仪汽车尾气检测仪用标准气体研制报告

1、空气中甲烷、氮气中一氧化碳、氮气中一氧化氮、氮气中二氧化硫、氮气中二氧化碳、氮气中氧气体标准物质研制、八刖空气中甲烷、氮气中一氧化碳、氮气中一氧化氮、氮气中二氧化硫、氮气中二氧化碳、 氮气中氧标准气体广泛应用于石化、化工、冶金等行业。该标准气体用于安全报警仪及氧分 析仪的校准和检测。该标准气体采用国际通用的称量法配制，采用气相色谱法对标准气体进 行稳定性、均匀性实验，确保标准气体的量值准确可靠。标准气体浓度气体标准物质中，气体成分浓度（m o l / m o l ） 范 围 应 在 推 荐 值 土2 0 % 以 内 。气体成分空气中氮气中氮气中氮气中氮气中氮气中氧甲烷一氧化碳一氧化氮二氧化硫二

2、氧化碳分子式CH4CONOSO2CO2O2推荐值500ppm500ppm50ppm500ppm500ppm100ppm推荐值3.00%5.00%0.500%2.00%5.00%2.00%二、标准气体制备方法的研究2.1 原理配制方法采用 ISO6142-1982 或国家标准 GB/T5274-1985 称量法来制备混合气体方法。2.11 一次稀释法其中浓度范围在 103 Xi 1 （ mol）的混合气均采用一次稀释法。其摩尔浓度由下列公式计算：mimMiXi=- =-ni+刀 nmimj+ 刀一一MiMj式中 i、j 混合气体中组分符号：ni 为质量为 mi 的 i 组分的摩尔数。nj 为质量

3、为 mj 的 j 组分 的摩尔数。2.12 二次稀释法其中浓度范围在 104 X2i 10-2（ mol）的混合气均采用二次稀释法。取质量为卩 1 的混合气（即在 2.1.1 中制备的混合气 a）,用一种质量为卩d1、摩尔质量为 Md 的气体进行稀释。稀释所得混合气（混合气b）中，组分 i 的浓度由下列公式计算：式中 i 混合气体中组分符号：ni 为质量为 mi 的 i 组分的摩尔数。2.13 三次稀释法其中浓度范围在106 X3010-4（ mol）的低浓度混合气均采用三次稀释法。取质量为卩 2 的混合气（即在 2.1.2 中制备的混合气 b），用一种质量为 卩d2、摩尔质量为 Md 的气体

4、进行稀释。稀释所得混合气（混合气c）中，组分 i 其摩尔浓度由下列公式计算：.言式中 i 混合气体中组分符号：n2i 为质量为 m2i 的 i 组分的摩尔数。2.2 配气装置SX-川型混合气体配气装置，其中称量天平规格见下表:生产厂商型号取大称量感量梅特勒.托利多SB1600116000g0.1g23 钢瓶规格2.3.18 升铝合金瓶2.3.24 升铝合金瓶（用于色谱分析校准气配制）24 配置过程2.4.1 铝合金气瓶的预处理铝合金钢瓶在配制前需要进行清洗、干燥、抽真空等过程的预处理。2.4.2 铝合金钢瓶用高纯氮气进行多次置换。2.4.3 经置换过的气瓶在烘箱内抽真空48 小时，冷却至室温。

5、2.4.4 其瓶内压力应维持在 Pa。2.5 原料气纯度 制备上述标准气体需要的原料气为高纯氮气、氧气、气体。经分析，原料气的纯度为2.5.1 高纯氮（99.9993%以上），其中 H2W0.17X10-6,。2三 1.90X10-6,H2O 2.50X10-6, COW0.03X10-6, CH4W0.06X10-6, CO2W0.07X10-6。2.5.2 氧（99.995%以上）,其中 ArW10X10-6, N2W20X10-6,H2O 10X10-6，总碳含量（以 CH4计）W2X10-6, CO2 1X10-6。2.5.3CO （99.9% 以上），2.5.4NO （99.9%以上

6、）,其中 NO2W18X10-6, N2OW180X10-6,2 三 600X10-6, CO2W98X10-6,02_6W80X10 mol/mol。（99.9%以上），其中 出 0W300X10-6。（99.9%以上），2.6.配制压力不大于 10M Pa。三、空气中甲烷3.1 配制实例3.1.1 由于甲烷分子量比较低，如果制备3%的空气中甲烷，只能称量16 克，称量克数太少，因此先制备一个氮气中甲烷的中间瓶（该中间瓶浓度为20.0 %）。氮气中甲烷混合气，瓶号： 190245;规格：8 升铝合金瓶组分：CH4N2CH4配制完成后放置在滚动装置上滚动24 小时，中间瓶制备即告完成。空气中甲

