标准气体的标准

“标气” 即标准气体，它是引有气体工业名词，是高度均匀的、良好稳定和量值准确的测定标准。以下是关于标气标准的一些内容：
一、纯度标准
1、主要成分纯度
对于单一组分的标准气体，如纯氮气标准气，其主要成分纯度要求很高。以电子工业用高纯氮气为例，其纯度一般要求达到 99.999% 以上。这是因为在电子芯片制造过程中，即使是微量的杂质气体也可能影响芯片的性能，如导致短路或影响半导体的电学性能等。
对于多组分标准气体，各主要成分的纯度也有严格规定。例如，在环境监测用的含二氧化硫和二氧化氮的标准气体中，二氧化硫和二氧化氮的纯度要保证在分析方法所要求的范围内，以确保校准监测仪器时的准确性。通常二氧化硫纯度应不低于 99.5%，二氧化氮纯度应不低于 99.0%。
2、杂质含量限制
标准气体中的杂质含量需要严格控制。例如，在氢气标准气中，氧气杂质含量需要控制在很低的水平。对于一些高精度的气相色谱分析用氢气标准气，氧气杂质含量通常要求低于 1 ppm（百万分之一）。因为氧气在某些分析过程中可能与氢气发生反应，干扰分析结果，或者损坏分析仪器中的某些敏感部件，如气相色谱仪中的热导检测器等。
二、浓度准确性标准
1、定值方法要求
标准气体浓度的定值方法是可靠和可溯源的。常用的定值方法包括重量法和比较法。重量法是一种测量方法，它通过称量标准气体中各组分的质量来确定其浓度。这种方法精度很高，例如在制备高精度的一氧化碳 - 二氧化碳混合标准气体时，重量法的不确定度可以控制在 ±0.1% 以内。
比较法是将待定值的标准气体与已知浓度的标准气体在相同条件下进行比较分析，例如使用气相色谱法或红外吸收光谱法等分析手段。这种方法的准确性依赖于已知浓度标准气体的准确性和分析仪器的精度。在使用比较法定值时，要求分析仪器经过严格校准，其测量误差应控制在合理范围内，如气相色谱仪的测量误差对于常见组分应不超过 ±2%。
2、不确定度范围
标准气体浓度的不确定度是衡量其准确性的一个重要指标。不确定度包括多种因素引起的误差，如原料纯度、定值方法误差、气体混合均匀性等。不同级别的标准气体有不同的不确定度要求。例如，标准物质研究机构制备的标准气体，其浓度不确定度通常可以控制在 ±0.5% 以内；而对于一些工业应用的二级标准气体，不确定度可能在 ±2% - ±5% 之间。在科学研究和高精度仪器校准等应用场景中，通常需要使用不确定度较低的标准气体。
三、均匀性标准
1、气体混合要求
标准气体在制备过程中需要充分混合，以确保其均匀性。对于不同的气体组分，混合的方式有所不同。对于容易混合的气体，如氮气和氧气，可以采用简单的动态混合方式，通过气体混合器使两种气体在一定的流速和压力下充分混合。混合时间和流速等参数需要根据气体的性质和容器的大小等因素来确定。例如，在一个 5L 的气体钢瓶中混合氮气和氧气制备含氧量为 20% 的标准气体，通常需要以一定的流速（如 0.5L/min）持续混合 1 - 2 小时，以达到良好的均匀性。
对于一些难以混合的气体，如某些有机蒸汽和惰性气体的混合，可能需要采用特殊的混合技术，如超声混合或采用带有搅拌装置的混合容器等。这些技术可以帮助打破气体之间的界面张力，使它们更好地混合。
2、均匀性检验方法
检验标准气体均匀性的方法主要有压力法和分析仪器法。压力法是通过测量气体在不同位置或不同时间的压力变化来推断其均匀性。如果在一个封闭容器内，标准气体在不同位置的压力基本一致，且在一段时间内压力变化很小，说明气体的均匀性较好。例如，对于一个装有标准气体的钢瓶，在静置一段时间后，测量钢瓶顶部、中部和底部的压力，如果压力差值在允许范围内（如小于 0.01MPa），则可以初步判断气体均匀性良好。
分析仪器法是使用高精度的分析仪器对标准气体在不同位置或不同时间进行成分分析。例如，使用气相色谱仪在钢瓶的不同采样口对标准气体中的组分进行分析，如果各组分的浓度在不同采样口的偏差在规定范围内（如小于 ±0.2%），则表明气体均匀性符合标准。
四、稳定性标准
1、物理稳定性
标准气体在储存和使用过程中，其物理状态（如压力、温度等）需要保持相对稳定。对于压缩气体标准气，如压缩空气标准气，钢瓶的压力应在规定的范围内波动。一般来说，钢瓶的压力设计有安全上限和下限，例如常见的高压钢瓶压力上限为 15MPa 左右，下限一般在 1 - 2MPa 左右，当压力低于下限，可能会影响标准气体的输出稳定性和准确性。同时，温度变化也会影响气体的物理状态，在储存标准气体时，环境温度通常要求控制在一定范围内，如 0 - 40℃，以防止因温度过高导致钢瓶内压力过高，或者温度过低影响气体的流动性等。
2、化学稳定性
标准气体的化学稳定性主要是指其各组分之间以及与容器壁等材料之间不应发生化学反应。例如，对于含有硫化氢和氧气的标准气体，在储存过程中要防止它们发生氧化还原反应生成硫单质等杂质。这就要求容器材料具有良好的化学惰性，如常用的不锈钢或特殊涂层的钢瓶等。同时，在标准气体的配方设计中，也要考虑各组分的化学相容性，避免不相容的气体混合导致化学稳定性下降。一些标准气体还会添加稳定剂，如在某些含氯的标准气体中添加少量的氮气作为稳定剂，以防止氯气与容器壁发生反应。