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摘要： 按照 I S O   6 1 4 4標(biāo)準(zhǔn)， 設(shè)計(jì)、 研制了新型標(biāo)準(zhǔn)氣體靜態(tài)容量法配氣裝置， 該裝置具備高精度測(cè)溫、 測(cè)壓系
統(tǒng)， 并設(shè)計(jì)了流體高真空攪拌器， 該攪拌器無(wú)泄漏， 無(wú)污染。新研制的裝置解決了現(xiàn)行靜態(tài)容量法配制組分常溫小
呈液態(tài)時(shí)誤差偏大的難題。用該裝置配制的標(biāo)準(zhǔn)氣體與重量法 、 動(dòng) 態(tài)法 配制 的氣 體以及 比對(duì)用 的標(biāo) 準(zhǔn)氣體相
比較表明 ， 它們之 間具有很好 的一致性 ， 相對(duì)偏差均在 3 ％以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)表 明該配氣裝置不確定度為 （ 2～4 ）

1   前言
近年來(lái)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)和環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域
的不斷加強(qiáng)和拓寬 ， 我國(guó)對(duì) l 0 ～～1 0 。t o o l ／ t o o l 濃度
范圍的標(biāo)準(zhǔn)氣體 的需求量增加很快。然而 ， 我 國(guó)在
該含量范圍的標(biāo)準(zhǔn)氣體配制方法及其包裝技術(shù)方面
的研究還很欠缺 ， 和發(fā)達(dá)國(guó)家如美 國(guó)、 歐盟 、 日本等
相 比還存在較大差距。I S O   6 1 4 4標(biāo)準(zhǔn)推薦 了微量標(biāo)
準(zhǔn)氣體的靜態(tài)容量法配氣方法…。該方法配氣速度
快 ， 操作 簡(jiǎn) 單 ， 即配 即 用。對(duì) 大 多 數(shù) 欲 配組 分 在
l 0 ～一1 0   m o l l m o l 濃度范圍 ， 其配制 的標(biāo)準(zhǔn)氣體不
確定度為（ 2 —4 ） ％ 。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氣體需要量不是很大的
常用氣體微量組分分析來(lái)說(shuō) ， 靜態(tài)容量法是一個(gè)方
便的配制標(biāo)準(zhǔn)氣體 的方法 ； 同時(shí) ， 相對(duì)其 它配氣方
法 ， 它是一個(gè)很好的比對(duì)與驗(yàn)證手段。 
收稿 日期 ： 2 0 0 2—0 7 —2 5 ； 修 回日期 ： 2 0 0 2—0 9—1 5 
基金項(xiàng)目： 資助 （ 0 l 一0 2 一1 0 1 ） 
作者簡(jiǎn)介：周澤義（ 1 9 6 6 一 ） ， 男 ， 安徽巢湖人 ， 國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)物質(zhì)研究 中心 副研究員 ， 博士 ， 主要從事化學(xué)計(jì)量學(xué) 的研究 。 
本文按照 I S O   6 1 4 4的*新版本， 研制 了靜態(tài)容
量法標(biāo)準(zhǔn)氣體配氣裝 置。用該裝 置完成 了一系列
1 0   t o o l ／ t o o l 濃度范圍的無(wú)機(jī)和有機(jī)揮發(fā)性標(biāo)準(zhǔn)氣
體的配制。所配制的標(biāo)準(zhǔn)氣體和用重量法 、 動(dòng)態(tài)配
氣法配制的標(biāo)準(zhǔn)氣體 、 以及來(lái) 自天然氣 比對(duì)的
標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行了比對(duì)和研究。 
2  靜態(tài)容量法標(biāo)準(zhǔn)氣體配氣裝置
2． 1 靜態(tài)容量法配氣原理
靜態(tài)容量法配氣原理 是將欲配組分氣體 （ 或液
體） 通過(guò)注射孔注入一密封容器（ 混合室） 中， 同時(shí)導(dǎo)
人稀釋氣體 ， 充分?jǐn)嚢杌旌虾?， 測(cè)得混合氣體 的溫
度 、 壓力 。由欲配組分的注入量 、 容器的體積、 溫度、 
壓力計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度。 
2 ． 1 ． 1 欲配組分常溫下呈氣態(tài)時(shí)的濃度計(jì)算
以雙組分氣體為例， 在理想氣體狀態(tài)下 ， 欲配標(biāo)
準(zhǔn)氣體的濃度計(jì)算公式為
l ， ． 
Qx=   —— 一 ×1 0 6   （ 1 ） 
x
式 （ 1 ） 中， Q  為組分 x （ 欲配組分 ） 的體積濃度 ， 
單位為 ／ ~ m o l l t o o l ； V  為組分 x的體積， 單位 m l ； V 
為稀釋氣體 A的體積（ 所有的體積都是換算到相同
溫度和壓力下的體積） ； P． 為配氣環(huán)境大氣壓力， P 
為混合室壓力（ 配制氣體壓力 ） 。 
2 ． 1 ． 2 欲配組分常溫下呈液態(tài)時(shí)的濃度計(jì)算
以雙組分氣體為例， 在理想氣體狀態(tài)下， 欲配標(biāo)
準(zhǔn)
圈 1 靜 態(tài) 答 量 法 配氣 裝 置設(shè) 計(jì) 不 意 圖
