曹永杰,董玉蓮,張 千

(保定市北方特種氣體有限公司,河北保定 071002)

氮氣中一氧化氮氣體標準物質的研制①

曹永杰,董玉蓮,張 千

(保定市北方特種氣體有限公司,河北保定 071002)

敘述了氮氣中一氧化氮氣體標準物質的制備,以及用化學發(fā)光法對其均勻性和穩(wěn)定性進行考察,確保數據準確可靠。

一氧化氮;氣體標準物質

近年來,我國汽車產業(yè)飛速發(fā)展,產銷量驟增。汽車污染物的排放是當今世界公認的大氣污染物的重要來源之一,對人類生存境況已構成極大威脅,因而控制和治理機動車排放污染已成為世界各國的共識。為此,我國還專門制定相應的法規(guī),在北京、上海、廣州等大城市還率先執(zhí)行了歐Ⅲ標準,使我國該項環(huán)保治理工作開始向國際先進行列靠攏。

作為生產過程質量控制及環(huán)保治理的依據就是汽車污染物的監(jiān)測數據,要準確可靠地監(jiān)測就必須用相應的氣體標準物質,對監(jiān)測儀器進行周期檢定和日常校準。

本課題研究汽車排放監(jiān)測用氣體標準物質(N2中NO是用于汽車工況法尾氣監(jiān)測儀校準用系列氣體標準物質之一),以確保這類監(jiān)測儀器計量性能的準確可靠。

1 研制內容及方法

1.1 研制的基本思路

本課題研制的氣體標準物質按照GB 5274—85《氣體分析 校準用混合氣體的制備 稱量法》所規(guī)定的方法制備。產品用化學發(fā)光法進行參比分析,用國家標準物質中心提供的氣體標準物質作參比分析的標準物質,以防止配氣過程中可能出現(xiàn)的過失誤差,從而確保所提供的氣體標準物質量值的準確可靠。

1.2 研制所用的儀器設備

1.2.1 稱量設備

型號:TG320B型精密標準天平,載荷:20 kg,感量:10 mg;型號:梅特勒SB16001型電子天平,載荷:16 kg,感量:0.1 g。

1.2.2 分析儀器

42C NO-NO2-NOxAnalyzer High Level。

1.3 鋼瓶的選擇及其處理

本氣體標準物質的配制容器選用8 L高壓鋁瓶,氣瓶質量符合國家《氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》中的有關規(guī)定,對氣瓶進行了真空加熱干燥處理(抽空至2 Pa以下,加熱溫度100℃,加熱時間8 h)。

1.4 原料氣的選擇及其分析

選用純度為99.99%的一氧化氮和純度為99.999%的高純氮為原料氣。

2 高壓氣瓶裝NO/N2氣體標準物質的配制

2.1 NO/N2氣體標準物質的配制原理

在充入一定量已知純度的某氣體組分的前后稱量氣瓶,由兩次稱量的砝碼讀數之差確定充入氣瓶內該組分氣體的質量。依次充入各組分氣體,便制備成所需要的混合氣?；旌蠚庵忻總€組分的物質的量分數,為該組分的摩爾數與所有組分摩爾數總和之比。

為了避免稱量過小量的氣體帶來的誤差,物質的量分數<10-2且>10-4時,用二次稀釋法制備;物質的量分數<10-4并>10-6時,用三次稀釋法制備。

2.2 NO/N2氣體標準物質的配制步驟

由于采用配重瓶進行替代法稱量,每次向瓶內充入一個組分,待氣瓶和組分氣與環(huán)境溫度達到熱平衡后,稱量氣瓶(當氣瓶質量恒定時,就認為已達到了熱平衡)。這種方法可消除因氣壓所引起的浮力變化。并且所有操作應在清潔和穩(wěn)定的環(huán)境中進行。標氣制備的計算公式如下

式中,N2i=·n為質量為μ的混合氣a中組分i1i的摩爾數;為質量為μd1的稀釋氣的摩爾數;N=·n為質量為μ的混合氣a中各組分2t1的總摩爾數;Ns2=N2t+Nd1為所得混合氣b總摩爾數;ms2=μ1+μd1為所得混合氣b總質量。

