專利名稱：一種固相或液相化合物標(biāo)準(zhǔn)氣體的動態(tài)制備裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固相或液相化合物標(biāo)準(zhǔn)氣體的動態(tài)制備，具體地說是一種固相或液相
化合物標(biāo)準(zhǔn)氣體的動態(tài)制備裝置及其應(yīng)用，將配制的樣品溶液在恒溫蒸發(fā)池內(nèi)揮發(fā)，同時 利用稀釋氣平衡，從而獲得一種用于固相或液相化合物標(biāo)準(zhǔn)氣體的動態(tài)制備方法。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外存在的動態(tài)配氣法可以分為兩種，一種是將一定濃度的原料氣與稀 釋氣按照一定比例混合，從而獲得濃度較低的標(biāo)準(zhǔn)氣體。這種方法不僅需要較大濃度的標(biāo) 準(zhǔn)氣體，且其濃度調(diào)整范圍受限于所使用的標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度。另一種方法是用稀釋氣吹掃恒 溫下液體樣品化合物，從而獲得樣品化合物的標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度。這種方法需要準(zhǔn)確的恒溫裝 置，有的方法還需要滲透膜來保證穩(wěn)定的氣體滲透速率，這種方法對儀器要求較高，儀器成 本也較高。同時，以上兩種方法均無法配制固相化合物的樣品氣體，而且對于配制一定比例 的不同濃度的多種化合物的混合氣難以實現(xiàn)。對于樣品化合物氣體的濃度調(diào)整范圍，以上 兩種方法均難以準(zhǔn)確地達(dá)到2個數(shù)量級以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種固相或液相化合物標(biāo)準(zhǔn)氣體的動態(tài)制備裝置及其應(yīng)用， 本發(fā)明具有濃度調(diào)整范圍寬，可用于固相或液相化合物，且較方便地配制一定比例的多種 化合物的混合氣。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為 —種固相或液相化合物標(biāo)準(zhǔn)氣體的動態(tài)制備裝置，包括樣品池，恒溫蒸發(fā)池、氣體 流量控制器、液體流量控制器，稀釋氣源，樣品池通過管路經(jīng)液體流量控制器與恒溫蒸發(fā)池 側(cè)壁上設(shè)置的樣品溶液入口相連，在靠近樣品溶液入口的一側(cè)恒溫蒸發(fā)池壁面上設(shè)置有稀 釋氣入口 ，稀釋氣源通過管路經(jīng)氣體流量控制器與稀釋氣入口相連；在與樣品溶液入口相 對的恒溫蒸發(fā)池的另一側(cè)壁面上設(shè)置有采樣口和尾氣口 。 于所述的稀釋氣源和氣體流量控制器的連接管路上設(shè)置有穩(wěn)流閥；所述尾氣口外 側(cè)設(shè)置有分子篩吸收器和穩(wěn)流閥，尾氣口通過管路依次經(jīng)由分子篩吸收器和穩(wěn)流閥與外界 大氣相連通；所述恒溫蒸發(fā)池為一四周設(shè)置有保溫層的中空腔體，腔體內(nèi)設(shè)置有可溫控的 電加熱裝置；所述恒溫蒸發(fā)池為的中空腔體內(nèi)部豎向設(shè)置有二個或二個以上的隔板，隔板 的一端與腔體的內(nèi)壁固接，形成封閉端，相對的另一端與腔體的內(nèi)壁間留有間隙，形成開口 端，相鄰隔板的開口端上下交替設(shè)置，由隔板形成多個混氣室，便于氣體完全混合；所述的 采樣口為一個常溫采樣口和/或一個高溫采樣口 ；采樣口的管道突出于恒溫蒸發(fā)池的外 壁；于常溫采樣口所突出部分管道的外壁上設(shè)置有冷卻器；于高溫采樣口所突出部分管道 的外壁上設(shè)置有保溫套。 