2 ． 3 靜態(tài)容量法配氣裝置主要性能指標(biāo)考察
靜態(tài) 容量法需 要測(cè)定 的參數(shù)是混合室 的溫度
、壓力 P、 體積  以及注入混合室的欲配組 分的
量  。其中混合室的體積是采用減稱法 ， 稱 出注入
混合室的水的重量而進(jìn)行標(biāo)定的， 通過(guò)下式計(jì)算出
混合室的體積。 
準(zhǔn)氣體的濃度計(jì)算公式為
n —
AWI M × 1 0 6   ， 
X—P，×V ． ， （ R×T）+△ ，   ‘ 
式（ 2 ） 中 △   為欲配組分注入量 ，   為分子摩
爾質(zhì)量，   為混合室溫度， R為氣體常數(shù)， 其余同上。 
由式（ 2 ） 可計(jì)算出溫度變化對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氣體量值 的影響
程度 。 
2 ． 2 靜態(tài)容量法配氣裝置的設(shè)計(jì)和研制
目前 ， 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定沿用的靜態(tài)容量法配氣裝
置還是十幾年前設(shè)計(jì)制作的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 操作復(fù)雜的
配氣裝置。這種裝置使用汞一 玻璃 U型管壓力計(jì)測(cè)
壓 、 用玻璃容器配制和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)氣體體積。進(jìn)行修
正時(shí)不是測(cè)量配制 時(shí)裝置 中的氣體溫度 ， 而是 以環(huán)
境溫度代替。操作復(fù)雜 、 配制 的重復(fù)性和準(zhǔn)確性差， 
且操作存在不安全性。尤其不宜配制常溫下組分氣
體呈液態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)氣體。 
本文使用 的靜態(tài)容量法標(biāo)準(zhǔn)氣體配氣裝置是按
照 I S O   6 1 4 4 —9 8標(biāo) 準(zhǔn)推薦的技術(shù) 規(guī)范和要求 研制
的。不僅可準(zhǔn)確 、 方便地配制 常溫下組分氣體呈氣
態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)氣體 ， 而且準(zhǔn)確配制常溫下組分氣體呈液
態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)氣體 。面對(duì)當(dāng)前眾多對(duì)微量的、 無(wú)機(jī)或有
機(jī)揮發(fā)性標(biāo)準(zhǔn)氣體的需求 ， 本裝 置的研制具有重要
的現(xiàn)實(shí)意義。圖 1 和圖 2分別為裝置示意圖和實(shí)物
圖。該裝置主要 由不銹鋼混合室（ 內(nèi)壁拋光） 、 磁流
體攪拌器、 數(shù)字溫度測(cè)量傳感器、 數(shù)字壓力測(cè)量傳感
器 、 真空計(jì) 以及真空泵等組成。經(jīng)實(shí)驗(yàn)考察 ， 其各項(xiàng)
性能指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò) I S O   6 1 4 4 —9 8標(biāo)準(zhǔn)推薦的技
術(shù)參數(shù)要求。 
2 新研制 的靜態(tài)容量法配氣 裝置 V ^-   AW  （ 3 ） 
式中 V  為混合室體 積， AW 為注入的水量， d 。 
為稱量時(shí)溫度 t 下的水的密度。表 1 為新研制 的靜
態(tài)容量法配氣裝置各主要性能指標(biāo) 的測(cè)試結(jié)果。 
2． 4 靜態(tài)容量法配氣與重量法配氣的比對(duì)研究
為考察所研制 的靜態(tài)容量 法配氣方 法的準(zhǔn)確
性 ， 將重量法配制的標(biāo)準(zhǔn)氣體（ 該標(biāo)準(zhǔn)氣體
已和來(lái) 自天然氣比對(duì)的氮中甲烷和氮 中一氧化
碳標(biāo)準(zhǔn)氣體比對(duì)過(guò)， 量值一致） 與靜態(tài)容量法配制的
相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)氣體通過(guò)色譜分析方法進(jìn)行 了比對(duì)實(shí)驗(yàn)。 
實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 2 。 
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2 靜態(tài)法和重量法的 比對(duì)實(shí)驗(yàn)
從表 2中可以看出比對(duì)結(jié)果的一致性。與重量
法相 比， 偏差在 1 ． 5 ％以內(nèi)。 
2 ． 5 靜態(tài)容量法與擴(kuò)散管法配制的苯 系物標(biāo)準(zhǔn)氣
體的比對(duì)實(shí)驗(yàn)
用本文研制 的靜 態(tài)容量法配氣裝 置配制 1 0 
m o l ／ m o l 濃度范圍的苯系物標(biāo)準(zhǔn)氣體， 通過(guò)色譜分析
方法與苯系物擴(kuò)散管動(dòng)態(tài)配氣產(chǎn)生的相應(yīng)濃度的標(biāo)