7、烷混合气（以19.99%氮气中甲烷混合气加以氧气、氮气进行混合）瓶号：978155;规格：8 升铝合金瓶组分：CH4Air19.05% CH4/N2配制完成后放置在滚动装置上滚动24 小时，制备即告完成。3.1.2 同理如果制备 500ppm 的空气中甲烷，只能称量 0.27 克，称量克数太少，因此先制备两 个氮气中甲烷的中间瓶。因之前已经制备了一个浓度为19.05%的氮气中甲烷，在这基础上再制备一个更低浓度的中间瓶（该中间瓶浓度为2.00%）。氮气中甲烷混合气，瓶号：190091;规格：8 升铝合金瓶组分：CH4N219.99 % CH4/N2配制完成后放置在滚动装置上滚动24 小时，中间瓶

8、制备即告完成。空气中甲烷混合气（以 2.00 %氮气中甲烷混合气加以氧气、氮气进行混合） 瓶号：352880;规格：8 升铝合金瓶组分：CH4Air2.00% CH4/N2配制完成后放置在滚动装置上滚动24 小时，制备即告完成。3.2 空气甲烷气体标准物质的研究。3.2.1 实验条件的选择空气中甲烷气体标准物质的组分测定：空气中甲烷采用HP6890 气相色谱仪，FID 检测器。实验条件选择如下表:标准气体名称空气中甲烷检测仪器HP6890 气相色谱仪检测器FID色谱柱Al2O3/KCL柱温载气氮气322 典型色谱图的色谱分离结果采用 FID 检测器，氮气作载气，对甲烷有响应，上述实验条件下出峰

9、时间短，峰形好，灵 敏度高。（色谱图详见附件）3.3 标准气体的性能评价3.3.1 标准气体的均匀性考察 气瓶内混合气体由于气体分子量、沸点不同，会引起分层或液化现象，虽然预先作了分压计算，并加以保险系数，规定了最高配制压力，并进行了长时间滚动，但还必须进行均匀 性试验。均匀性试验采用配制完成半小时至六小时，二周后至一年逐步减压取样分析来观察，数据结果见表 1 2。表 1 （空气中甲烷标气配制完成后半小时至六小时，压力由 9.5M Pa 逐步减压至 3.5M Pa 的 数据 mol/mol ）气瓶内压力（Mpa）配制完成后的时间353976#CH4500 （单位 ppm）352868 #CH4

10、3.01（单位 ）9.5半小时5003.008.51 小时4993.017.52 小时5023.016.53 小时5002.995.54 小时5013.004.55 小时5003.003.56 小时5033.01平均值5013.00表 2 （空气中甲烷标气配制完成后两周后至一年，压力由 9.5M Pa 逐步减压至 0.5M Pa 的数 据 mol/mol ）气瓶内压力（Mpa）353909 # CH4502 （单位 ppm） 353896 # CH43.00 （单位 ）9.55003.008.54993.017.55053.016.55022.995.55013.004.55003.013.5

11、5033.012.55023.011.55022.990.55033.00平均值5023.00经气相色谱法测定结果表明，空气中甲烷标准气体组分含量随压力的变化在允许范围内，由 此可知，在不同压力下，组分含量浓度稳定，使用压力下限为0.50Mpa。332 标准气体随时间的稳定性作为空气中甲烷气体标准物质，一个主要指标必须在较长时间内是稳定的，其各组分含量不允许发生变化，为此必须作长时间稳定性考察。稳定性考察采用色谱分析每隔一月检测一次，共进行了十二个月，数据结果见表3。表 3 （甲烷每隔一月检测一次，共进行了十二个月的数据mol/mol）检测日期978155 # CH43.00（单位 ）2703

12、64 # CH4499 （单位 ppm）06.1006.1106.1207.0107.0207.0307.0407.0507.0607.0707.0807.09平均值标准偏差0.07%0.13%四、氮气中一氧化碳4.1 配制实例4.1.1 氮气中一氧化碳混合气，瓶号： 00329;规格：8 升铝合金瓶 组分： CON2CO配制完成后放置在滚动装置上滚动24 小时，制备即告完成。4.1.2 同理如果制备 500ppm 的氮气中一氧化碳，只能称量 0.47 克，称量克数太少，因此先制 备两个氮气中一氧化碳的中间瓶。因之前已经制备了一个浓度为4.99 %的氮气中一氧化碳，在这基础上再制备一个更低浓度