所述動態(tài)制備裝置可用于固相或液相化合物標(biāo)準(zhǔn)氣體的動態(tài)制備過程，具體為， 將樣品化合物溶解于有機溶劑中，準(zhǔn)確地配制出摩爾體積濃度的樣品溶液，此溶液置于樣品池中，樣品溶液在液體流量控制器的控制下勻速地進入恒溫蒸發(fā)池，通過可溫控的電加 熱裝置保持蒸發(fā)池內(nèi)的溫度恒定，樣品溶液迅速揮發(fā)，同時將稀釋氣源中的稀釋氣經(jīng)氣體 流量控制器通入恒溫蒸發(fā)池中，稀釋氣勻速地稀釋揮發(fā)的樣品溶液，通過控制樣品溶液和 稀釋氣的流速，可以控制所需要的標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度；在高溫采樣口和/或常溫采樣口可以分 別采取不同溫度的樣品氣體，樣品化合物標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度可以通過公式計算得到；為防止污 染空氣，尾氣用分子篩吸收器吸收后排空。 所述樣品化合物為液相或固相有機化合物，常溫下其飽和蒸汽壓小于100Pa、且大 于0. OOOlPa ;溶劑為能夠?qū)悠坊衔锶芙獾挠袡C溶劑，例如四氯化碳，正己烷，丙酮等， 在恒溫蒸發(fā)池選擇的25-50(TC溫度下，樣品化合物在氣體中的分壓小于其飽和蒸汽壓，有 機溶劑在氣體中的分壓小于其飽和蒸汽壓。 所述稀釋氣為非氧化性氣體，如氮氣，氬氣等，避免與樣品氣體發(fā)生氧化反應(yīng)而爆
炸。稀釋氣流速調(diào)節(jié)使用流量控制器，并且在氣路中串聯(lián)穩(wěn)流閥以利于流量控制。 本發(fā)明使用了預(yù)配制的樣品化合物溶液，具有以下優(yōu)點 1、可以將樣品化合物范圍拓展到低飽和蒸汽壓的固相和液相化合物。 2、能夠有效地擴大樣品化合物氣體的濃度范圍。預(yù)配制的樣品化合物溶液能夠有
3個數(shù)量級的濃度調(diào)整范圍，微量進樣器有1-2個數(shù)量級的流量調(diào)整范圍，稀釋氣有1-2個
數(shù)量級的流量調(diào)整范圍，因此總調(diào)整范圍可達(dá)到5個數(shù)量級左右。 3、能夠方便地配制一定比例的多種化合物混合氣。將多種不同樣品化合物溶解于 有機溶劑中即可獲得一定比例的樣品化合物溶液，將此溶液按照本方法蒸發(fā)后稀釋可獲得 一定比例的多種樣品化合物的混合氣。 4、該方法可使用現(xiàn)有商品儀器方便地組裝來實現(xiàn)，總成本取決于所采用的儀器價 格，結(jié)果的準(zhǔn)確性及濃度動態(tài)調(diào)整范圍取決于所使用的儀器性能。 5、采樣氣體溫度可調(diào)。在某些情況下，需要樣品氣體有不同的溫度，本方法能夠滿 足這一要求。


圖1為本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)濃度氣體的制備裝置示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明中標(biāo)準(zhǔn)濃度氣體制備方法的制備過程和儀器結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1所示。一 種固相或液相化合物標(biāo)準(zhǔn)氣體的動態(tài)制備裝置，包括樣品池l，恒溫蒸發(fā)池2、氣體流量控 制器3、液體流量控制器4，稀釋氣源5，樣品池1通過管路經(jīng)液體流量控制器4與恒溫蒸發(fā) 池2側(cè)壁上設(shè)置的樣品溶液入口相連，在靠近樣品溶液入口的一側(cè)恒溫蒸發(fā)池2壁面上設(shè) 置有稀釋氣入口 ，稀釋氣源5通過管路經(jīng)氣體流量控制器3與稀釋氣入口相連；在與樣品溶 液入口相對的恒溫蒸發(fā)池2的另一側(cè)壁面上設(shè)置有采樣口和尾氣口 ； 