3 NO/N2氣體標準物質的性能考察

3.1 分析方法和分析條件的選擇及參比標準的來源

3.1.1 分析方法

本課題的研制過程中對研制的氣體標準物質中的組分氣體NO采用化學發(fā)光法作為參比分析方法。

3.1.2 參比分析方法

原理:化學發(fā)光法;儀器:42C NO-NO2-NOxAnalyzer High Level。

3.1.3 參比標準的來源

本課題所用的參比標準為國家標準物質中心提供的氣體標準物質。

3.2 NO/N2氣體標準物質物質的量分數的均勻性考察

制備后,0.5 h開始對其濃度進行檢測,結果見表1。結果表明:稱量法制備的NO/N2氣體標準物質在0.5 h后,即已成為均勻物質。

表1 NO/N2的均勻性檢驗(10-6)Table 1 Unifor mity inspection forNO/N2

3.3 NO/N2氣體標準物質物質的量分數隨時間變化的穩(wěn)定性考察

NO/N2制備后,用化學發(fā)光法逐月對其量值進行了連續(xù)一年的監(jiān)測,結果見表2。結果表明: NO/N2量值的變化在化學發(fā)光法的誤差范圍內,在考察期內量值穩(wěn)定。

表2 NO/N2物質的量分數隨時間變化的穩(wěn)定性考察(10-6)Table 2 Stability review forNO/N2contentwith time change

3.4 NO/N2氣體標準物質隨壓力變化其物質的量分數的穩(wěn)定性考察

在進行隨時間變化的穩(wěn)定性考察的同時進行了放壓試驗,結果見表3。結果表明:氣瓶內壓力從制備后的10 MPa降至0.5 MPa,物質的量分數的變化在化學發(fā)光法分析的誤差范圍內,在上述壓力變化范圍內NO/N2標準物質的量值是穩(wěn)定的。

表3 NO/N2物質的量分數隨壓力變化的穩(wěn)定性考察(10-6)Table 3 Stability review forNO/N2contentwith pressure change

4 NO/N2氣體標準物質的參比分析及不確定度的評估

4.1 NO/N2氣體標準物質的參比分析及測量不確定度

以國家標物中心提供的氣體標準物質為參比標準,用化學發(fā)光法進行分析,測定結果見表4。稱量法給出的量值與化學發(fā)光法分析值的比對結果見表5。

表4 化學發(fā)光法的參比分析結果Table 4 Consult analysis result by chemiluminescence method

表5 稱量法給出的量值與化學發(fā)光法分析值的比對結果Table 5 Compare the value by weightingmethod with the analysis value by chemiluminescence method

4.2 NO/N2氣體標準物質不確定度的評估

配制氣體標準物質的不確定度主要來源于樣氣量值純度分析的不確定度,稀釋氣中樣氣含量及測定的不確定度,稱量法配制過程中產生的不確定度,以及氣體標準物質量值穩(wěn)定性所產生的不確定度(此項選其中最大的記入)。

4.2.1 原料氣純度所產生的相對不確定度

氮中一氧化氮氣體標準物質所用一氧化氮由光明化工研究設計院提供,其純度為99.99%,相對不確定度為0.01%。

4.2.2 稀釋氣純度所產生的相對不確定度

稀釋氣起源由法液空提供,純度為99.999%,相對不確定度為0.001%。

4.2.3 采用稱量法制備的氣體標準物質其稱量過程中所產生的不確定度

稱量過程引起的不確定度主要有稱量的隨機不確定度,砝碼修正的不確定度,浮力修正的不確定度,機械損失的不確定度等構成。

4.2.4 氣體標準物質量值穩(wěn)定性所產生的相對不確定度

以化學發(fā)光法考察氣體標準物質的均勻性、穩(wěn)定性及隨時間和壓力變化組分的變化情況來確定氣體標準物質量值在有效期內變化的標準不確定度。

4.2.5 不確定度的合成

綜合分析,將各分量不確定度合成見表6。

表6 總不確定度Table 6 The total uncertainty

5 結 論

本課題所研究的采用重量法制備的NO/N2氣體標準物質經過一年的考察,產品量值的穩(wěn)定性達到了課題原定技術指標。

[1]ISO 6142:2008,氣體分析 校準用混合氣體的制備稱量法[S].

[2]全浩,韓永志.標準物質及其應用技術[M].2版.北京:中國計量出版社,2003.

[3]李春瑛.標準氣體研制過程中不確定度的估算及其表示方法[C]//全國計量測試學術大會論文集.北京, 2000.

Preparation of Gas Certified ReferenceMaterials For Nitric Oxide in Nitrogen

CAO Yongjie,DONG Yulian,ZHANG qian
(Baoding North Special Gases Co.,Ltd.,Baoding 071002,China)

The thesis describes the preparation of gas certified reference materials for nitric oxide in nitrogen.It also describes the way to assess the uniformity and stability by chemiluminescence method to ensure the correctness and reliability of the data.

nitric oxide;gas certified reference materrials

TQ117

:B

:1007-7804(2010)04-0022-04

10.3969/j.issn.1007-7804.2010.04.007

2010-06-28

曹永杰,男,畢業(yè)于河北大學,現(xiàn)任保定市北方特種氣體有限公司工程技術中心主任,主要從事特種氣體和標準氣體的研發(fā)工作。