準(zhǔn)氣體進(jìn)行比對(duì)實(shí)驗(yàn)。表 3為靜態(tài)容量法配制的標(biāo)
準(zhǔn)氣體和動(dòng)態(tài)配氣法產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)氣體的比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)
果 。實(shí)驗(yàn)表明在攪拌狀態(tài)下 ， 靜態(tài)配氣和動(dòng)態(tài)配氣
有很好的一致性 ， 兩者相對(duì)偏差在 ±3 ％以內(nèi)。  
表 3 靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法配制的苯系物標(biāo)準(zhǔn)氣體的比對(duì)結(jié)果
T
．   - r  I  t   T   l   ’   I   t 
． L   J I   I—   i  ’ I   l上T 
I   l   I   上   I 
1． 
A B C D E  F  G H  A B  C  D E  F  G H
實(shí)驗(yàn)室名稱
圈 3 天然氣（ 甲烷中異戊烷 ） 比對(duì)結(jié)果
2 ． 6 靜態(tài)容量法與比對(duì)氣的比對(duì)實(shí)驗(yàn)
將來(lái) 自天然氣比對(duì)的甲烷中異戊烷標(biāo)準(zhǔn)氣
體L 2   與靜態(tài)容量法配制的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)氣體通過(guò)色譜分
析方法進(jìn)行了比對(duì)實(shí)驗(yàn)。比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 3 。圖
中， D為由本裝置配制 的相應(yīng)標(biāo) 準(zhǔn)氣體 ， 代表我 國(guó)
（ N R C C R M） 參與比對(duì) 的數(shù)據(jù) ， 圖示表 明， 比對(duì)結(jié)
果很一致 。 
2 ． 7 靜態(tài)容量法配氣 的量值不確定度評(píng)價(jià)b 
綜合考慮靜態(tài)容量法配氣過(guò)程中各種影響配制
結(jié)果的因素 ， 當(dāng)欲配組分為氣體時(shí)， 根據(jù)式（ 1 ） ， 雙組
分標(biāo)準(zhǔn)氣體的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可由下式表示 ： 
：   ㈩ 
當(dāng)欲配組分為液體時(shí)， 根據(jù)公式（ 2 ） ， 雙組分標(biāo)準(zhǔn)氣體其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可 由下式計(jì)算 ： 
=
√ 【   】 + 【   『 + 【   】   ㈥   當(dāng)組分為氣體 ， 置信概率為 9 5 ％、 包含因子為 2 
時(shí) ， 按式（ 4 ） 計(jì)算擴(kuò)展不確定度為： 
Uk=2~   = 
2 ×~ ／ （ 0 ． 0 8 ％）  +（ 1 ％）  +2×（ 0 ． 1 ％）   0 ． 0 2 
當(dāng)組分為液體 ， 置信概率為 9 5 ％、 包含因子為 2時(shí)， 
按式（ 5 ） 計(jì)算總不確定度為
Uk=2~   = 
2 ×   了 了 = 2 × 
（ 0． 5 ％）  +（ 0． 0 8 ％）  +2 （ 0 ． 5 ％）  +2 （ 0 ． 1 ％） 
一 0． 0 3 
3  結(jié)語(yǔ)
靜態(tài)容量法配氣以其方便和實(shí)用而成為一種常
規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)氣體配氣方法。本文研制的靜態(tài)容量法配
氣裝置是按照*新版本 的 I S O   6 1 4 4推薦標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)
的 ， 各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到和超過(guò) I S O   6 1 4 4標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定技
術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。特別是在該裝置 中引入了磁流體高真空攪
拌器 、 測(cè)溫 、 測(cè)壓和攪拌系統(tǒng) ， 使氣體迅速混合均勻 、 
測(cè)量參數(shù)自動(dòng)顯示， 操作簡(jiǎn)捷、 方便、 安全， 提高了標(biāo)
準(zhǔn)氣體配制的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。尤其是配制常溫下
組分呈液態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)氣體， 操作方便、 配制準(zhǔn)確性得到
了較大的改善 ， 與靜態(tài)配氣瓶法相 比， 僅溫度影響因
素一項(xiàng)就能減小 5 ％   1 4 ％的誤差。     

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