于所述的稀釋氣源5和氣體流量控制器3的連接管路上設(shè)置有穩(wěn)流閥6 ;所述尾 氣口外側(cè)設(shè)置有分子篩吸收器7和穩(wěn)流閥6，尾氣口通過管路依次經(jīng)由分子篩吸收器7和穩(wěn) 流閥6與外界大氣相連通；所述恒溫蒸發(fā)池2為一四周設(shè)置有保溫層的中空腔體，腔體內(nèi)設(shè) 置有可溫控的電加熱裝置；所述恒溫蒸發(fā)池2為的中空腔體內(nèi)部豎向設(shè)置有二個或二個以上的隔板10，隔板10的一端與腔體的內(nèi)壁固接，形成封閉端，相對的另一端與腔體的內(nèi)壁 間留有間隙，形成開口端，相鄰隔板10的開口端上下交替設(shè)置，由隔板IO形成多個混氣室， 便于氣體完全混合；所述的采樣口為一個常溫采樣口和一個高溫采樣口 ；采樣口的管道突 出于恒溫蒸發(fā)池2的外壁；于常溫采樣口所突出部分管道的外壁上設(shè)置有冷卻器8 ;于高溫 采樣口所突出部分管道的外壁上設(shè)置有保溫套9 。 首先將樣品化合物溶解于有機溶劑中，準(zhǔn)確地配制出摩爾體積濃度的樣品溶液。 此溶液在微量流速控制器的控制下勻速地進入恒溫蒸發(fā)池，保持蒸發(fā)池內(nèi)的溫度恒定，樣 品溶液迅速揮發(fā)，同時用稀釋氣勻速稀釋揮發(fā)的樣品，通過控制樣品溶液和稀釋氣的流速， 可以動態(tài)調(diào)整氣體濃度。在高溫采樣口和常溫采樣口可以分別采取不同溫度的樣品氣體， 樣品化合物標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度可以通過公式計算得到。尾氣用分子篩吸收器吸收以防止污染空 氣。 本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)濃度氣體制備方法中，樣品化合物為液相或固相有機化合物，通常情 況下其飽和蒸汽壓較低。溶劑為能夠?qū)悠坊衔锶芙獾挠袡C溶劑?？梢愿鶕?jù)使用要求選 用不同的有機溶劑。 本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)濃度氣體制備方法中，樣品池用于盛放樣品溶液，需與大氣相通。
本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)濃度氣體制備方法中，微量流速控制器能夠準(zhǔn)確控制樣品溶液的流 速。若使用步進式微量流速控制器，可將樣品池更換為精密針管。 本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)濃度氣體制備方法中，恒溫蒸發(fā)池采用不銹鋼材料，內(nèi)部有多個隔板 形成多個混氣室，便于氣體完全混合。恒溫蒸發(fā)池中的恒溫采用人工智能溫度控制器控制 的加熱裝置來實現(xiàn)。 本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)濃度氣體制備方法中，為了便于控制稀釋氣流量，可使用校正過的質(zhì) 量流量控制器控制稀釋氣流速。稀釋氣應(yīng)使用氮氣，氦氣等非氧化性氣體，避免有機溶劑與 氧化性氣體(如氧氣，空氣等)發(fā)生反應(yīng)而引起爆炸。 本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)濃度氣體制備方法中，常溫采樣口的溫度應(yīng)保證在此溫度下，樣品化 合物的分壓和有機溶劑的分壓均小于其飽和蒸汽壓。 本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)濃度氣體制備方法中，尾氣用分子篩吸收器吸收，尾氣管路中串聯(lián)穩(wěn) 壓閥以保證流速穩(wěn)定。 本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)濃度氣體制備方法中，標(biāo)準(zhǔn)氣體的體積比濃度近似等于標(biāo)準(zhǔn)氣體的摩 爾比濃度，若配制多種化合物的混合氣體，第i種化合物的摩爾比濃度計算方法為
