对展伸不确定度。

总的相对展伸不确
定度由测定的相对标准不确定度的平方和开平方根求得
注：为了保证大约95%的置信度(相对扩展不确定度)，上公式中的相对标准不确定度乘以平均系数2。

基于基准气中稳定相的溶解能力增强，故存在过饱和的可能。

组分的浓度通过与标准混合气比较而计算，在浓度很低时，这种方法就很困难了，这时利用可以痕量计
算的设备来测量浓度。