基于滲透管法制作汞標(biāo)氣

鄭海明 劉海喆 田昕怡 焦勇博

（華北電力大學(xué)（保定），河北 保定 071000）

基于滲透管法制作汞標(biāo)氣

鄭海明 劉海喆 田昕怡 焦勇博

（華北電力大學(xué)（保定），河北 保定 071000）

為了實(shí)現(xiàn)在線大氣汞分析儀的自動標(biāo)定，本文選用商用的汞滲透管，制作汞標(biāo)氣。我們基于滲透管法設(shè)計(jì)了一套汞標(biāo)氣發(fā)生器裝置，主要裝置有滲透管、U型管、恒溫箱、低壓汞燈等。同時(shí)為了提高汞標(biāo)氣的精度，我們總結(jié)了實(shí)驗(yàn)過程中的影響因素，其中滲透率和恒溫環(huán)境是主要影響因素。

汞標(biāo)氣；滲透管；研究方法

1 引言

標(biāo)氣是為了檢驗(yàn)分析儀器的準(zhǔn)確性，所以必須要選擇適合的標(biāo)定方法進(jìn)行校準(zhǔn)。汞的飽和蒸汽壓高、揮發(fā)性強(qiáng)，標(biāo)準(zhǔn)制作的要求也就較高。中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所利用還原劑將標(biāo)準(zhǔn)汞溶液中的汞還原為氣體，再用載氣將汞蒸汽帶入分析儀進(jìn)行標(biāo)定。但該方法步驟繁瑣，只能實(shí)現(xiàn)手動操作。另外，俞仲英等采用經(jīng)典的飽和蒸汽壓法制作標(biāo)準(zhǔn)汞源。但是該方法的注意事項(xiàng)也很繁多，且難以實(shí)現(xiàn)自動化。反觀滲透管法，是一種動態(tài)配氣法，尤其適用于低濃度，揮發(fā)性、吸附性、腐蝕性較強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)氣體的配置，且能夠發(fā)生大體積、連續(xù)不斷的標(biāo)準(zhǔn)氣體。

圖1 滲透管恒溫裝置

2 研究方法（Methods）

2.1 設(shè)備研究

在本研究中，選用VICI汞滲透管，滲透率為20ng/min，工作在40℃環(huán)境下。如圖1所示，用U型管作為滲透腔，將滲透管放入其中，并在兩側(cè)加入適量的玻璃球，便于保溫和氣流通行。在載氣進(jìn)入滲透腔之前，先通過管道進(jìn)入恒溫箱進(jìn)行預(yù)熱，隨后再進(jìn)入滲透管進(jìn)氣口，攜帶滲透管產(chǎn)生的汞蒸汽離開U型管。氣路流程如圖2所示。零氣（氮?dú)猓⒎譃閮蓚€(gè)通路進(jìn)入裝置。在上通路中，零氣作為載氣進(jìn)入滲透腔，將滲透管滲透出的汞蒸氣帶出。大流量的零氣，在下通路中作為稀釋氣體，與上通路生成的氣體一同進(jìn)入氣體混合器。我們可以通過調(diào)節(jié)流量計(jì)來獲取不同濃度和體積的汞蒸氣，并收集儲存。

2.2 滲透管法的主要影響因素

滲透率是滲透管的重要參數(shù)，也是對標(biāo)氣的最大影響。

（1）壓力

滲透是由滲透管內(nèi)外的壓力梯度造成的，因此滲透管可看作一個(gè)穩(wěn)定的微環(huán)境，內(nèi)部壓力恒定。由于滲透腔中汞的分壓非常小，幾乎為零（始終有零空氣通過滲透腔），所以滲透管內(nèi)外汞的壓差并不會因稀釋氣流量而改變，在滲透腔汞的濃度累積到足夠高之前可認(rèn)為滲透率與滲透腔中壓力不相關(guān)。

（2）溫度

另一個(gè)影響滲透率的關(guān)鍵因素是溫度。實(shí)驗(yàn)過程中，即使我們將載氣先通入水浴再通入U(xiǎn)型管，但是還是有一定的誤差。載氣的溫度會影響滲透管工作環(huán)境，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會因此產(chǎn)生一定范圍內(nèi)的誤差。滲透率和溫度的關(guān)系為：

（3）表示溫度下的釋放率；表示溫度下的釋放率；為溫度系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)滲透管為0.034（VICI，2004）。本系統(tǒng)中由于溫度控制引起的誤差小于1%。

圖2 汞標(biāo)氣發(fā)生器原理結(jié)構(gòu)圖

結(jié)論

利用滲透管法，制作出了準(zhǔn)確性較高的汞標(biāo)氣，為汞在線校準(zhǔn)系統(tǒng)提供了可能。在多次實(shí)驗(yàn)中，對汞標(biāo)氣精度的干擾因素較少，主要是溫度對氣體的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性影響較大。這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置可以作為監(jiān)測設(shè)備的獨(dú)立模塊，對于以后的維修和更新都十分方便，不會影響整個(gè)系統(tǒng)。并且也可以制備相似性質(zhì)的其他氣體，提高裝置的性價(jià)比。該方法所使用的裝備都是較為常見的，購買十分方便，且價(jià)格低廉。安裝的步驟也很簡單，在電廠的可行度較高。另外，裝置中的質(zhì)量流量計(jì)可以采用自動控制裝置來操控，從而自動控制標(biāo)氣的濃度和量，實(shí)現(xiàn)自動化，既提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性又解放了勞動力。裝置的最后，多余的氣體進(jìn)入碘化活性炭再進(jìn)入大氣，減小對環(huán)境的污染，保護(hù)大氣環(huán)境。

[1]中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所.用于直接測氣體中元素汞的儀器的標(biāo)定方法[P].中國，發(fā)明專利，CN 1912615A.2007-2-14.

[2]俞仲英.CES-124在線大氣汞分析儀的開發(fā)及其應(yīng)用[D].北京：北京大學(xué)，2006.

[3]周澤義，梁建平，蓋良京.擴(kuò)散管標(biāo)準(zhǔn)氣體及其動態(tài)配氣方法的研究[J].計(jì)量學(xué)報(bào)，2004，25（01）：81-84.

[4]褚小立.化學(xué)計(jì)量學(xué)方法與分子光譜分析技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

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