<formula>formula see original document page 5</formula>


其中，
Cai :第i種樣品溶液摩爾體積濃度(mol/ml); Va :樣品溶液體積流速(ml/min); n :需配制的樣品化合物的種類數(shù)；





P液樣品溶液密度(g/ml);
M樣i :第i種樣品的摩爾質(zhì)量(g/mol); M溶劑:溶劑的摩爾質(zhì)量(g/mol);
n氣通入氣體的摩爾數(shù)(mol/min); 其計算方法為解真實氣體校正方程
<formula>formula see original document page 6</formula> V，稀釋氣氣體流速(L/min); P，稀釋氣進恒溫蒸發(fā)池前的壓強(atm); T :稀釋氣進恒溫蒸發(fā)池前的溫度(T); R :摩爾氣體常數(shù)(8. 314Jmo1—11(—0 ; a， b :范德華常數(shù)，對不同氣體有不同值； 本發(fā)明標(biāo)準(zhǔn)濃度氣體制備方法中，若樣品化合物的濃度較小，可以使用近似公式
計算，計算方法如下
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中， p翻溶劑的密度(g/ml) 氮氣為稀釋氣時，0.01mol/L樣品溶液的近似計算公式與準(zhǔn)確計算公式的計算誤 差在O. 07%以下。 該方法具體操作說明如下 —、選擇溶劑和需要測定的樣品，準(zhǔn)確配置一定濃度的樣品溶液，溶液濃度可用摩
爾體積濃度表示(Cs)。 二 、設(shè)定恒溫蒸發(fā)池中的溫度。 三、取一定量的樣品溶液儲存在樣品溶液瓶中，打開微量流速控制器，調(diào)整液體流 速。準(zhǔn)確控制稀釋氣流速。穩(wěn)定5分鐘后，即可將恒溫蒸發(fā)池中出口連接質(zhì)譜儀進行測定。
從恒溫蒸發(fā)池中出來的標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度可以通過調(diào)整流速控制器中液體流量V液及 稀釋氣體流速V，來調(diào)節(jié)。 下面通過實例對本發(fā)明進行具體闡述。
實施例1、配制單組分化合物濃度 本實例配制難揮發(fā)芳烴物質(zhì)芘的標(biāo)準(zhǔn)氣體，使用正己烷為溶劑，配制濃度為 0. 01mol/L的溶液。 設(shè)定恒溫蒸發(fā)池的溫度為200°C。穩(wěn)定1小時。 取100ml的樣品溶液儲存在樣品溶液瓶中，打開微量流速控制器，調(diào)整液體流速為0. 11ml/min。準(zhǔn)確控制稀釋氣流速為2. 7L/min。穩(wěn)定10分鐘后，采樣獲得標(biāo)準(zhǔn)濃度氣 體。 樣品氣體濃度計算 1、用準(zhǔn)確公式計算，對于氮氣，a = 0. 137Pa*m6/mol2， b = 0. 0000387m3/mol，氣體 流速為2. 7L/min，稀釋氣進入蒸發(fā)池前的壓強取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓latm，溫度為300K。解真實氣 體校正方程得到n氣二 0. 10975mol/min。 樣品溶液密度取溶劑密度，為0. 6594g/ml。樣品的摩爾質(zhì)量為178. 23g/mol，溶劑 的摩爾質(zhì)量為86. 18g/mol。將以上參數(shù)帶入標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度計算公式后得到稀釋后含有芘的 氣體中芘的濃度為9. 849ppm。 2、利用近似公式計算，氣體流速為2. 