基于滲透管法制作汞標氣

鄭海明 劉海喆 田昕怡 焦勇博

（華北電力大學（保定），河北 保定 071000）

基于滲透管法制作汞標氣

鄭海明 劉海喆 田昕怡 焦勇博

（華北電力大學（保定），河北 保定 071000）

為了實現在線大氣汞分析儀的自動標定，本文選用商用的汞滲透管，制作汞標氣。我們基于滲透管法設計了一套汞標氣發生器裝置，主要裝置有滲透管、U型管、恒溫箱、低壓汞燈等。同時為了提高汞標氣的精度，我們總結了實驗過程中的影響因素，其中滲透率和恒溫環境是主要影響因素。

汞標氣；滲透管；研究方法

1 引言

標氣是為了檢驗分析儀器的準確性，所以必須要選擇適合的標定方法進行校準。汞的飽和蒸汽壓高、揮發性強，標準制作的要求也就較高。中國科學院山西煤炭化學研究所利用還原劑將標準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行標定。但該方法步驟繁瑣，只能實現手動操作。另外，俞仲英等采用經典的飽和蒸汽壓法制作標準汞源。但是該方法的注意事項也很繁多，且難以實現自動化。反觀滲透管法，是一種動態配氣法，尤其適用于低濃度，揮發性、吸附性、腐蝕性較強的標準氣體的配置，且能夠發生大體積、連續不斷的標準氣體。

圖1 滲透管恒溫裝置

2 研究方法（Methods）

2.1 設備研究

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，并在兩側加入適量的玻璃球，便于保溫和氣流通行。在載氣進入滲透腔之前，先通過管道進入恒溫箱進行預熱，隨后再進入滲透管進氣口，攜帶滲透管產生的汞蒸汽離開U型管。氣路流程如圖2所示。零氣（氮氣）將分為兩個通路進入裝置。在上通路中，零氣作為載氣進入滲透腔，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入氣體混合器。我們可以通過調節流量計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，也是對標氣的最大影響。

（1）壓力

滲透是由滲透管內外的壓力梯度造成的，因此滲透管可看作一個穩定的微環境，內部壓力恒定。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為滲透率與滲透腔中壓力不相關。

（2）溫度

另一個影響滲透率的關鍵因素是溫度。實驗過程中，即使我們將載氣先通入水浴再通入U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境，實驗結果會因此產生一定范圍內的誤差。滲透率和溫度的關系為：

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

圖2 汞標氣發生器原理結構圖

結論

利用滲透管法，制作出了準確性較高的汞標氣，為汞在線校準系統提供了可能。在多次實驗中，對汞標氣精度的干擾因素較少，主要是溫度對氣體的準確性和穩定性影響較大。這個實驗裝置可以作為監測設備的獨立模塊，對于以后的維修和更新都十分方便，不會影響整個系統。并且也可以制備相似性質的其他氣體，提高裝置的性價比。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，裝置中的質量流量計可以采用自動控制裝置來操控，從而自動控制標氣的濃度和量，實現自動化，既提高了系統的準確性又解放了勞動力。裝置的最后，多余的氣體進入碘化活性炭再進入大氣，減小對環境的污染，保護大氣環境。

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

[2]俞仲英.CES-124在線大氣汞分析儀的開發及其應用[D].北京：北京大學，2006.

[3]周澤義，梁建平，蓋良京.擴散管標準氣體及其動態配氣方法的研究[J].計量學報，2004，25（01）：81-84.

[4]褚小立.化學計量學方法與分子光譜分析技術[M].北京：化學工業出版社，2011.

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