渗透法--气体输送管路和材料的选择

1、输气管路

    输气管路包括：压力或流量调节装置、管路、阀门、循环泵。特别是在输气期间，样品气体或校准用气体不应有以下情况发生：
    A、被其他气体（如空气中的组分或大气污染物）污染或改变性质；
    B、改变组成（例如由于吸收、吸附或渗透而引起的组成变化）；
    C、发生化学变化，如分解、比例的改变、氧化-还原。
    可能遇到的各种情况，在这里不可能考虑到所有的可能笥，应根据样品气体或校准气体的性质、浓度、  压力和有效体积，按需要来采取专门的预防措施。

2、材料的性质

    在输送气体期间与样品气体或校准气体接触的材质应满足下列要求：
    A、对所有气体无渗透性；
    B、吸附效应最少；
    C、对所输送的气体呈化学惰性。
    下表为某些材料对被输送的样品气体或校准气体成分的适用性。应当注意的是：聚合材料一般是可渗透的，它们的应用取决于样品气体或校准气体的性质与浓度；对于特殊的应用，在使用前应检验材料的适应性。

3、输气管路元件的性能

    各管路、阀门（包括气瓶阀）和取样系统的接头应确保气密性和洁净。
    如果取样系统气密性不好，则进入到样品气体或校准气体中的污染空气体积浓度与该系统的泄漏速率成正比，与样品气体或校准气体的体积流速成反比。
    要选用死空间体积小的阀门和连接件，特别要考虑到，死空间体积所存的湿气和空气，它很难抽除或吹出。管路应尽可能短，而且应尽可能干燥。
    减压阀应确保气密性良好，如果可能的话，将其干燥，以除去所吸附的气体，考虑到湿度，如果管路部件（调节阀、材料性质等）允许的话，建议干燥温度选用100℃。
　　为确保安全，建议在减压器出口外安装节流阀和截止阀，以防止反扩散。
要选用死空间体积小的阀门和连接件，特别要考虎到，死空间体积所存的湿气和空气，它很难抽除或吹出。管路应尽可能短，而且应尽可能干燥。
　　减压阀应确保气密性良好，如果可能的话，将其干燥，以除去所吸附的气体，考虑到湿度，如果管路部件（调节阀、材料性质等）允许的话，建设干燥温度选用100℃。
　　为确保安全，建议在减压器出口处安装节流阀和截止阀，以防止反扩散。

五、操作注意事项

1、渗透管的使用

　　当渗透管进行首次称量之前，必须在恒温系统中平衡48H以上，以确保渗透率达到稳定。
　　因为温度对渗透率有很大的影响，例如当温度增加7K左右，渗透率可增加一倍，所以恒温浴的温度应控制在0.1K以内。
    每两次称量的时间间隔（约数日）取决于所要求的准确定，建设对渗透管进行定期称量（特别是渗透管趋于耗尽阶段时），以保证渗透率是恒定不变的。称量时间间隔通常是以称量的损失至少有10mg为准。
    称量时的环境条件最好与使用时相同，在称量过程中，要避免水的吸附和温度急骤变化引起的热冲击。
    渗透管在使用期间最好始终把它放在同一个温度下，以减少恢复平衡的时间，应尽可能避免热冲击作用。

2、用载气吹洗渗透管

    根据所用的渗透管，有时需要使用高纯和干燥的载气。
    吹洗用的载气在到达渗透管之前必须在恒温浴中事先预热到渗透管所定的温度值。
    配气系统可以是一级或二级稀释。即使是一种情况，也需以恒定的流量吹洗渗透管。
    为了改变校准用混合气体的浓度，可以通过调节稀释气体的流量来实现（避免采用改变浊度的办法改变渗透率），在这种情况下系统可以迅速地达到平衡。

3、温度的选择

    温度的选择，取决于渗透管的特性和所需要的渗透率。在实际操作时应按下述原则对温度进行控制。
   （1）如果仅用加热的方法控制温度，温度应选择高于环境温度，以使其不受环境温度变化的影响。
   （2）如果同样地用冷却的主法控制温度，可选择接近或低于环境温度。
   恒温温度选择接近环境温度有两个优点，即可以避免在称量时，渗透管温度有明显的变化和载气温度比较容易得到控制。

4、材料的先择

   （1）渗透管  许多具有化学惰性和良好力学性能的高分子聚合物，都可以用作渗透膜，通常采用聚四氟乙烯（PTFE）、聚乙烯、聚丙烯或六氟乙烯的共聚物（FEP）
还应考虑到材料的性质随温度的变化所发生的各种变化。
   （2）渗透配气装置   为了避免由于吸附作用（化学或物理的）而使标准气体中的组分浓度发生任何变化，应对渗透配气装置所用的材料进行选择。所需的组分浓度愈低，这种吸附现象的影响也愈大，浓度达到恒定值也就愈困难。
   尽可能地选用玻璃，如果用易弯曲的管材或金属管时，应选用对组分气体没有任何吸附的材料，特别是从渗透配气装置到分析仪器之间的气体输送管路在材料的选用方面更应注意。

5、渗透组分物质的选择

   为了避免组分中的杂质对渗透率的影响，装入渗透管中的组分物质应是高纯物质，如果不是高纯物质，则杂质的性质和含量应是已知的，并应考虑到这些杂质所造成的影响。

六、不确定度

   1、不确定度的来源
渗透法的不确定度来源有：
   A、已知的定律是应用于标准理想条件的，而渗透管中的流体都不是处在一个理想的热力学平衡状态；
   B、存在反向扩散现象，使扩散减少；
   C、所用气体不是理想气体；
   D、某些物质可能发生聚合或结合现象（如氯乙烯就是其中的一个例子）。

   2、浓度计算
   以二氧化硫渗透管制备二氧化硫标准气体为例。
   标准气体中含二氧化硫的浓度，用下式表示：
            
式中，为二氧化硫的浓度，g /m3 ；qm为二氧化硫渗透管的渗透率，g /min；qv  为载气的流量m3/min。

   3、渗透率

   对于一个特定的渗透管，平均渗透率的测定误差取决于天平称量的不确定度和两次称量之间的不确定度（在称量期间产生的误差可以忽略）。
   例如一个渗透率为1g /min 的渗透管，它的两次称量时间间隔为10000min（约7d ）是渗透管损伯量为10mg。如果天平的准确度为 ，则在这一时间间隔内由天平称量所带来的不确定度为2%。
   关于温度控制的不确定度，对渗透率短时间内的稳定性的影响只能作一个大概的估计。例如一支渗透率为1g /min 的渗透管，假定温度升高7K，则渗透率啬1倍。如果温度控制达，则所引起的不确定度约为1%。
   因此，在这种情况下，瞬时渗透率的测量的最大不确定度为3%以内（2%+1%）。
 
  4、稀释气体的流量

   稀释气体流量的不确定度，根据所用的配气装置而定，约为1%-2%。在一次稀释的情况下，不确定度要小此。

  5、天平称量的不确定度

  一是天平本身计量检定的不确定度，二是在相同条件下多次称量的标准偏差。
  渗透法制备的标准气体量值的不确定度为1%-3%。