7L/min，稀釋氣進入蒸發(fā)池前的壓強取標(biāo)準(zhǔn) 大氣壓latm，溫度為300K。 溶劑密度為0. 6594g/ml ，樣品的摩爾質(zhì)量為178. 23g/mol ，溶劑的摩爾質(zhì)量 為86. 18g/mol。將以上參數(shù)帶入近似公式后得到稀釋后含有芘的氣體中芘的濃度為 9. 855ppm。 實施例2、配制多組分化合物氣體 本方法配制難揮發(fā)芳烴物質(zhì)芘和三氯苯酚的混合氣，使用正己烷為溶劑，首先配 制濃度皆為0. 01mol/L的芘與三氯苯酚的混合溶液。
設(shè)定恒溫蒸發(fā)池的溫度為200°C ，穩(wěn)定1小時。 取1001m的樣品溶液儲存在樣品溶液瓶中，打開微量流速控制器，調(diào)整液體流速 為lml/min。準(zhǔn)確控制稀釋氣流速為2L/min。穩(wěn)定20分鐘后，采樣獲得標(biāo)準(zhǔn)濃度氣體。
樣品氣體濃度計算 1、用準(zhǔn)確公式計算，對于氮氣，a = 0. 137Pa .m7mol2，b = 0. 0000387m3/mol，氣體 流速為2L/min，稀釋氣進入蒸發(fā)池前的壓強取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓latm，溫度為300K。解真實氣體 校正方程得到n氣二 0. 081302mol/min。 樣品溶液密度取溶劑密度，為0. 6594g/ml。樣品的摩爾質(zhì)量為三氯苯酚197. 45g/ mol和芘202. 26g/mol，溶劑的摩爾質(zhì)量為86. 18g/mol。將以上參數(shù)帶入標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度計算 公式后得到稀釋后氣體中三氯苯酚的濃度為12. 04卯m，芘的濃度為12. 04卯m。
2、利用近似公式計算，氣體流速為2L/min，稀釋氣進入蒸發(fā)池前的壓強取標(biāo)準(zhǔn)大 氣壓latm，溫度為300K。 溶劑密度為O. 6594g/ml，樣品的摩爾質(zhì)量三氯苯酚為197. 45g/mol和芘202. 26g/ mol，溶劑的摩爾質(zhì)量為86. 18g/mol。將以上參數(shù)帶入近似公式后得到稀釋后氣體中芘的濃 度為12. 05卯m，三氯苯酚的濃度為12. 05卯m。
權(quán)利要求
一種固相或液相化合物標(biāo)準(zhǔn)氣體的動態(tài)制備裝置，其特征在于包括樣品池(1)，恒溫蒸發(fā)池(2)、氣體流量控制器(3)、液體流量控制器(4)，稀釋氣源(5)，樣品池(1)通過管路經(jīng)液體流量控制器(4)與恒溫蒸發(fā)池(2)側(cè)壁上設(shè)置的樣品溶液入口相連，在靠近樣品溶液入口的一側(cè)恒溫蒸發(fā)池(2)壁面上設(shè)置有稀釋氣入口，稀釋氣源(5)通過管路經(jīng)氣體流量控制器(3)與稀釋氣入口相連；在與樣品溶液入口相對的恒溫蒸發(fā)池(2)的另一側(cè)壁面上設(shè)置有采樣口和尾氣口。
2. 按照權(quán)利要求1所述的動態(tài)制備裝置，其特征在于于所述的稀釋氣源(5)和氣體 流量控制器(3)的連接管路上設(shè)置有穩(wěn)流閥(6)。
3. 按照權(quán)利要求1所述的動態(tài)制備裝置，其特征在于所述尾氣口外側(cè)設(shè)置有分子篩 吸收器(7)和穩(wěn)流閥(6)，尾氣口通過管路依次經(jīng)由分子篩吸收器(7)和穩(wěn)流閥(6)與外界 大氣相連通。
4. 按照權(quán)利要求1所述的動態(tài)制備裝置，其特征在于所述恒溫蒸發(fā)池(2)為一四周 設(shè)置有保溫層的中空腔體，腔體內(nèi)設(shè)置有可溫控的電加熱裝置。
