气体分析 气体中微量水分的测定 第3部分：光腔衰荡光谱法 征求意见稿

1GB/T5832.3—XXXX气体分析气体中微量水分的测定第3部分：光腔衰荡光谱法警示——使用本文件的人员应有正规实验室工作的实践经验。本文件并未指出所有可能的安全问题。使用者有责任采取适当的安全和健康措施，并保证符合国家有关法规规定的条件。本文件规定了用光腔衰荡光谱法测定气体中微量水分的试验方法，包括原理、试验条件、仪器设备、采样、试验步骤、试验数据处理、精密度和测量不确定度、质量保证和控制、试验报告等内容的具体要求。本文件适用于微量及痕量水分含量的测定，测定范围：0.1×10-9（摩尔分数）～20×10-6（摩尔分数）。不适用于可损坏玻璃镜面的气体，例如氟化氢、氟气；不适用于对水的吸收光谱有干扰的气体，例如硅烷、甲烷、锗烷。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T43306气体分析采样导则3术语和定义GB/T43306界定的以及下列术语和定义适用于本部分。3.1光腔Cavity由高反射率的镜面组成的稳定光学谐振腔。3.2光腔衰荡CavityRing-Down光在光腔内来回反射振荡，由于腔损耗和腔内被测组份的吸收，光强度随时间呈单指数衰减。3.3光腔衰荡时间CavityRing-DownTime光腔内光子数量衰减到初始量的1/e（e为自然数）时所用的时间。4原理一束单波长激光进入光腔后，光束在腔镜之间来回反射振荡。当切断光源后，其能量就会随时间而衰减，衰减的速度与光腔自身的损耗（包括透射、散射）和腔内被测组份（介质）的散射与吸收有关。2GB/T5832.3—XXXX对于给定的光腔，其自身的损耗为常量。光能量衰减的速度与被测组份的含量有关。被测组份的含量与其分子在光腔内的密度成正比，分子的密度由衰荡时间按公式（1）确定：……式中：——被测分子密度，与含量成正比，单位为分子每立方米（分子/m3C——光速，单位为米每秒（m/s）；σ(V)——分子在激光频率V的吸收横截面，单位为平方米（m2/分子）τ(V)——有吸收介质的衰荡时间，单位为秒（s）；τempty——在吸收介质无光谱吸收的激光频率处的衰荡时间，单位为秒（s）。被测组分的含量根据公式（2）确定：。……式中：X——被测组分含量，单位为摩尔比摩尔(mol/mol)；D总——气体分子总密度，单位为分子数每立方米（分子数/m3NA——阿伏加德罗常数，6.0221367×1023个/摩尔；P——光腔池中的压力，单位为帕（PaT——光腔池中的温度，单位为开（K）；R——气体常数，8.314510Pa·m3/mol·K；5试验条件使用环境应满足下列要求：——环境温度10～40）℃;——环境相对湿度：（30～80）%；——周围无强电磁场干扰，无腐蚀性气体和无强烈震动；——供电电源：交流电压90V～250V，频率50Hz～60Hz；——接地要求：仪器可靠接地（接地电阻≤4Ω)。6试剂与材料6.1吹扫气宜为以下气体：——高纯氮或超纯氮，符合GB/T——高纯氩或超纯氩，符合GB/T——高纯氦或超纯氦，符合GB/T6.2气体标准样品（或标准物质）3GB/T5832.3—XXXX当样品气中水分含量不大于1×10-6（摩尔分数）时，可按GB/T5275的规定制备标准样品（或标准物质）。7仪器设备7.1一般要求光腔衰荡光谱仪的主要部件有激光光源、分析检测单元、数据处理及显示单元，应能根据气体的种类进行测定。7.2激光光源仪器的激光光源一般选用高稳定性、低噪声的半导体激光器，通过改变半导体激光器工作电流或工作温度等参数调谐激光输出波长，波长范围一般为1000nm~2000nm。7.3预处理系统当待测气体中含有液体及固体颗粒时，应采用膜过滤器和精细颗粒过滤器，颗粒过滤器宜能过滤3nm的颗粒。7.4分析检测单元仪器应配置气体腔室、光电传感器、电源模块以及温度和压力传感器，获得水分的测量信号。7.5数据处理单元仪器应配置数据处理软件，能自动采集测量信号。7.6数据显示单元仪器应直接实时显示气体样品中的水分含量。7.7校准要求7.7.1测定前，宜用样品气自校准零点；7.7.2当样品气中水分含量不大于1×10-6（摩尔分数）时，可用6.2中规定的气体标准样品（或标准物质）校准。7.8计量检定或校准仪器可经过计量检定机构检定或校准，并在有效期内。8采样8.1通则采样的实施应按GB/T43306的规定执行。8.2采样类型宜直接采样。4GB/T5832.3—XXXX8.3采样系统8.3.1采样系统的气密性测试宜用增压保压法、抽真空保压法和检漏仪法测试采样系统的气密性。8.3.2采样系统的材质样品与采样系统的材质应无反应、不起催化作用，材质应为金属。宜采用内抛光的316L不锈钢。8.3.3压力、流量调节器无死体积或死体积应尽可能小。8.3.4采样设备的连接方式连接方式应确保系统的气密性良好。宜采用VCR连接、焊接和无死角接头。不宜采用卡套式接头。9试验步骤9.1仪器准备按仪器说明书开启仪器。用吹扫气或者样品气吹扫仪器。9.2尾气排放与处理测定时，如果尾气中含有可能污染环境的物质，应有尾气处理措施。9.3样品测定用待测气体吹扫气路系统。选择待测气体的种类。将仪器设定为测量状态，按仪器说明书调节气体压力和流量，测定待测气体。当仪器示值稳定时，自校准后读取水分含量值。9.4关机按照仪器说明书要求关机。10试验数据处理在测量状态下，仪器显示的分析结果即为样品气中的水分含量。待数据基本稳定后，至少每隔30s记录一次测量结果，记录5次取平均值为最终测量结果。11精密度和测量不确定度11.1精密度在本文件给出的测定范围内，在重复性条件下，短时间间隔（至少30s）内的两个试验结果之差在95%置信水平下不应超过表1中列出的值。5GB/T5832.3—XXXX表1精密度单位摩尔分数）0.01×10≤x＜0.05×100.003×100.021×100.05×10≤x＜0.1×100.005×100.035×100.1×10≤x＜0.5×100.007×100.046×100.019×100.072×100.056×100.276×100.194×100.434×1011.2测量不确定度组分含量测定结果的测量不确定度的评定宜按附录A执行。12质量保证和控制12.1.1为了避免污染，当仪器不使用时，应用吹扫气吹扫后密封气体出入口。12.1.2仪器出口压力宜小于10KPa。13试验报告试验报告宜给出以下的内容：——标题（例如“检测报告”——试验报告的唯一性标识和表明报告结束的清晰标识；——实施试验活动的地点、环境条件；——试验人员姓名、试验日期、报告发布日期等；——客户的名称和联络信息（必要时）；——试验对象的描述，例如样品名称、编号、采样日期、采样地点、采样时间、采样环境等；样品明确的标识、样品的状态、样品的接收时间；——本文件的编号（包括发布或出版年号）、采样方法、实验方法以及对方法的补充、偏离或删减——观察到的异常现象；——测定结果。6GB/T5832.3—XXXX（资料性附录）组分含量测定