13、的中间瓶（该中间瓶浓度为4995ppm ）。氮气中一氧化碳混合气，瓶号： 357665 ;规格：8 升铝合金瓶组分：CON24.99 % CO/N2配制完成后放置在滚动装置上滚动24 小时，中间瓶制备即告完成。氮气中一氧化碳混合气（以氮气中一氧化碳混合气加氮气进行混合） 瓶号：04139;规格：8 升铝合金瓶组分：CON2CH4/N2配制完成后放置在滚动装置上滚动24 小时，制备即告完成。4.2 氮气中一氧化碳标准物质的研究。4.2.1 实验条件的选择氮气中一氧化碳气体标准物质的组分测定：氮气中一氧化碳5000ppm 及以下采用 HP6890气相色谱仪，配镍转化炉， FID 检测器；氮气中一氧

14、化碳 5000ppm 以上采用 GC8800 气相色 谱仪 TCD 检测器。实验条件选择如下表：标准气体名称氮气中一氧化碳（ 5000ppm）氮气中一氧化碳（5000ppm）检测仪器HP6890 气相色谱仪带镍转化炉GC8800 气相色谱仪检测器FIDTCD色谱柱PORPAKQ13X 分子筛柱温载气氮气氦气4.2.2 典型色谱图的色谱分离结果采用 FID 检测器，镍转化炉氮气作载气，对CO 有响应，上述实验条件下出峰时间短，峰形好，灵敏度高。采用TCD 检测器，氦气作载气，对CO 及氮气都有响应，上述实验条件下峰分离较好，灵敏度高。（色谱图详见附件）4.3.标准气体的性能评价4.3.1 标准气

15、体的均匀性考察气瓶内混合气体由于气体分子量、沸点不同，会引起分层或液化现象，虽然预先作了分 压计算，并加以保险系数，规定了最高配制压力，并进行了长时间滚动，但还必须进行均匀 性试验。均匀性试验采用配制完成半小时至六小时，二周后至一年逐步减压取样分析来观察，数据结果见表 4 - 5。表 4 （氮气中一氧化碳标气配制完成后半小时至六小时，压力由 9.5M Pa 逐步减压至 3.5M Pa的数据 mol/mol ）气瓶内压力（Mpa）配制完成后的 时间352865 #CO 501 （单位 ppm）353976#CO 4.99（单位 ）9.5半小时5004.978.51 小时5014.997.52 小

16、时5024.976.53 小时5004.985.54 小时5014.994.55 小时5054.983.56 小时5034.99平均值5024.98标准偏差0.18 %0.09 %表 5 （氮气中一氧化碳标气配制完成后两周后至一年，压力由9.5M Pa 逐步减压至 0.5M Pa的数据 mol/mol）（单位 ppm）（单位 ）标准偏差0.20 %0.09 %经气相色谱法测定结果表明，氮气中一氧化碳标准气体组分含量随压力的变化在允许范围 内，由此可知，在不同压力下，组分含量浓度稳定，使用压力下限为0.50Mpa。4.4 标准气体随时间的稳定性作为氮气中一氧化碳气体标准物质，一个主要指标必须在较

17、长时间内是稳定的，其各组分含量不允许发生变化，为此必须作长时间稳定性考察。稳定性考察采用色谱分析每隔一月检测一次，共进行了十二个月，数据结果见表6。表 6 （ 一氧化碳每隔一月检测一次，共进行了十二个月的数据mol/mol）检测日期（单位 ppm）（单位 ）06.1006.1106.1207.0107.0207.0307.0407.0507.0607.0707.0807.09平均值标准偏差0.18 %0.09%五、氮气中一氧化氮5.1 配制实例5.1.1 由于一氧化氮分子量比较低，如果制备5000ppm 的氮气中一氧化氮，只能称量5.1 克,称量克数太少，因此先制备一个氮气中一氧化氮的中间瓶（该中间瓶浓度为3.00 %）。氮气中一氧化氮混合气，瓶号：190331 ;规格：8 升铝合金瓶组分：NON2CH4配制完成后放置在滚动装置上滚动24 小时，中间瓶制备即告完成。氮气中一氧化氮混合气（以3.00 %氮气中一氧化氮混合气加氮气进行混合）瓶号：02153;规格：8 升铝合金瓶组分：NON23.00 % NO/N2氮气中一氧化氮混合气，瓶号：352934 ;规格：8 升铝合金瓶组分：NON2NO5.2 氮气中一氧化氮气体标准物质的研究。5.2.1 实验条件的选择氮气中一氧化氮气体标准物质的组分测定：氮气中一氧化氮采