5. 按照權(quán)利要求4所述的動態(tài)制備裝置，其特征在于所述恒溫蒸發(fā)池(2)為的中空 腔體內(nèi)部豎向設(shè)置有二個或二個以上的隔板(IO)，隔板(10)的一端與腔體的內(nèi)壁固接，形 成封閉端，相對的另一端與腔體的內(nèi)壁間留有間隙，形成開口端，相鄰隔板(10)的開口端 上下交替設(shè)置，由隔板(10)形成多個混氣室，便于氣體完全混合。
6. 按照權(quán)利要求1所述的動態(tài)制備裝置，其特征在于所述的采樣口為一個常溫采樣 口和/或一個高溫采樣口 ；采樣口的管道突出于恒溫蒸發(fā)池(2)的外壁；于常溫采樣口所突出部分管道的外壁上設(shè)置有冷卻器(8);于高溫采樣口所突出部分管道的外壁上設(shè)置有保溫套(9)。
7. —種權(quán)利要求1所述動態(tài)制備裝置的應(yīng)用，其特征在于其可用于固相或液相化合物標(biāo)準(zhǔn)氣體的動態(tài)制備過程，具體為，將樣品化合物溶解于有機溶劑中，準(zhǔn)確地配制出摩爾體積濃度的樣品溶液，此溶液置于樣品池(1)中，樣品溶液在液體流量控制器(4)的控制 下勻速地進入恒溫蒸發(fā)池(2)，通過可溫控的電加熱裝置保持蒸發(fā)池內(nèi)的溫度恒定，樣品溶 液迅速揮發(fā)，同時將稀釋氣源(5)中的稀釋氣經(jīng)氣體流量控制器(3)通入恒溫蒸發(fā)池(2) 中，稀釋氣勻速地稀釋揮發(fā)的樣品溶液，通過控制樣品溶液和稀釋氣的流速，可以控制所需 要的標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度；在高溫采樣口和/或常溫采樣口可以分別采取不同溫度的樣品氣體， 樣品化合物標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度可以通過公式計算得到；為防止污染空氣，尾氣用分子篩吸收器 (7)吸收后排空。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于所述樣品化合物為液相或固相有機化合 物，常溫下其飽和蒸汽壓小于100Pa、且大于0. 0001Pa ;溶劑為能夠?qū)悠坊衔锶芙獾挠?機溶劑，在恒溫蒸發(fā)池(2)選擇的25-50(TC溫度下，樣品化合物在氣體中的分壓小于其飽 和蒸汽壓，有機溶劑在氣體中的分壓小于其飽和蒸汽壓。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于所述稀釋氣為非氧化性氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及固相或液相化合物標(biāo)準(zhǔn)氣體的動態(tài)制備，具體地說是一種固相或液相化合物標(biāo)準(zhǔn)氣體的動態(tài)制備裝置及其應(yīng)用，包括樣品池，恒溫蒸發(fā)池、氣體流量控制器、液體流量控制器，稀釋氣源，樣品池通過管路經(jīng)液體流量控制器與恒溫蒸發(fā)池側(cè)壁上設(shè)置的樣品溶液入口相連，在靠近樣品溶液入口的一側(cè)恒溫蒸發(fā)池壁面上設(shè)置有稀釋氣入口，稀釋氣源通過管路經(jīng)氣體流量控制器與稀釋氣入口相連；在與樣品溶液入口相對的恒溫蒸發(fā)池的另一側(cè)壁面上設(shè)置有采樣口和尾氣口。該方法適用于配制常溫下低飽和蒸汽壓的化合物(多為固相或液相化合物)的標(biāo)準(zhǔn)氣體，以及多種化合物不同濃度的混合氣體。
文檔編號G01N1/28GK101713712SQ20081001352
公開日2010年5月26日 申請日期2008年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月6日
發(fā)明者侯可勇, 吳慶浩, 李海洋, 花磊 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所